10kV手车式开关柜电气火灾分析

曹军

摘要：本文对某10kV手车式开关柜电气火灾进行分析，研究火灾发生的主要原因和分析火灾过程，并提出改进方法。希望通过研究，使工作人员了解对火灾原因的分析方式，以及做好对开关柜的改造工作，满足工厂的生产需求。

关键词：10kV手车式开关柜;电气火灾;分析

引言：使用手车式高压柜能够更加方便地进行断路器的更换，同时其运行也具有较高的稳定性和可靠性，因此得到了广泛地使用。但是由于母线室比较封闭，容易造成各种发热和火灾的问题。如果开关柜发生火灾，会难以扑灭并且影响生产。因此，需要做好对火灾原因的分析，为生产提供稳定环境。

1、进电柜内电气元件及10kV引电过程

某原料炉除尘风机的电机功率为2000kW，使用了定子线圈串液态电阻启动的方式以控制启动电流，风机的一次系统包括电柜、液态电阻和星点短接柜积分部分。进电柜在10kV开关站的位置上安装，经过长时间运行后，有火灾在进电柜内发生。进电柜的结构如图1，进电柜的母线室内安装了三相母线，同时进电柜还连接了手车断路器、静电触头盒，以及安装了三相静电触，母线使用绝缘套管进行支撑[1]。在手车室中，有手车式断路器;仪表中包括了继电保护电源开关、连接端子排。在仪表室门上装有主动保护和差动保护装置，还安装了数字多功能仪表，并且安装了显示器来显示断路器所处的分合状态。电缆室内安装了电流互感器、零序电流互感器等等，还安装了手车式断路器的三相触头和针对电缆室的过压保护装置;专门使用了环氧树脂支撑绝缘套的侧绝缘板。

在上述结构中，三相主母线在母线室内呈竖直方向分两排排列，C母线和B母线设置在同一列，并且和背部的隔离钢板仅靠。在10kV进电柜的结构中，分支母线在主母线的位置开始搭接，然后将10kV线路引入到静电触头盒。工作过程中，必须要确保手车式断路器到位，使断路器的触头插入到静触头的梅花桩盒内。进电柜的三相触头使用铜排线和电流互感器相连。

2、进电柜继电保护

风机的继电保护系统二次电气原理图如图2，在该系统中，使用DWP240保护装置，通过其逻辑连锁作用，满足电机继电保护、液态电阻系统的控制需要。DWP241则主要发挥电机差动保护。在电力系统运行中，信号会先进入DWP241，然后再进入DWP240，然后可以控制跳闸。

DWP240各个端子的功能为：A19负责软启动超时保护、A21为跳闸功能、A22负责差动保护、A23负责工作合闸、A24是跳闸线圈、A25是合闸线圈，A17和A27作为电源。其中的KA0是水电阻小PLC，以允许启动信号，PLC的常开接点也来自于水电阻小PLC系统，为PLC自动跳闸信号。KT1是来自2000kW的风机风扇控制系统，可以发出信号控制风扇延迟。如果风扇由于存在问题出现了跳闸的情况，主机也会随之同时跳闸。

DWP240主动微机保护装置控制过流设置为5A，动作时间0.4s;过负荷为1.00A，动作时间30s。电流互感器的变比为200/5A，所以通过的一次电流为1000A，过负荷的一次电流为200A。过电流的标准为高于主机的启动电流，并且过负荷的倍数为200A/147A=1.36。

DWP241微机保护装置的保护参数设定中，差动电流的启动为0.85Ic，差动电流断速值为6.00Ic，比率制动系数控制在0.5，CT报警值为0.3Ic。設定电流互感器比为200/5A，所以差动电流的启动值为125A，差动电流的速断值为882A。结合该系统的保护设定情况，可以发现并没有设置接地保护。

3、引起火灾的原因及形成过程分析

3.1引起火灾的原因

通过对火灾后现场的观察，发现高压柜电缆室内出现了比较严重的烧损，零件和设备基本全部烧毁，只有电流互感器保留了一半。拆去高压柜的后盖板之后发现，由于母线隔板和高压柜后的封闭板之间存在10厘米的缝隙，这个缝隙在火灾中可以作为减压通道。在手车开关柜内，每个封闭室中都有带电体，可以证明有巨大的火灾隐患。但是结合开关柜内的烧毁情况，由于微机保护装置已经被烧毁，所以并不能获得故障波的历史记录，断路器也被烧毁，因此不能证明在火灾之后断路器是否发生了跳闸动作[2]。结合经验分析，如果当时断路器已经跳闸，说明火灾是在电缆室内开始的;如果断路器并没有跳闸，可以推断火灾实在电缆室外发生的。

