一起高壓柜燒毀事件的分析及處理方法

王媚芳(江蘇華昌化工股份有限公司，江蘇 張家港 215634)

0 引言

電力行業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，在輸變電設(shè)備中，高壓開關(guān)柜是量大面廣的電氣設(shè)備，6～35 kV金屬封閉開關(guān)設(shè)備是配電系統(tǒng)的主要關(guān)鍵設(shè)備之一[1]，直接影響著電力系統(tǒng)的運行安全，一旦發(fā)生故障，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。對于現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的小車式開關(guān)柜，當柜內(nèi)的斷路器、隔離觸頭相間或?qū)Φ鼐嚯x空氣間隙不足時，潮濕臟污對沿面絕緣影響較大，開關(guān)柜內(nèi)潮濕而產(chǎn)生凝露，發(fā)生對地放電的幾率較大，最終造成開關(guān)柜燒毀事故，事故率高，后果嚴重[2]。為提高開關(guān)柜的運行安全性，我國在開關(guān)柜中一直采用自動加熱除濕控制器防止凝露的方法，這種加熱除濕控制器在抗潮濕、防凝露、保證高壓設(shè)備可靠運行方面起到了積極作用，但由于我國幅員遼闊，氣候條件差異大，廣大南方地區(qū)空氣潮濕，雨季時間長，尤其是在南方的梅雨季節(jié)，有時開關(guān)柜內(nèi)部的空氣濕度較高，甚至柜內(nèi)局部已有結(jié)露現(xiàn)象，由于安裝在柜體內(nèi)部的凝露傳感器位置并沒有到達凝露的程度，或者凝露傳感器長期受空氣中灰塵和氣體侵蝕，使傳感器的靈敏度受到影響，凝露控制器不能及時地啟動加熱器，致使凝露控制的作用失靈，給開關(guān)設(shè)備的安全運行帶來威脅，使得開關(guān)柜的運行安全無法得到保證，存在重大的安全隱患[3]。

1 事故現(xiàn)象及事故原因分析

1.1 事故現(xiàn)象

我公司新投用的空分變電所，10 kV供電系統(tǒng)采用單母線接線方式，配電室高壓柜采用雙列面對面設(shè)計，目前一期投用為單列布置，對面作為二期預(yù)留位置。高壓柜進線柜設(shè)置在單列布置的中間，向二邊擴散，高壓柜出線負荷電流逐漸減少，符合電流流向要求。正常運行情況下，進線柜額定電流為2 500 A，最邊上一臺循環(huán)水變壓器出線柜電流約為25 A，為了保證室內(nèi)溫度相對恒定，室內(nèi)安裝了一臺10匹空調(diào)，平時一直設(shè)置為制冷狀態(tài)，空調(diào)離最邊上一臺高壓柜(循環(huán)水變壓器出線柜)約3.5 m，并正對高壓柜，室內(nèi)沒有專門安裝溫濕度儀表。2019年6月29日上午10：30，電工在巡檢空分10 kV高壓配電室時，發(fā)現(xiàn)最邊上二臺高壓柜(循環(huán)水變壓器出線和循環(huán)水泵出線)溫濕度表出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，他隨后進行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題，下午14：43，操作工在循環(huán)水泵電機旁聽到1#循環(huán)水泵(355 kW)電機一聲砰的聲音，又發(fā)現(xiàn)另一邊高壓配電室已有濃煙冒出。

空分10 kV高壓配電室最邊上二臺高壓柜(循環(huán)水變壓器出線和循環(huán)水泵出線)已燒壞(如圖1所示)，主要故障點在母線室三相母排到套管之間位置，柜內(nèi)電流互感器燒壞、柜內(nèi)三相銅排有放電痕跡，在與斷路器上側(cè)相連的位置有母排燒熔的現(xiàn)象、柜內(nèi)套管燒壞。循環(huán)水泵電機冷卻器8個固定螺栓斷裂并移位，電機定子線圈引出線燒斷，此時該配電房空調(diào)開啟在制冷狀態(tài)。

