某大型商业综合体电气火灾事故案例分析

杨 洋, 史贵风, 徐献清

[上海电器科学研究所(集团)有限公司,上海 200063]

0 引 言

大型商业综合体的内部构造复杂、人流高度密集、电缆电气布线庞大,导致监管的困难和火灾发生的高风险[1]。某商业综合体5楼南侧空调机房内的两个配电柜发生电气火灾,由于该配电柜所在配电室每天都有人定时巡检,事发突然,事后检测方经过现场勘踏,推测电气火灾事故原因主要有以下几种:电气线路接触不良,致使接触处局部产生高温、电弧,引发电气火灾;电气短路导致电弧接地故障,断路器未能及时分断,引起短路火灾;由于该条支路所带的负载为LED灯,回路电流中含有大量的零序谐波电流,谐波电流引发热故障和着火也是导致该起事故的一种潜在因素[2]。

由于事故发生后烧毁的配电柜已经更换为新的配电柜,针对此次电气火灾事故,在为委托方解决问题的过程中,充分发挥了专业试验室+现场的检验评估服务模式的优势,从事故现场检测评估到检测所电气试验室检测分析、双线同步诊断作战。主要是从以下两个方面进行排查,一方面对该配电柜的进线端进行长时间的电能质量在线监测,评估谐波对此次事故的潜在影响,同时现场监测配电柜的温升情况,另一方面对事故配电柜内低压元器件进行抽检,送到实验室,依据国标对送检器件特性进行验证分析,本次针对大型商业综合体电气火灾的故障诊断,对以后类似电气火灾的故障排查提供一些思路,也为以后商业综合体的电气设计提供经验数据作为参考[3]。

1 事故概述

某大型商业综合体空调机房内,室外云石灯箱配电柜AL/4/5D/FG1柜,AL/4/5D/FG2柜(以下称FG1柜、FG2柜),柜内突然冒出大量浓烟,发生电气着火事故,事后检查发现FG1柜、FG2柜损毁严重。事故现场如图1所示。

图1 事故现场

2 事故检测内容

2.1 系统电能质量监测

2.1.1 某大型商业综合体云石灯箱0.4 kV供配电系统电能质量(长时监测情况)

系统电能质量长时监测点选取在FG1与FG2柜电源总进线,监测时间持续24 h,该回路负载尽可能全部开启。系统电能质量在线监测数据如表1所示。

表1 系统电能质量在线监测数据

2.1.2 云石灯箱0.4 kV供配电系统电能质量(瞬态数据及波形情况)

系统电能质量瞬时数据记录分别在运行工况1:FG1与FG2未投入运行;运行工况2:FG1与FG2投入运行下进行。电压畸变率测试数据如图2所示。

图2 电压畸变率测试数据

FG1与FG2投入运行下,三相电压、电流波形如图3所示。

图3 三相电压、电流波形

FG1与FG2投入运行下,总电流、3次谐波电流值测试数据如图4所示。

图4 总电流、3次谐波电流值测试数据

由图2可以看出:当FG1与FG2柜未投入运行时,0.4 kV母线电压总畸变率为2.4%,未超出国标限值(5%)、3次谐波电压为1.52%,未超出国标限值(3.2%);当FG1与FG2柜投入运行后,0.4 kV母线电压总畸变率为17.14%,严重超出国标限值(5%)、3次谐波电压为16.18%,严重超出国标限值(3.2%);图3显示进线端电压、电流波形已经严重畸变。

由图4可以看出FG1与FG2柜投入运行后,其N线3次谐波电流高达352.8 A。

2.2 现场柜体温升测试

现场检查配电柜内发现问题,如开关紧密排布,无散热空间,柜内无散热孔及散热装置等。因此选取FG1柜和FG2柜云石灯箱负载全部开启时间段内(12∶13～16∶35),在监测电能质量的同时,现场监测2个配电柜内部分开关及线路的温升情况(测试温升时柜门关闭)。温升监测点选取现场配电柜内温升可能偏高(如位置偏中间、偏上部)的开关,FG1柜内为剩余电流保护断路器第一排第7个、第9个和接触器第一排第7个;FG2柜内为剩余电流保护断路器第一排第10个、第11个和第二排第6个,FG1、FG2柜内温升曲线如图5、图6所示。

