曹軍

摘要：本文對(duì)某10kV手車式開(kāi)關(guān)柜電氣火災(zāi)進(jìn)行分析，研究火災(zāi)發(fā)生的主要原因和分析火災(zāi)過(guò)程，并提出改進(jìn)方法。希望通過(guò)研究，使工作人員了解對(duì)火災(zāi)原因的分析方式，以及做好對(duì)開(kāi)關(guān)柜的改造工作，滿足工廠的生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞：10kV手車式開(kāi)關(guān)柜;電氣火災(zāi);分析

引言：使用手車式高壓柜能夠更加方便地進(jìn)行斷路器的更換，同時(shí)其運(yùn)行也具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，因此得到了廣泛地使用。但是由于母線室比較封閉，容易造成各種發(fā)熱和火災(zāi)的問(wèn)題。如果開(kāi)關(guān)柜發(fā)生火災(zāi)，會(huì)難以撲滅并且影響生產(chǎn)。因此，需要做好對(duì)火災(zāi)原因的分析，為生產(chǎn)提供穩(wěn)定環(huán)境。

1、進(jìn)電柜內(nèi)電氣元件及10kV引電過(guò)程

某原料爐除塵風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率為2000kW，使用了定子線圈串液態(tài)電阻啟動(dòng)的方式以控制啟動(dòng)電流，風(fēng)機(jī)的一次系統(tǒng)包括電柜、液態(tài)電阻和星點(diǎn)短接柜積分部分。進(jìn)電柜在10kV開(kāi)關(guān)站的位置上安裝，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，有火災(zāi)在進(jìn)電柜內(nèi)發(fā)生。進(jìn)電柜的結(jié)構(gòu)如圖1，進(jìn)電柜的母線室內(nèi)安裝了三相母線，同時(shí)進(jìn)電柜還連接了手車斷路器、靜電觸頭盒，以及安裝了三相靜電觸，母線使用絕緣套管進(jìn)行支撐[1]。在手車室中，有手車式斷路器;儀表中包括了繼電保護(hù)電源開(kāi)關(guān)、連接端子排。在儀表室門(mén)上裝有主動(dòng)保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)裝置，還安裝了數(shù)字多功能儀表，并且安裝了顯示器來(lái)顯示斷路器所處的分合狀態(tài)。電纜室內(nèi)安裝了電流互感器、零序電流互感器等等，還安裝了手車式斷路器的三相觸頭和針對(duì)電纜室的過(guò)壓保護(hù)裝置;專門(mén)使用了環(huán)氧樹(shù)脂支撐絕緣套的側(cè)絕緣板。

在上述結(jié)構(gòu)中，三相主母線在母線室內(nèi)呈豎直方向分兩排排列，C母線和B母線設(shè)置在同一列，并且和背部的隔離鋼板僅靠。在10kV進(jìn)電柜的結(jié)構(gòu)中，分支母線在主母線的位置開(kāi)始搭接，然后將10kV線路引入到靜電觸頭盒。工作過(guò)程中，必須要確保手車式斷路器到位，使斷路器的觸頭插入到靜觸頭的梅花樁盒內(nèi)。進(jìn)電柜的三相觸頭使用銅排線和電流互感器相連。

2、進(jìn)電柜繼電保護(hù)

風(fēng)機(jī)的繼電保護(hù)系統(tǒng)二次電氣原理圖如圖2，在該系統(tǒng)中，使用DWP240保護(hù)裝置，通過(guò)其邏輯連鎖作用，滿足電機(jī)繼電保護(hù)、液態(tài)電阻系統(tǒng)的控制需要。DWP241則主要發(fā)揮電機(jī)差動(dòng)保護(hù)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，信號(hào)會(huì)先進(jìn)入DWP241，然后再進(jìn)入DWP240，然后可以控制跳閘。

DWP240各個(gè)端子的功能為：A19負(fù)責(zé)軟啟動(dòng)超時(shí)保護(hù)、A21為跳閘功能、A22負(fù)責(zé)差動(dòng)保護(hù)、A23負(fù)責(zé)工作合閘、A24是跳閘線圈、A25是合閘線圈，A17和A27作為電源。其中的KA0是水電阻小PLC，以允許啟動(dòng)信號(hào)，PLC的常開(kāi)接點(diǎn)也來(lái)自于水電阻小PLC系統(tǒng)，為PLC自動(dòng)跳閘信號(hào)。KT1是來(lái)自2000kW的風(fēng)機(jī)風(fēng)扇控制系統(tǒng)，可以發(fā)出信號(hào)控制風(fēng)扇延遲。如果風(fēng)扇由于存在問(wèn)題出現(xiàn)了跳閘的情況，主機(jī)也會(huì)隨之同時(shí)跳閘。