圖1 高壓柜相間燒熔圖

1.2 事故原因分析

從事故現(xiàn)場及事件錄波記錄數(shù)據(jù)(如圖2所示)可以看出：

圖2 故障錄波圖

近期屬梅雨天氣，空氣濕度大，空氣中的潮氣導(dǎo)致套管及銅排上產(chǎn)生凝露，剛開始在柜內(nèi)出現(xiàn)放電現(xiàn)象(電氣后臺記錄電壓在11點40分開始波動)，隨著放電時間的增長，造成空氣擊穿短路，柜殼箱板也燃燒起來。

1#空分循環(huán)水泵電機受電壓波動的影響，短路的大電流引起電機發(fā)熱及互感器炸裂，相間短路時三相電壓不平衡會引起電機過流燒毀引出線。

由于柜內(nèi)故障在先，柜內(nèi)互感器損壞，無二次保護信號，所以無法對電機起到短路保護作用，從而造成電機引出線燒斷(經(jīng)檢測電機定子線圈完好，定子直流電阻正常)。

所以柜內(nèi)濕度大，空氣絕緣差，套管絕緣下降，再加上套管上有灰塵造成表面形成凝露而發(fā)生絕緣閃絡(luò)放電，最終造成了相間短路，是此次事故的主要原因。

2 凝露產(chǎn)生機理及凝露產(chǎn)生的原因

2.1 凝露產(chǎn)生機理

凝露是指：當設(shè)備表面溫度低于周圍空氣的露點時，水蒸汽在設(shè)備表面冷凝的現(xiàn)象。設(shè)備凝露是否發(fā)生，取決于環(huán)境溫度、相對濕度、柜內(nèi)溫度和露點溫度。

露點溫度是指飽和空氣中的水分在設(shè)備表面凝結(jié)成水珠的溫度。

環(huán)境溫度、濕度、露點溫度之間的關(guān)系如表1所示。

表1 環(huán)境溫度、濕度、露點溫度之間的關(guān)系

表1中，設(shè)備表面溫度比空氣溫度低時會形成凝露，空氣的濕度越大，空氣中水分在設(shè)備表面形成凝露所需要的溫差就越小，例如：20 ℃的溫度下，空氣相對濕度為70%時，設(shè)備表面為14.4 ℃就會產(chǎn)生凝露；在同一環(huán)境溫度下，如果空氣相對濕度達到90%，設(shè)備表面在低于18.3 ℃時就會產(chǎn)生凝露。

所以防止凝露的措施是：減少溫度差，并且降低空氣中的濕度。

2.2 凝露原因分析

邊上二臺柜子溫濕度控制器出現(xiàn)閃爍，已提示濕度高報警，說明二臺柜子內(nèi)部濕度有異?，F(xiàn)象。實際運行中柜內(nèi)由于電流太小(變壓器柜出線柜電流為25 A)，不足以產(chǎn)生足夠的熱量來驅(qū)散或吸收空氣中的水分。而六月份正在梅雨季，近期一直下雨，配電房空調(diào)開啟在制冷狀態(tài)，沒有開啟除濕功能，造成室內(nèi)外溫差明顯很大，柜子又是邊上二臺，也是產(chǎn)生凝露的原因之一。

3 當前防凝露方法及抑制凝露措施

3.1 當前防凝露方法

為了防止凝露產(chǎn)生，目前柜子廠家防凝露的措施是采用普通依靠傳感器控制加熱器的方法來防止凝露的產(chǎn)生，就是在二次室中加一臺防凝露控制器，控制器如監(jiān)測到傳感器發(fā)來的凝露信號后，開始啟動加熱器進行加熱，加熱到一定時間或凝露消除后，控制器就會控制關(guān)閉加熱器，但它存在如下缺點：第一，現(xiàn)有的凝露傳感器都是被動型產(chǎn)品，當空氣濕度很大，但還沒有形成凝露時，加熱器不動作，要等到產(chǎn)生凝露后，才能動作，造成加熱器工作滯后，導(dǎo)致凝露沒處理就可能出現(xiàn)放電現(xiàn)象；第二，凝露傳感器可能存在國內(nèi)產(chǎn)品對濕度變化反應(yīng)不靈敏的情況；第三，傳感器安裝現(xiàn)場如果出現(xiàn)環(huán)境較差有灰塵的情況，防凝露控制點會出現(xiàn)偏差，會降低防凝露的可靠性。針對以上情況，采用一種新型半導(dǎo)體除濕裝置。