如果火灾是由于手车式10kV高压柜开始的，主要的原因包括主母线和分支母线的接触不良，导致接头位置存在严重的发热，最终引起火灾;在穿过侧面板位置的母线套管，由于长时间工作导致绝缘下降出现了爬电的情况，并发展成放电从而导致火灾发生;手车没有充分摇入，导致手车没有完全插入到接线盒，由于接触面积不足，导致火灾;以及引起放电拉弧，最终导致三相短路而引起火灾。最后，电缆室保护器的绝缘被击穿后也会引起火灾。

由于开关柜内的元件已经全部烧毁，所以不能确定过压保护器绝缘击穿引起的火灾原因，结合对母线室隔离钢板背部的烧毁情况进行观察，发现有不规则的椭圆熔洞，属于电弧烧毁所致，其尺寸为100*60mm，根据火灾现场的实际情况，必须有极高的温度和热量集中，才能烧出该形状的椭圆洞，根据母线室内的布置，以及在隔离钢板背后构成了电缆室的减压通道，能够使火势火灾电缆室内迅速扩散，但并不会在某一点集中热量，并且会将热量平均地分布到整个减压通道当中，和实际情况并不相符，因此电缆室内过压保护器绝缘击穿导致也不是火灾的原因。

如果火灾是由于断路器手车摇入不充分，使得插入位置缺少足够的接触面积而导致火灾的出现，串联在断路器合闸线圈回路限位点并不会闭合，所以断路器不会合闸。即便断路器合闸成功，动静触头也会因为接触不良导致比较严重的发热问题，最终导致火灾发生。在上述的火灾发生原因中，火灾会直接击穿三相动静触头的绝缘，使三相短路，以及造成真空断路器跳闸。但是，手车室的火灾也不会专门攻击某点，而是会迅速充满整个空间。

母线室内的隔离板为镀锌钢板，具有1540℃以上的熔点，如果是母线室、电缆室有火焰产生，最高温度不会超过1500℃，达不到将隔离板融化的条件。并且结合火灾现场的情况，并没有导致母线室、电缆室、仪表室、手车室的钢结构被烧毁，在排除其他原因后，可以判断母线室的隔离钢板上的不规则椭圆洞来自于电弧的作用。电弧的温度可以达到4000℃以上，可以将钢板很轻松地烧穿。并且针对电厂的10kV供电系统结构设计分析，并没有专门设置中兴街地点，因此供电系统的接地电流会比较高，达到了两相电容电流的和。假如对C相进行接地，则C相对地电容为0，并且会导致AB两相和地面的电压升高√3倍，导致电容电流形成电弧流入C相，然后通过C相再流入二次线圈，导致了火灾的出现。

经过上述分析，可以证明火灾出现在C相母线的左后侧，是由于隔离钢板的放电导致电弧出现，从而造成了这起高压电气火灾事故。

3.2火灾形成过程

根据火灾的形成原因，能够对火灾的发生和发展做出判断，认为是由于母线室内C相左侧的绝缘套管下落导致电弧放电的问题，然后点燃了断路器的触头盒。并且造成隔离钢板被烧毁。熔化的钢渣落到下方过压保护器，使保护器被点燃，然后母线室、手车室和电缆室也受到影响着火，而且开关柜也不能跳闸自保。

4、10kV开关站接地故障处置电气设计

对于接地故障的处理，可以采用电流检测的方式进行控制。通过对10kV系统电机、变压器分柜专门设置零序电流互感器，以及对接地电流进行监测，并且将零序电流互感器二次電流介入到JX32电流接地选线装置，再分录柜出现接地故障时，故障的信号会通过选线装置发出。

5、改进措施

在原系统中，不接地系统只会发出报警，但是并不会控制跳闸，所以会增加运行过程中的隐患，但是由于工厂的10kV供电系统的负荷很高，发生火灾的几率比较大，在不跳闸的情况下就会导致火灾出现。所以工厂的高压配电保护装置可以采用延时接地保护跳闸的方式，通过延时长躲过恢复性接地闪击;同时也要强化监控系统，加强自动化监控工作，以及安排值班人员进行24小时全程监控。

结论：在分析开关电气柜的火灾时，需要综合分析现场情况，尤其是确定火灾形势和现场温度，确定火灾原因。之后要充分根据火灾发生原因进行改进工作，满足条件需求，创造安全的工作环境。

参考文献

[1]陶波.10kV手车式开关柜电气火灾分析[J].电工技术，2017（09）：83-85.

[2]罗萼.一起配电室开关柜火灾原因分析及纠正措施[J].电力安全技术，2015，17（03）：44-46.

江阴兴澄特种钢铁有限公司