DWP240主動(dòng)微機(jī)保護(hù)裝置控制過(guò)流設(shè)置為5A，動(dòng)作時(shí)間0.4s;過(guò)負(fù)荷為1.00A，動(dòng)作時(shí)間30s。電流互感器的變比為200/5A，所以通過(guò)的一次電流為1000A，過(guò)負(fù)荷的一次電流為200A。過(guò)電流的標(biāo)準(zhǔn)為高于主機(jī)的啟動(dòng)電流，并且過(guò)負(fù)荷的倍數(shù)為200A/147A=1.36。

DWP241微機(jī)保護(hù)裝置的保護(hù)參數(shù)設(shè)定中，差動(dòng)電流的啟動(dòng)為0.85Ic，差動(dòng)電流斷速值為6.00Ic，比率制動(dòng)系數(shù)控制在0.5，CT報(bào)警值為0.3Ic。設(shè)定電流互感器比為200/5A，所以差動(dòng)電流的啟動(dòng)值為125A，差動(dòng)電流的速斷值為882A。結(jié)合該系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)定情況，可以發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有設(shè)置接地保護(hù)。

3、引起火災(zāi)的原因及形成過(guò)程分析

3.1引起火災(zāi)的原因

通過(guò)對(duì)火災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)的觀察，發(fā)現(xiàn)高壓柜電纜室內(nèi)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的燒損，零件和設(shè)備基本全部燒毀，只有電流互感器保留了一半。拆去高壓柜的后蓋板之后發(fā)現(xiàn)，由于母線隔板和高壓柜后的封閉板之間存在10厘米的縫隙，這個(gè)縫隙在火災(zāi)中可以作為減壓通道。在手車開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，每個(gè)封閉室中都有帶電體，可以證明有巨大的火災(zāi)隱患。但是結(jié)合開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的燒毀情況，由于微機(jī)保護(hù)裝置已經(jīng)被燒毀，所以并不能獲得故障波的歷史記錄，斷路器也被燒毀，因此不能證明在火災(zāi)之后斷路器是否發(fā)生了跳閘動(dòng)作[2]。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)分析，如果當(dāng)時(shí)斷路器已經(jīng)跳閘，說(shuō)明火災(zāi)是在電纜室內(nèi)開(kāi)始的;如果斷路器并沒(méi)有跳閘，可以推斷火災(zāi)實(shí)在電纜室外發(fā)生的。

如果火災(zāi)是由于手車式10kV高壓柜開(kāi)始的，主要的原因包括主母線和分支母線的接觸不良，導(dǎo)致接頭位置存在嚴(yán)重的發(fā)熱，最終引起火災(zāi);在穿過(guò)側(cè)面板位置的母線套管，由于長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致絕緣下降出現(xiàn)了爬電的情況，并發(fā)展成放電從而導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生;手車沒(méi)有充分搖入，導(dǎo)致手車沒(méi)有完全插入到接線盒，由于接觸面積不足，導(dǎo)致火災(zāi);以及引起放電拉弧，最終導(dǎo)致三相短路而引起火災(zāi)。最后，電纜室保護(hù)器的絕緣被擊穿后也會(huì)引起火災(zāi)。

由于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的元件已經(jīng)全部燒毀，所以不能確定過(guò)壓保護(hù)器絕緣擊穿引起的火災(zāi)原因，結(jié)合對(duì)母線室隔離鋼板背部的燒毀情況進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)有不規(guī)則的橢圓熔洞，屬于電弧燒毀所致，其尺寸為100*60mm，根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，必須有極高的溫度和熱量集中，才能燒出該形狀的橢圓洞，根據(jù)母線室內(nèi)的布置，以及在隔離鋼板背后構(gòu)成了電纜室的減壓通道，能夠使火勢(shì)火災(zāi)電纜室內(nèi)迅速擴(kuò)散，但并不會(huì)在某一點(diǎn)集中熱量，并且會(huì)將熱量平均地分布到整個(gè)減壓通道當(dāng)中，和實(shí)際情況并不相符，因此電纜室內(nèi)過(guò)壓保護(hù)器絕緣擊穿導(dǎo)致也不是火災(zāi)的原因。

如果火災(zāi)是由于斷路器手車搖入不充分，使得插入位置缺少足夠的接觸面積而導(dǎo)致火災(zāi)的出現(xiàn)，串聯(lián)在斷路器合閘線圈回路限位點(diǎn)并不會(huì)閉合，所以斷路器不會(huì)合閘。即便斷路器合閘成功，動(dòng)靜觸頭也會(huì)因?yàn)榻佑|不良導(dǎo)致比較嚴(yán)重的發(fā)熱問(wèn)題，最終導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。在上述的火災(zāi)發(fā)生原因中，火災(zāi)會(huì)直接擊穿三相動(dòng)靜觸頭的絕緣，使三相短路，以及造成真空斷路器跳閘。但是，手車室的火災(zāi)也不會(huì)專門(mén)攻擊某點(diǎn)，而是會(huì)迅速充滿整個(gè)空間。

