一起10kV环网柜二次室电气火灾事故原因及防范措施分析

／国网安徽省电力公司合肥供电公司 都伟杰 戈庆长 陶承 ／

一起10kV环网柜二次室电气火灾事故原因及防范措施分析

／国网安徽省电力公司合肥供电公司 都伟杰 戈庆长 陶承 ／

电力开关设备是本质安全型电网的基础设施，本文通过分析一起因环网柜二次元件的安装、配线工艺缺陷及控制回路二次方案设计问题等原因引起的户外箱式开闭所内10kV环网柜顶部二次低压室起火事故，阐述了电力开关设备二次元件安装、配线工艺缺陷可能给电网安全运行带来的潜在隐患。并结合实际运行要求，指出该类型设备优化二次设计方案及相关缺陷的防范措施。

环网柜；二次元件安装；配线工艺；二次方案设计

0 引言

2017年国家电网公司在安全生产工作1号文件中指出，深入推进本质安全建设是公司安全生产各项任务的重点。在电网建设中，严格过程控制，实现“零缺陷”交付投运，是构建安全本质型电网的基础工作。对于配电设备，二次回路主要由测量仪表、综合保护装置、端子及熔断器等二次设备互相连接而成。其作用是对一次设备进行监制、保护等，对于电网正常、安全运行至关重要。然而，某些设备厂家在二次回路的设计、生产过程关键工艺管控方面较为薄弱，出厂产品的质量存在一定缺陷，这些可能会给产品在投运后带来事故。本文分析的该起开关柜二次室电气火灾事故，正是由于二次回路存在的缺陷导致。本文还根据现场运行要求，为该类型设备的控制母线回路提供了优化二次设计方案。

1 事故分析

1.1 事故概况

2017年2月，某市道路上环网柜起火，设备方案为2进6出，进出线单元均为断路器柜（V柜），单气箱间隔。经实地勘察，起火点位于环网柜05开关间隔顶部低压二次室，火势猛烈，并殃及左侧04开关间隔及右侧06间隔。事故发生时，设备10kV一次带电；保护未动作；二次保护回路微断未动作；后经供电部门运行班操作停电。

设备拆除，其状态如下：① 除05、06间隔外，其余间隔SF6气箱气压表指针均在正常绿色压力范围值内，05、06间隔气压表指示至非正常范围；② 05开关间隔一次桥接母线外绝缘受损；③ 05开关间隔低压二次室内部全部烧毁；机构室、下出线室内二次线及CT未见明显引火点；④ 04开关间隔右侧、06间隔左侧部分二次元件烧毁；⑤ 除05、06间隔外，其他柜二次面板上元件均不同程度损坏，柜内外覆有大量烟尘。

1.2 事故设备基本情况

事故设备生产日期为2016年7月，投运日期为2017年1月，同批设备共四组，其他三套现运行正常。

1.3 事故起因的探究

事故发生后，事故原因分析组人员认为，二次回路着火原因多为漏电、过负荷、短路等因素引起的放电，或是因接触电阻大而引起的长期发热，如：长期运行后，凝露、污秽等外部因素引起的短路；CT开路原因；设备厂家元件自身质量问题；设备厂家元件的安装、配线工艺问题等。

1.4 事故成因的排查

由于05开关间隔低压元件均烧毁，分析组根据事故发生时的实地勘察情况、事故设备其他间隔状况、设备二次接线原理图及同批次设备厂家供货产品的情况，对事故进行了分析，具体如下：

1）当日气温为3～16℃，相对湿度67% ，温差大，夜间存在凝露的可能性；

2）因05开关间隔CT二次线未见明显引火点，故基本排除CT开路原因；

3）柜内端子紧固螺丝为M3，规格偏小，紧固扭矩在0.6～0.8Nm，力矩较难控制，二次配线时，可能存在螺丝未紧或是螺纹滑丝无法拧紧的现象。事故环网柜及同批次其他三套设备中就存在导线松动现象；

4）08开关间隔二次室内控母正电源22号端子缺少紧固螺丝，二次组部件存在质量问题；

5）03、07开关间隔二次室内控母正负电源端子条中央桥接件之间缺少端子隔片，端子隔片的作用，是为了保证相邻不同电位端子桥接件间的电气间隙及爬电距离，如不安装，会使控制正负电源端子组之间缺少有效的电气隔离，存在安全隐患；

6）多处接线端子压接时，部分导线金属铜丝未完全压接到冷压端子内，散落在外的铜丝容易碰及相邻端子，存在安全隐患；

7）事故环网柜二次回路的保护设备方案：所有V柜间隔控制母线串接自PT柜二次出口熔断器下口，干线熔断器额定电流6A，V柜间隔分支控制保护元件为微型断路器，额定电流也为6A，未进行分级。

