MNS低壓抽屜柜燒損故障分析及應(yīng)對措施

青島尚科高壓電器研究院有限公司 駱祥華 湯 川 官 敏 宋慶超

低壓MNS抽屜柜以檢修方便、出線回路多、占地面積小等優(yōu)勢受到廣大電力用戶的青睞。行業(yè)內(nèi)雖然生產(chǎn)廠家眾多，但是技術(shù)及生產(chǎn)能力參差不齊，在抽屜開關(guān)柜設(shè)計和裝配方面存在安全隱患，再加上用戶運維情況差等因素，隨著運行時間增加柜內(nèi)零部件逐漸老化，將導致開關(guān)柜事故頻發(fā)以致發(fā)生燒損等嚴重事故[1]。

1 故障經(jīng)過

2019年7月28日凌晨，某配電室正常運行的一臺MNS低壓抽屜柜突然發(fā)生燃燒起火故障，現(xiàn)場運維人員將上一級35kV開關(guān)分閘后進行滅火，經(jīng)確認起火源為低壓側(cè)D28饋線柜，整柜燒損嚴重，已完全喪失運行功能。經(jīng)與現(xiàn)場工作人員確認，此配電室于2005年整體投入運行，期間運行正常，無維護保養(yǎng)記錄。火災(zāi)報警發(fā)生前，各出線開關(guān)、負載未出現(xiàn)開關(guān)故障、跳閘、停電及大規(guī)模啟、停設(shè)備（設(shè)施）現(xiàn)象，同時經(jīng)檢查運行記錄確認，各單元進線開關(guān)電流顯示正常，無過負載情況。

2 故障分析

2.1 現(xiàn)場故障狀況

如圖1所示，D28柜完全燒毀，柜內(nèi)元器件呈焦炭狀，金屬殼架已完全變形，所有元件、標識嚴重燒毀無法辨認。經(jīng)對現(xiàn)場局部燒損痕跡的比對分析，如圖2所示，第8回路出線單元（下數(shù)一）金屬殼架燒損情況最為嚴重，燒損程度由下往上逐級降低。

2.2 故障原因分析

通過對D28柜現(xiàn)場情況的詳細勘測、取樣，并對樣件進行檢測及綜合分析，運用仿真技術(shù)模擬還原運行狀態(tài)，并得出結(jié)論：開關(guān)柜起火的主要原因是第8回路開關(guān)進線端導體單相接地短路，引發(fā)弧光放電，起火燃燒[2]。具體分析如下：經(jīng)對D28柜第8回路進、出兩端插接件檢查，插接件無明顯燒損痕跡，同時檢查內(nèi)部斷路器情況，內(nèi)部導體未發(fā)現(xiàn)異常，可排除插接件和斷路器內(nèi)部短路情況。經(jīng)對D28柜第8回路燒損樣件檢查發(fā)現(xiàn)，第8回路開關(guān)進線端B相銅導線為雙股70mm2且已完全熔斷，AC相也存在不同程度的大面積燒熔情況。

第8回路開關(guān)進線端B相銅導線為銅編織線，熔點溫度為1083℃，柜內(nèi)其它主要可燃物主要為PVC塑料，其燃燒溫度為350℃，參考ISO834國際標準中火災(zāi)溫度-時間特性曲線，燃燒1h后的最高溫度約為950℃，小于導體的熔點溫度，并且開關(guān)出線側(cè)電流互感器測量線為僅4mm2卻未熔斷。經(jīng)上述分析推斷，引起導體熔斷的原因，并非起火后持續(xù)燃燒導致，通常此類情況的發(fā)生是由于接地故障或者相間短路造成。

經(jīng)對燒損件觀察，D28柜第8回路開關(guān)進線端導體及出線端導體均為銅編織線，查看其它柜體發(fā)現(xiàn)，導體外部均套有透明軟管（圖3）。經(jīng)現(xiàn)場查驗臨柜情況，此透明軟管由于長時處于高溫環(huán)境運行，相關(guān)標識已腐蝕模糊，無從查證其功能特性及合格性，經(jīng)現(xiàn)場取樣進行了絕緣測試，發(fā)現(xiàn)其并不具備相應(yīng)的絕緣性能。