3.2 常規(guī)抑制凝露措施

應(yīng)加強現(xiàn)場管理，確保室內(nèi)及地面清潔；梅雨天應(yīng)將空調(diào)調(diào)至除濕功能，保證室內(nèi)的溫濕度差符合要求。對柜內(nèi)采用防凝露封堵材料進行有效封堵，確保柜內(nèi)密封完好。配電房加裝溫濕度計，及時掌握配電室的溫濕度情況，以便于及時處理。將配電房負荷進行調(diào)整，邊上二臺高壓柜盡可能提高負荷，來減少造成凝露的可能性。高壓室空調(diào)布置要合理，空調(diào)的出風(fēng)口不要正對高壓柜，以降低開關(guān)柜外殼上產(chǎn)生凝露的可能性。增加溫濕度報警裝置，并上傳至有人的值班室或者電工由每天巡檢，改為每二小時巡檢一次，特別是在梅雨天氣再增加巡檢次數(shù)。

3.3 新型防凝露措施

目前國內(nèi)外防凝露主要采用加熱器加熱和風(fēng)機抽濕兩種方法對電柜柜體內(nèi)部進行防凝露控制，但是這兩種方法對于濕度較大的南方梅雨季節(jié)控制開關(guān)柜凝露效果較差，已經(jīng)有多起由于凝露原因造成開關(guān)柜內(nèi)部燒毀事故。為了真正消除凝露形成，必須降低開關(guān)柜內(nèi)部空氣濕度，現(xiàn)有的方法中，加熱法只能控制開關(guān)柜的內(nèi)部溫度，不能降低柜內(nèi)濕度，存在被動防凝露，長時間加熱除了耗能，還容易造成設(shè)備老化，風(fēng)機排風(fēng)控制凝露在空氣濕度較大時，不能降低柜內(nèi)濕度，所以防凝露效果也較差。對此提出一種基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)，采用降低開關(guān)柜內(nèi)部濕度的方法，即采用除濕法防止凝露形成。當環(huán)境濕度較大時，會在制冷裝置中溫度較低的冷卻板的表面上結(jié)霜，這樣就可以利用制冷裝置將空氣中的水分不斷地吸引到制冷裝置冷卻板的表面上，當制冷裝置冷卻板的表面霜達到一定程度時停止降溫，制冷裝置冷卻板表面結(jié)的霜將融化，并采用專用水收集裝置將水排到柜體外部，達到降低開關(guān)柜柜體內(nèi)部空氣濕度的目的，有效防止凝露發(fā)生。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)加熱和風(fēng)扇除濕方法具有一定的局限性，在很多情況下對下列幾種典型的場合基本無效：(1)高壓開關(guān)的操控柜或戶外端子箱：這種電柜密封較好，一般放置在戶外，但早晚和四季的溫差很大，這種柜子一旦有潮氣進入就很難自己排出，一旦內(nèi)外產(chǎn)生很大溫差或在梅雨潮濕季節(jié)將會發(fā)生嚴重結(jié)露直接威脅到開關(guān)設(shè)備的安全運行；(2)帶電作業(yè)工具存儲柜：帶電作業(yè)工具對絕緣有特定的要求，規(guī)定帶電作業(yè)工具不能受潮濕或結(jié)露，要求平時放置在干燥條件下，但一般的存放柜沒有專門的防潮措施，用熱烘的辦法在一般柜內(nèi)難以做到均勻除濕，而且工具受長期烘烤熱容易老化，最好的辦法應(yīng)該是抽濕加熱微熱通風(fēng)除濕；(3)移開式或緊湊型的高壓開關(guān)柜：這種電柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、空間爬電距離小，對絕緣防潮有很高的要求，目前均采用加熱器控制除濕，但是在潮濕季節(jié)空氣中的大量水泡有可能進到電柜內(nèi)部，用加熱的方法效果也很微弱；(4)戶外小型箱式變電環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜或地鐵配電柜，由于這些電柜完全是在戶外或地下，即在自然環(huán)境下工作，其內(nèi)部水汽十分嚴重，盡管內(nèi)部設(shè)備都有較強的防潮措施，但有時在惡劣環(huán)境氣候下還會由于潮濕而造成嚴重事故。因此，開發(fā)和使用基于半導(dǎo)體制冷原理的新型開關(guān)柜除濕裝置具有非常重要的意義。