一起10 kV斷路器柜火災爆炸事故分析及處理

凌 青

(廣東電網有限責任公司湛江供電局，廣東 湛江 524000)

0 引 言

目前10 kV斷路器柜廣泛應用于各電壓等級的變電站，其運行的安全性和可靠性對用戶供電起著至關重要的作用，一旦發生故障或停電，將造成嚴重的后果。因此，變電運維人員需要深入分析10 kV斷路器柜常見故障的原因，采取積極的防范措施，避免斷路器柜設備事故的發生[1]。該文詳細介紹110 kV某變電站10 kV揚帆線斷路器柜發生一起火災爆炸事故的經過及事故現場檢查的情況，并深入分析事故的原因，總結出對策和改進措施。

1 事故前的運行方式

某110 kV變電站110 kV亭安線運行于110 kV一母線，110 kV橫安線熱備用于110 kV二母線，110 kV 1M與110 kV 2M之間通過10012刀閘聯接，1號主變帶全站負荷，2號主變熱備用于10 kV 2M及10 kV 6M，10 kV分段812斷路器在運行狀態，10 kV揚帆線運行于10 kV 1M，其他10 kV饋線、站用變及10 kV電容器均帶電運行。

2 事故經過及現場處置

2018年7月26日20時44分，調控中心通知變電運維人員，在調度遠方操作斷開某110 kV變電站10 kV揚帆線F07斷路器時出現了操作超時，并發出“控制回路斷線”“保護裝置異常”等異常信號。變電運維人員立即到某110 kV變電站檢查設備，到站后發現10 kV高壓室內火災警鈴大響，室內滾滾濃煙冒出，并伴有明顯的放電爆炸聲，人員無法進入，隨即撥打火災電話，開啟抽風裝置，并使用消防器材滅火，并按照設備事故應急預案進行處理。

在主控室后臺機及相關二次設備檢查時，變電運維人員發現后臺機中10 kV揚帆線F07斷路器及隔離開關位置已無法正確指示，并顯示雙位置錯誤，電流、電壓、有功為0，并出現“控制回路斷線”“裝置異常告警”“直流母線電壓不平衡”等一系列異常信號，直流饋線屏顯示直流電壓為32 V，并發出電壓降低告警和直流接地信號。

在高壓室內火災完全熄滅后，變電運維人員進入高壓室進行一次設備檢查，發現10 kV揚帆線F07斷路器柜柜門已被炸開，斷路器柜內已全部燒黑，無法判斷斷路器分合閘位置，真空斷路器外殼和內部未見明顯的損壞，機構面板已完全燃燒熔化，斷路器機構線圈與分合閘機構已完全燒糊變形，彈簧機構與連桿受到嚴重的灼燒和應力斷裂，斷路器機構與斷路器柜內的二次接線全部燒熔，保護裝置、繼電器、切換把手等二次設備元件已完全燒壞。經過初步判斷，10 kV揚帆線F07斷路器柜已無法使用，隨后對斷路器柜和10 kV母線停電，做進一步檢查和處理。

3 斷路器柜火災爆炸原因分析

在10 kV揚帆線F07斷路器柜轉檢修后，運維人員現場仔細檢查，結合保護啟動信息及故障錄波的動作情況，經過分析和判斷，故障的斷路器柜主要存在幾個方面的原因。

1)斷路器控制回路上的分閘線圈過熱短路引發火災。20∶44分，調度遠程操作斷開10 kV揚帆線F07斷路器時出現操作超時，出現“控制回路斷線”“裝置異常告警”信號，保護信息已出現合后位返回，但監控和現場斷路器未發生變位，此時斷路器控制回路上的分閘線圈TQ已勵磁，線圈擎子動作，正好發生分閘傳動機械卡滯現象，線圈掣子沒能打開脫扣機構。TQ長時間通過電流，溫度急劇上升直到發生故障，在20：57分，調度再次嘗試遠方斷開10 kV揚帆線F07斷路器，遙控再次無法成功，此時已出現“母線電壓不平衡”“消防火警動作”等異常信號，斷路器控制回路上的分閘線圈TQ再次勵磁，并造成了線圈的燒毀起火，并蔓延到斷路器柜二次接線，造成了直流系統接地故障。

2)斷路器機構與分閘線圈過近，集聚氣體和過壓引起火災爆炸。根據現場柜體爆炸和二次回路短路情況，初步判斷是柜內的分閘線圈故障著火爆炸后，對斷路器機構內部臨近的二次接線及輔助接點等元件燃燒，隨著氣體和熱量的大量集聚，最終從斷路器柜外殼破壞性釋放，火勢順勢沿著保護裝置二次引線逐步蔓延到保護裝置柜體內，破壞了保護裝置電源和各類電氣元件，造成了裝置失電異常，造成了斷路器柜整個二次回路斷線。

3)斷路器柜部件燃燒氣化破壞柜內絕緣，引發電弧嚴重放電。斷路器柜內發生火災爆炸后，引起的火災對柜內的各類接線及元件造成了損毀，并產生了大量氣體，可燃氣體加劇了對斷路器機構的外殼、金屬元部件的燃燒，逐步破壞了柜內電氣接線的絕緣，引發了高溫放電和搶弧，高溫使得大量金屬液化并散射到斷路器柜的各個位置。由于保護測控裝置已無法對斷路器進行分閘，斷路器柜內的真空斷路器未受到損壞，使得該柜內設備在發生火災爆炸后仍然帶電運行，但斷路器柜內外部的絕緣已受到了破壞，因此需要立即進行停電處理。

