一起10kV開關柜起火故障分析

李毅，周飛，湯峻，沈潔，沈毅

（蘇州供電公司，江蘇蘇州215004）

10kV開關柜作為一種常見的輸變電設備廣泛應用于國內的電力系統中。隨著近年來技術的發展，10kV開關柜總體制造質量及運行可靠性有了較大提高，故障率也大大降低。但其設備的零部件供應商較多，其質量參差不齊，由于零部件質量問題導致設備故障的案例時有發生，因此提升零部件的質量對保障設備安全運行有重要作用[1-3]。

1 故障描述

蘇州110kV文陵變10kV開關柜為廈門ABB ZS1產品，所配斷路器為ZS1產品，2005年4月出廠，2005年9月投運。2010年6月8日該變電站1K11 號電容器開關柜在合閘之后起火燃燒，消防報警。因該變電站為無人值班變電站，其地理位置又較偏僻，運行操作人員趕到現場時發現已無明火，該開關柜前倉觀察窗已經熏黑，柜內有過燃燒。為防止故障進一步擴大，隨即進行了停10kV母線檢查。打開開關柜后發現，斷路器在合閘位置，但手動分閘無法分閘，強制進行斷路器脫扣后將手車從運行位置移出。移除后發現該斷路器面板幾乎全部燒毀，打開斷路器前蓋板，發現內部二次部分已嚴重燒毀；手車動靜觸頭均良好，無過熱痕跡；二次部分航空插座燒傷嚴重，二次線受熱熏黑嚴重；柜壁均已熏黑，但無變形或燒傷；該柜手車動、靜樁頭沒有受熱、燒熔痕跡及明顯放電痕跡；檢查后倉、母線室以及相鄰間隔情況，除外表覆蓋了少許黑灰，受熱情況較小，基本無損傷。現場進一步檢查發現，該斷路器在儲能未完成階段，已儲能80%，儲能電機電阻、分合閘線圈電阻、合閘閉鎖線圈電阻均正常，儲能電機前面板處燒毀最嚴重，輔助開關、閉鎖線圈整流塊有熏黑痕跡及大量積灰（如圖1、圖2所示）。開關柜內一次室內有較多積灰及塑料熱溶物，二次柜內未有設備及回路損壞。

2 原因分析

根據開關柜及斷路器現場燒毀情況可以排除一次回路放電造成起火的可能，從而將起火原因歸結到二次回路上。

經查閱后臺監控信號得知以下主要信息：2010年6月8日8:36，發1K11 號電容器斷路器合閘命令；8:36，1K11 號電容器彈簧未儲能告警；8:37，1K11 號電容器通訊狀態中斷告警；8:45，消防報警。從現場斷路器動作信號及火災報警信號可以判斷該斷路器機構起火時間為6月8日8:36斷路器合閘后至8:45消防報警期間。可以判斷該斷路器著火時間在其儲能過程中，又因為8:36斷路器合閘后，彈簧未儲能信號一直未返回，現場檢查也確定該斷路器處于儲能未結束狀態，故懷疑該斷路器有堵轉現象，導致發熱從而燒毀。

2.1 斷路器儲能時間變化

因懷疑該斷路器儲能過程有異常，故查閱了該斷路器最近幾次儲能過程用時情況，如表1所示。由表1可看出，該斷路器正常儲能時間不大于15s，而在最近幾次儲能過程中該斷路器儲能時間有明顯上升趨勢，特別是最近一次儲能時（即6月7日8:27左右）用了近24s，故可以判斷該斷路器近幾次儲能過程雖然完成，但已處于逐漸劣化狀態。

表1 近期儲能過程耗時情況

2.2 儲能電源空開動作時間測試

該開關柜設置有儲能電源空開，如果斷路器儲能異常將使其動作，而發生故障時該空開是否正常動作不得而知，故對該開關柜儲能電源空開（C3）進行了測試，結果如表2所示。可見現場使用的空開微斷特性發生了變化，動作特性有延時滯后現象，這給故障斷路器堵轉之后故障電流發熱燒毀提供了足夠的時間。

表2 儲能電源空開測試數據

從以上分析可以判斷，該斷路器6月8日8:36斷路器合閘后儲能機構發生堵轉，此時短路電流未使儲能電源空開在規定動作時間內切斷，從而使儲能回路二次線發熱，局部熱熔后進而發生燃燒，緊接著機構內非阻燃件燃燒，隨之造成該機構箱大面積燒毀。在8:42左右斷路器機構內輔助開關因火光導致絕緣降低，從而發大量跳位繼電器（TWJ）變位信號，8:45左右消防報警動作。

3 對策及建議

（1）目前部分開關柜生產商所供斷路器機構內使用了較多非阻燃材料，如面板、硅堆、線圈、輔助開關等，在事故發生時易導致故障的擴大，因此建議二次元器件盡可能少用非阻燃材料。

（2）因電容器開關動作頻繁，建議加強電容器開關的檢修工作以及對斷路器儲能電機儲能時間的檢查。

（3）目前對中壓開關柜設計中很少將儲能超時信號接入后臺報警，導致無法對斷路器的儲能異常進行監控，建議在有條件的情況下將儲能超時信號接入后臺報警。

4 結束語

通過對該10kV開關柜斷路器故障進行分析，詳細剖析了其儲能過程中起火燃燒發生的原因，提出了防止運行中發生此類故障的技術措施，同時提出了從設計制造、日常檢修、運行中巡視檢測等全過程加強管理的建議，希望能對進一步提高10kV開關柜制造水平及運行可靠性有一定的指導作用。

[1] 徐國政，張節容，錢家驪，等.高壓斷路器原理和應用[M].北京：清華大學出版社，2006.

[2] 呂鵬剛.10kV開關柜燒損事故分析[J].水利電力機械，2007，29(1)：36-37，40.

[3] 陳化鋼，張開賢，程玉蘭，等.電力設備異常運行及事故處理[M].北京：中國水利水電出版社，1999.