低压MNS抽屉柜以检修方便、出线回路多、占地面积小等优势受到广大电力用户的青睐。行业内虽然生产厂家众多,但是技术及生产能力参差不齐,在抽屉开关柜设计和装配方面存在安全隐患,再加上用户运维情况差等因素,随着运行时间增加柜内零部件逐渐老化,将导致开关柜事故频发以致发生烧损等严重事故[1]。

1 故障经过

2019年7月28日凌晨,某配电室正常运行的一台MNS低压抽屉柜突然发生燃烧起火故障,现场运维人员将上一级35kV开关分闸后进行灭火,经确认起火源为低压侧D28馈线柜,整柜烧损严重,已完全丧失运行功能。经与现场工作人员确认,此配电室于2005年整体投入运行,期间运行正常,无维护保养记录。火灾报警发生前,各出线开关、负载未出现开关故障、跳闸、停电及大规模启、停设备(设施)现象,同时经检查运行记录确认,各单元进线开关电流显示正常,无过负载情况。

2 故障分析

2.1 现场故障状况

如图1所示,D28柜完全烧毁,柜内元器件呈焦炭状,金属壳架已完全变形,所有元件、标识严重烧毁无法辨认。经对现场局部烧损痕迹的比对分析,如图2所示,第8回路出线单元(下数一)金属壳架烧损情况最为严重,烧损程度由下往上逐级降低。

2.2 故障原因分析

通过对D28柜现场情况的详细勘测、取样,并对样件进行检测及综合分析,运用仿真技术模拟还原运行状态,并得出结论:开关柜起火的主要原因是第8回路开关进线端导体单相接地短路,引发弧光放电,起火燃烧[2]。具体分析如下:经对D28柜第8回路进、出两端插接件检查,插接件无明显烧损痕迹,同时检查内部断路器情况,内部导体未发现异常,可排除插接件和断路器内部短路情况。经对D28柜第8回路烧损样件检查发现,第8回路开关进线端B相铜导线为双股70mm2且已完全熔断,AC相也存在不同程度的大面积烧熔情况。

第8回路开关进线端B相铜导线为铜编织线,熔点温度为1083℃,柜内其它主要可燃物主要为PVC塑料,其燃烧温度为350℃,参考ISO834国际标准中火灾温度-时间特性曲线,燃烧1h后的最高温度约为950℃,小于导体的熔点温度,并且开关出线侧电流互感器测量线为仅4mm2却未熔断。经上述分析推断,引起导体熔断的原因,并非起火后持续燃烧导致,通常此类情况的发生是由于接地故障或者相间短路造成。

经对烧损件观察,D28柜第8回路开关进线端导体及出线端导体均为铜编织线,查看其它柜体发现,导体外部均套有透明软管(图3)。经现场查验临柜情况,此透明软管由于长时处于高温环境运行,相关标识已腐蚀模糊,无从查证其功能特性及合格性,经现场取样进行了绝缘测试,发现其并不具备相应的绝缘性能。

现场随机取样后,对其进行化验分析,发现透明软管主要成分为聚氯乙烯,是一种不稳定的聚合物,在光、热、机械力、氧及某些活性金属离子存在时会发生分解,放出氯化氢,随着氯化氢分解的数量增加,软管会老化,由原来透明逐渐发黄,逐渐变薄、变脆,容易断裂[3];同时,其介电性能与受热情况有关:当加热使PVC分解释放出氯化氢,氯离子的存在会导致其电绝缘性能明显下降[4],因此此透明软管通常不作为主回路导体绝缘通流使用。

与此同时,对相应临柜进行检查,这种透明软管均已发黄老化,且这种导体安装在柜体中易紧贴金属外壳,承受壳体内凸出的金属固定件的挤压,呈明显受力状态,这些情况都极易造成老化的软管破裂。这种安装方式不符合GB/T7251.1-2013《低压成套开关设备和控制设备》第1部分总则中8.6.3条裸导体和绝缘导线的规定。

经现场调查,D28柜第8回路抽屉柜所带负载为大容量空调,时值夏季高温,且长期处于较高负载运行,配电室风扇、空调等环控降温设施配备不足,导体承受内外双重高温,致使处于挤压、受力状态的导体外部包覆的透明软管在高温下加速老化、开裂,造成单相导体对地短路,弧光放电,产生高温起火燃烧,由下向上蔓延,逐级引燃各出线回路,所有的导体包覆的透明软管成为大火燃烧的助推器,导致D28整柜完全烧损。从图4可以看出,熔断点在导体与母线连接端、非导体与断路器连接端,从多个临柜验证,此位置紧贴金属外壳,且受力、挤压严重,已出现不同程度的划伤、破裂,短路风险极大。

2.3 故障其它原因分析

柜内温度过高。高负荷运行,导体长时通流,而且柜体缺乏维护,导致柜体积灰严重,整体散热不良,配电室无除湿、无空调降温设施,开关本体及导线高温运行,整体性能下降,寿命降低。

设备及线路老化。该配电室于2005年正式投运,截止目前连续运行时间近14年,因运行工况不具备停电运检条件,连续长时间运行,核心部件未得到及时的保养、检测、更换,加速设备及线路老化,使用寿命降低。

3 应对措施

抽屉柜中进出线导体应选用正规低压电缆或者带有绝缘热缩管包覆的铜排,并按照相关国家标准进行安装;配电室应确保开启设备监控系统,以便于调取、查阅设备运行状态。针对历史数据做好统计分析,并对标实际运行数据,及时发现异常并消除隐患。同时配电室应加强送排风系统的管理,送排风功率及效能应满足正常运行需求;配电室内的运行低压柜应定期进行质量排查,尤其针对内部开关、铜导线、插接件等核心部件,必要时进行更换[5]。

配电室所带负载应进行分级分类并逐一进行标识,对非常重要及重要负荷应增加必要的保护装置,制定针对性运检计划并落地实施;定期组织运维人员及配电室管理人员进行有效的技能培训,比如配电室运维知识、突发异常紧急处理、安全防护等课题培训,并定期开展应急演练及实操考核,全方位提升人员技能水平和应对突发事件的应变能力[6]。