現(xiàn)場隨機取樣后，對其進行化驗分析，發(fā)現(xiàn)透明軟管主要成分為聚氯乙烯，是一種不穩(wěn)定的聚合物，在光、熱、機械力、氧及某些活性金屬離子存在時會發(fā)生分解，放出氯化氫，隨著氯化氫分解的數(shù)量增加，軟管會老化，由原來透明逐漸發(fā)黃，逐漸變薄、變脆，容易斷裂[3]；同時，其介電性能與受熱情況有關(guān)：當加熱使PVC分解釋放出氯化氫，氯離子的存在會導致其電絕緣性能明顯下降[4]，因此此透明軟管通常不作為主回路導體絕緣通流使用。

與此同時，對相應(yīng)臨柜進行檢查，這種透明軟管均已發(fā)黃老化，且這種導體安裝在柜體中易緊貼金屬外殼，承受殼體內(nèi)凸出的金屬固定件的擠壓，呈明顯受力狀態(tài)，這些情況都極易造成老化的軟管破裂。這種安裝方式不符合GB/T7251.1-2013《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》第1部分總則中8.6.3條裸導體和絕緣導線的規(guī)定。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，D28柜第8回路抽屜柜所帶負載為大容量空調(diào)，時值夏季高溫，且長期處于較高負載運行，配電室風扇、空調(diào)等環(huán)控降溫設(shè)施配備不足，導體承受內(nèi)外雙重高溫，致使處于擠壓、受力狀態(tài)的導體外部包覆的透明軟管在高溫下加速老化、開裂，造成單相導體對地短路，弧光放電，產(chǎn)生高溫起火燃燒，由下向上蔓延，逐級引燃各出線回路，所有的導體包覆的透明軟管成為大火燃燒的助推器，導致D28整柜完全燒損。從圖4可以看出，熔斷點在導體與母線連接端、非導體與斷路器連接端，從多個臨柜驗證，此位置緊貼金屬外殼，且受力、擠壓嚴重，已出現(xiàn)不同程度的劃傷、破裂，短路風險極大。

2.3 故障其它原因分析

柜內(nèi)溫度過高。高負荷運行，導體長時通流，而且柜體缺乏維護，導致柜體積灰嚴重，整體散熱不良，配電室無除濕、無空調(diào)降溫設(shè)施，開關(guān)本體及導線高溫運行，整體性能下降，壽命降低。

設(shè)備及線路老化。該配電室于2005年正式投運，截止目前連續(xù)運行時間近14年，因運行工況不具備停電運檢條件，連續(xù)長時間運行，核心部件未得到及時的保養(yǎng)、檢測、更換，加速設(shè)備及線路老化，使用壽命降低。

3 應(yīng)對措施

抽屜柜中進出線導體應(yīng)選用正規(guī)低壓電纜或者帶有絕緣熱縮管包覆的銅排，并按照相關(guān)國家標準進行安裝；配電室應(yīng)確保開啟設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，以便于調(diào)取、查閱設(shè)備運行狀態(tài)。針對歷史數(shù)據(jù)做好統(tǒng)計分析，并對標實際運行數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)異常并消除隱患。同時配電室應(yīng)加強送排風系統(tǒng)的管理，送排風功率及效能應(yīng)滿足正常運行需求；配電室內(nèi)的運行低壓柜應(yīng)定期進行質(zhì)量排查，尤其針對內(nèi)部開關(guān)、銅導線、插接件等核心部件，必要時進行更換[5]。

配電室所帶負載應(yīng)進行分級分類并逐一進行標識，對非常重要及重要負荷應(yīng)增加必要的保護裝置，制定針對性運檢計劃并落地實施；定期組織運維人員及配電室管理人員進行有效的技能培訓，比如配電室運維知識、突發(fā)異常緊急處理、安全防護等課題培訓，并定期開展應(yīng)急演練及實操考核，全方位提升人員技能水平和應(yīng)對突發(fā)事件的應(yīng)變能力[6]。