母線室內(nèi)的隔離板為鍍鋅鋼板，具有1540℃以上的熔點(diǎn)，如果是母線室、電纜室有火焰產(chǎn)生，最高溫度不會(huì)超過(guò)1500℃，達(dá)不到將隔離板融化的條件。并且結(jié)合火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的情況，并沒(méi)有導(dǎo)致母線室、電纜室、儀表室、手車室的鋼結(jié)構(gòu)被燒毀，在排除其他原因后，可以判斷母線室的隔離鋼板上的不規(guī)則橢圓洞來(lái)自于電弧的作用。電弧的溫度可以達(dá)到4000℃以上，可以將鋼板很輕松地?zé)?。并且針?duì)電廠的10kV供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，并沒(méi)有專門(mén)設(shè)置中興街地點(diǎn)，因此供電系統(tǒng)的接地電流會(huì)比較高，達(dá)到了兩相電容電流的和。假如對(duì)C相進(jìn)行接地，則C相對(duì)地電容為0，并且會(huì)導(dǎo)致AB兩相和地面的電壓升高√3倍，導(dǎo)致電容電流形成電弧流入C相，然后通過(guò)C相再流入二次線圈，導(dǎo)致了火災(zāi)的出現(xiàn)。

經(jīng)過(guò)上述分析，可以證明火災(zāi)出現(xiàn)在C相母線的左后側(cè)，是由于隔離鋼板的放電導(dǎo)致電弧出現(xiàn)，從而造成了這起高壓電氣火災(zāi)事故。

3.2火災(zāi)形成過(guò)程

根據(jù)火災(zāi)的形成原因，能夠?qū)馂?zāi)的發(fā)生和發(fā)展做出判斷，認(rèn)為是由于母線室內(nèi)C相左側(cè)的絕緣套管下落導(dǎo)致電弧放電的問(wèn)題，然后點(diǎn)燃了斷路器的觸頭盒。并且造成隔離鋼板被燒毀。熔化的鋼渣落到下方過(guò)壓保護(hù)器，使保護(hù)器被點(diǎn)燃，然后母線室、手車室和電纜室也受到影響著火，而且開(kāi)關(guān)柜也不能跳閘自保。

4、10kV開(kāi)關(guān)站接地故障處置電氣設(shè)計(jì)

對(duì)于接地故障的處理，可以采用電流檢測(cè)的方式進(jìn)行控制。通過(guò)對(duì)10kV系統(tǒng)電機(jī)、變壓器分柜專門(mén)設(shè)置零序電流互感器，以及對(duì)接地電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且將零序電流互感器二次電流介入到JX32電流接地選線裝置，再分錄柜出現(xiàn)接地故障時(shí)，故障的信號(hào)會(huì)通過(guò)選線裝置發(fā)出。

5、改進(jìn)措施

在原系統(tǒng)中，不接地系統(tǒng)只會(huì)發(fā)出報(bào)警，但是并不會(huì)控制跳閘，所以會(huì)增加運(yùn)行過(guò)程中的隱患，但是由于工廠的10kV供電系統(tǒng)的負(fù)荷很高，發(fā)生火災(zāi)的幾率比較大，在不跳閘的情況下就會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)出現(xiàn)。所以工廠的高壓配電保護(hù)裝置可以采用延時(shí)接地保護(hù)跳閘的方式，通過(guò)延時(shí)長(zhǎng)躲過(guò)恢復(fù)性接地閃擊;同時(shí)也要強(qiáng)化監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)自動(dòng)化監(jiān)控工作，以及安排值班人員進(jìn)行24小時(shí)全程監(jiān)控。

結(jié)論：在分析開(kāi)關(guān)電氣柜的火災(zāi)時(shí)，需要綜合分析現(xiàn)場(chǎng)情況，尤其是確定火災(zāi)形勢(shì)和現(xiàn)場(chǎng)溫度，確定火災(zāi)原因。之后要充分根據(jù)火災(zāi)發(fā)生原因進(jìn)行改進(jìn)工作，滿足條件需求，創(chuàng)造安全的工作環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]陶波.10kV手車式開(kāi)關(guān)柜電氣火災(zāi)分析[J].電工技術(shù)，2017（09）：83-85.

[2]羅萼.一起配電室開(kāi)關(guān)柜火災(zāi)原因分析及糾正措施[J].電力安全技術(shù)，2015，17（03）：44-46.

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