2 隐患分析

（1）凝露的隐患

当空气由热变冷时潮气就会凝结在绝缘层表面，在不同电位导体间形成一能微弱导电的液膜，两导体间因电位差而产生很小的电流，电流的热效应使液体液化，但是液膜中的盐分和导电的尘埃却遗留在绝缘层表面上，这一过程循环不已，使其导电性能不断提高，达到一定的程度时，电流产生的热量使其绝缘层碳化，造成极间短路，短路产生的电弧碰到可燃物引燃起火。

（2）上述第3、4两条的隐患

端子的松动、导线连接不牢靠会使接头接触不良，造成接触部位局部电阻过大，当电流通过导线接头时，会在此处产生热量，形成高温，使金属变色甚至熔化，引起导线绝缘层燃烧，并引燃附近的可燃物，从而造成火灾。

（3）上述第5、6两条的隐患

端子隔片是为使端子在工况条件较差的情况下，电气间有效隔离。事故设备正负电源间未能有效隔离，电气间隙及爬电距离过近，新装设备在安装调试时，不会出现问题，但当经过一段时间的运行，如遇到空气湿度大、凝露或污秽积累时，两裸路导体间易形成短路。 由于短路时电阻突然减少，电流急剧增大，瞬间发热量增大，超过线路正常工作时的发热量，会在短路点产生强烈的火花和电弧，不仅能使绝缘层迅速燃烧，而且能使金属熔化，引起附近的易燃物燃烧，造成火灾。

（4）上述第7条的隐患

DL/T5136－2012《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》中第7.2.1条指出：二次回路的保护设备用以切除二次回路短路故障，并作为回路检修和调试时断开交、直流电源之用。保护设备可用熔断器，也可采用自动开关。但当自动开关开断水平、动热稳定无法满足要求时，保护设备应选用熔断器。且在第7.2.8.1条指出：干线上熔断器熔件的额定电流应较支线上的大2～3级。

然而事故环网柜二次回路的保护设备选用并未进行分级，额定电流均为6A。从环网柜生产厂家选用熔断器及微型断路器的特性曲线上可看出，当电流在5倍In时，熔断器动作时间为0.1～4s，而断路器的脱扣时间为0.1～8s。保护设备采用这种设计方案会出现分支断路器不动作时，干线熔断器已熔断，使二次回路失电范围增大。这就是事故环网柜各间隔内控制小型断路器及10kV断路器均未动作的原因，事故发生时由于起火点位于控制母线跨接位置，此处二次回路的保护设备位于第一台01间隔PT柜熔断器处，当正负电源端子组间短路时，在微型断路器未动作前，熔断器熔断，使整组设备8个间隔所有保护失电，保护无法正常工作，10kV断路器亦无法断开，又因其无法断开，电流回路带电，加剧火势，二次室燃烧的同时，殃及其后部的10kV一次桥接母线，使得母线套管与柜体连接处的密封部件受热变形，造成气体泄漏。

3 改进措施

针对以上问题，结合环网柜产品的使用环境及运行条件，笔者针对该类型产品提出以下防范措施：①改进设备内防凝露措施。通过加强设备底部电缆进出口的封堵，隔离电缆沟内潮气；增设柜体通风口、加装换气扇；加装防凝露装置等方法，提高开关柜防凝露性能。②产品生产厂家应从原材料、组部件进厂检验、生产装配等各道工序的工艺技术上保证产品生产的需要，严格过程控制，规定生产工艺，以保证出厂产品的长期稳定运行。③针对此类产品户外使用条件，建议该类产品的二次回路端子选用紧固螺丝为M4，紧固扭矩在1.5～1.8Nm的常规产品，此类产品安装工具通用，力矩好控制，二次配线时，导线不易松动。④严格按标准DL/ T5136的规定选用开断水平、动热稳定性能一致的二次回路保护设备，并分级设置；按标准7.4.7条要求，在正、负电源及经常带电的回路端子组之间设一个空端子隔开，形成有效电气隔离。⑤在送电前加强二次设备安装工艺质量验收管理，将可能发生的风险规避到最小。

4 结束语

根据各环节排查及技术推断，该起事故的直接原因是由于设备厂家在生产时，未能将二次元件的安装、配线工艺的缺陷消除，及二次保护回路设计方案不当而引起的电子气火灾事故。通过分析原因，笔者认为，电网本质安全是从源头上预防和抵御事故风险的能力，是设备质量、电网结构、安全管理、队伍素质的综合体现。电力开关设备作为电网建设的基础，生产厂家只有通过合理组部件选型、规范标准的设计、完善工艺制作水平及严格过程控制等措施，改进和提升产品质量，才能为坚强电网提供质量优良、状态良好、具有防范故障能力的本质安全的物质基础。