图5 FG1柜内温升曲线

运行4 h后,图5显示:FG1柜内监测点中1-9断路器侧面温度最高,为57.8 ℃,并有继续上升的趋势;图6显示:FG2柜内监测点中1-10断路器侧面温度最高,为57.0 ℃,并有继续上升的趋势;运行4 h后开启柜门,进行红外温度扫描,FG1柜内最高温度为进线N线,为72.4 ℃,FG2柜内最高温度为柜顶进线N线,为58.0 ℃。

图6 FG2柜内温升曲线

2.3 送检样品-剩余电流保护开关测试

从事故现场FG3柜第二排剩余电流保护开关中,随机取样GSH201D25 30 mA剩余电流保护开关2个;随机截取标称4 mm2的多股软导线、单股硬导线各一段;从现场FG2柜第二排剩余电流保护开关中,随机取样GSH201D20 30 mA剩余电流保护开关两个,送至实验室进行测试。经测试,剩余电流保护开关动作时间验证、脱扣特性试验、温升试验(检测主要依据国家标准GB/T 16917.1—2014《家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO)第1部分:一般规则》)及导线截面测试的情况,测试结果未见明显异常。

2.4 事故原因分析

事故直接导致FG1、FG2柜内开关及线路大面积烧毁,事故可能原因分析如表2所示。

表2 事故可能原因分析

3 解决方案及措施

(1)针对线路异常发热问题建议:增大开关安装间隙、线槽间隙;配电柜加装主动散热、排风设施,如排风扇等;在FG1和FG2配电柜的配电线路中增加一条N线;日常巡检时,建议重点关注配电柜中开关及线路的发热情况;保养维护时,建议重点关注开关接线端子的紧固情况[4]。

(2)3次谐波的特性与0.4 kV变压器的联接结构,3次谐波电流无法传递至上级系统,进而于0.4 kV变压器△侧内环流,导致变压器、电缆等设备的异常发热、振动、啸叫与损耗,影响变压器运行使用寿命,严重时会引起电气火灾的发生。因此为避免泛光灯产生的谐波对供配电系统造成不良影响,建议于负载侧加装电能质量治理装置,从谐波源侧对电能质量进行治理,可在极大程度上保证供配电系统的安全稳定运行[5]。

根据以上解决方案措施,委托方整改后的情况,如:从“消防电气防火”方面,线路通道管口进行了防火封堵;从“施工安装”方面的,规范了柜内开关线缆的安装,增加了开关间隙,加装了主动冷却排风扇;从“整改治理”方面,按照方案加装了电能质量治理装置。现场配电系统整改后情况如图7所示。

图7 现场配电系统整改后情况

业主按照解决方案组织实施后,再次委托检测方进行评估复测,整改措施实施后数据如图所8示。

由图8可以看出,总电源进线N线电流有整改前的352.8 A下降到32.5 A,电压、电流总谐波畸变率也比整改前降低很多。

图8 整改措施实施后数据

与此同时满载运行近4 h,各配电柜内红外温度扫描未见温度特别高的异常点、异常区域。测试结果显示检测方经过检验评估后提出的解决方案及措施是有效的,最终解决业主头痛的问题,有力保障该业主的用电安全。

4 结 语

本文针对某大型商业综合体电气火灾事故配电柜,从配电系统到低压元器件进行检测,发挥专业试验室+现场的检验评估服务模式的优势,排查故障发生的可能原因,并给出相应的解决方案和措施,业主根据解决方案及措施进行整改,整改后进行评估复测,复测结果显示了解决方案的有效性。通过对该项目案例的梳理,明确了电气故障诊断类现场项目的评估方式和思路方法。