4 斷路器柜存在的問題及改進措施

該10 kV斷路器柜為XGN2-12型敞開式斷路器柜，防護等級為1P2X，生產日期為2010年10月，運行至今斷路器柜狀況良好，10 kV保護測控裝置為PCS-9611型保護，運行至今狀況良好。但通過保護動作信息、一次設備故障損壞的部位、二次保護動作的信息及火災起源的位置分析，這是一起由于10 kV斷路器柜遙控操作過程，分閘傳動機械卡滯造成分閘線圈短路引起的嚴重斷路器柜火災事故，因此從設備運維的全過程管理方面提出以下改進措施。

1)設備遙控操作需重點關注過程信號和異常變位，防止帶故障設備停送電。加強對10 kV斷路器柜分合閘操作信號的監控，特別是在調度遠程操作超時，需確保一、二次設備無異常時，并經過5 min各類變化信號返回后，方能再次嘗試操作，避免短時間分合閘線圈重復性勵磁過熱燒壞。在遠程操作過程中，一旦出現“控制回路斷線”“裝置異常告警”等重要信息，應立即停止操作，經現場運維人員或繼保人員排查原因，消除異常后才能再次操作。

2)提高變電設備日常運維水平，杜絕超期未檢未試。嚴格執行《變電設備檢修預試規程》的要求，按設備周期開展繼保傳動試驗和10 kV斷路器柜的A、B修檢工作，及時排除出存在異常的設備問題，對不滿足要求的關鍵設備部件，比如：繼電器、分合閘線圈、傳動零部件等及時更換和處理。綜合各類設備的運行工況和使用周期，結合定檢試驗的結果，做好設備差異化檢修預試的統籌安排，按照“應試必試，試必試準，應修必修，修必修好”的原則，不斷提升設備動態管理水平。

3)做好設備出廠產品質量的驗收，消除設備初始隱患[2]。嚴格執行對新投運斷路器柜的檢查和驗收，特別是設備的絕緣水平、防護等級和運行質量等關鍵特性，使得設備長期運行時的安全性、可靠性和穩定性應得到充分保障[3]。在設備出廠前，有必要提高產品出廠試驗標準，校驗電氣分合閘項目，充分考慮火災故障的影響，合理調整斷路器柜的內部元件布局，使分、合閘線圈遠離斷路器面板，遠離其他可燃物，優先采用阻燃、透明、防護等級高的材質的斷路器面板，分合閘線圈絕緣及其引出二次電纜接線采用耐火型絕緣材料或護套，保證二次回路著火在有效時間內仍能分合斷路器。

4)完善斷路器柜的火災隱患的整改，防止設備電纜火災事故發生。根據《南網電氣火災隱患反措》和《電氣火災技術規范》的要求，高壓電氣設備一、二次電纜必須采用阻燃的防護型電纜，交流及控制回路一、二次電纜分溝敷設，在斷路器柜內應做好交直流電纜的獨立防火槽盒包扎，不同電纜和接線在柜內不同層面穿插時應采用防火材料或阻燃材料封堵，既可以解決一、二次電源火災的相互影響，也可以避免斷路器柜內設備電源發生串電或直流系統接地的故障。

5)優化10 kV斷路器柜的控制回路，實現二次回路根治性改造。通過分析二次回路的動作過程和存在的不足，為提高10 kV設備保護動作的正確性和可靠性，可以采用兩個技術方向進行改進完善。

①解決10 kV斷路器柜二次回路輔助節點響應變位和可靠動作問題[4]。通過合理設置出口繼電器動作時間，在控制回路分合閘回路處并聯滅弧二極管(見圖1)，實現分合線圈可靠動作。當保護出口繼電器接點開斷分合閘線圈感性電流時，分合閘線圈兩端的反電勢被滅弧二極管消除，提高斷路器輔助節點的滅弧能力，從而使分合閘線圈得到保護，提高斷路器輔助節點的切換滅弧能力，保證分合閘線圈可靠勵磁動作。

圖1 斷路器分合閘回路改造二次圖Fig.1 Secondary diagram of circuit breaker opening and closing circuit transformation

為了檢驗加裝滅弧二極管后的效果，進行了對比性的模擬試驗。試驗發現，不并聯滅弧二極管的分合閘線圈在切斷電流時，開斷處會發出強烈弧光；并聯滅弧二極管時弧光變小，滅弧時間變短。隨著動作次數越多差異性越明顯，因此可以充分證明分合閘線圈兩端并聯滅弧二極管后，斷路器正常動作時其輔助斷路器接點也可以得到有效保護。

②解決10 kV斷路器柜分合閘線圈可靠動作問題。通過斷路器控制回路增加分閘線圈雙重配置(見圖2)[5],在滿足斷路器單一線圈故障、低電壓動作等可靠動作條件下，提高控制回路分閘動作的能力，減少分閘線圈發熱燒毀的風險，也解決了單一線圈故障后，斷路器無法及時可靠動作的問題。

圖2 斷路器分閘線圈改造二次圖Fig.2 Secondary diagram of circuit breaker opening coil transformation

在不改變原有控制回路的基礎上，實現分閘線圈雙重配置，滿足在單一線圈故障、直流系統接地或控制電壓降低等動作條件，并模擬多項故障的條件下，經過斷路器傳動試驗，實現了斷路器的可靠動作，達到了降低分閘線圈故障的目標。

5 結 語

10 kV斷路器柜的可靠運行對電網的安全穩定起著非常重要的作用。通過對10 kV斷路器柜火災爆炸事故原因的深入分析，需要在設備出廠驗收階段，提高原始產品質量檢查和試驗標準；在設備運維階段，做好斷路器柜的周期性修試工作；完善斷路器柜的電氣防火措施，優化斷路器控制回路，提高斷路器分合閘動作效率，可以進一步減少10 kV斷路器設備的故障，提高設備的供電可靠性，確保電網的安全可靠運行。