一起10 kV断路器柜火灾爆炸事故分析及处理

凌 青

(广东电网有限责任公司湛江供电局，广东 湛江 524000)

0 引 言

目前10 kV断路器柜广泛应用于各电压等级的变电站，其运行的安全性和可靠性对用户供电起着至关重要的作用，一旦发生故障或停电，将造成严重的后果。因此，变电运维人员需要深入分析10 kV断路器柜常见故障的原因，采取积极的防范措施，避免断路器柜设备事故的发生[1]。该文详细介绍110 kV某变电站10 kV扬帆线断路器柜发生一起火灾爆炸事故的经过及事故现场检查的情况，并深入分析事故的原因，总结出对策和改进措施。

1 事故前的运行方式

某110 kV变电站110 kV亭安线运行于110 kV一母线，110 kV横安线热备用于110 kV二母线，110 kV 1M与110 kV 2M之间通过10012刀闸联接，1号主变带全站负荷，2号主变热备用于10 kV 2M及10 kV 6M，10 kV分段812断路器在运行状态，10 kV扬帆线运行于10 kV 1M，其他10 kV馈线、站用变及10 kV电容器均带电运行。

2 事故经过及现场处置

2018年7月26日20时44分，调控中心通知变电运维人员，在调度远方操作断开某110 kV变电站10 kV扬帆线F07断路器时出现了操作超时，并发出“控制回路断线”“保护装置异常”等异常信号。变电运维人员立即到某110 kV变电站检查设备，到站后发现10 kV高压室内火灾警铃大响，室内滚滚浓烟冒出，并伴有明显的放电爆炸声，人员无法进入，随即拨打火灾电话，开启抽风装置，并使用消防器材灭火，并按照设备事故应急预案进行处理。

在主控室后台机及相关二次设备检查时，变电运维人员发现后台机中10 kV扬帆线F07断路器及隔离开关位置已无法正确指示，并显示双位置错误，电流、电压、有功为0，并出现“控制回路断线”“装置异常告警”“直流母线电压不平衡”等一系列异常信号，直流馈线屏显示直流电压为32 V，并发出电压降低告警和直流接地信号。

在高压室内火灾完全熄灭后，变电运维人员进入高压室进行一次设备检查，发现10 kV扬帆线F07断路器柜柜门已被炸开，断路器柜内已全部烧黑，无法判断断路器分合闸位置，真空断路器外壳和内部未见明显的损坏，机构面板已完全燃烧熔化，断路器机构线圈与分合闸机构已完全烧糊变形，弹簧机构与连杆受到严重的灼烧和应力断裂，断路器机构与断路器柜内的二次接线全部烧熔，保护装置、继电器、切换把手等二次设备元件已完全烧坏。经过初步判断，10 kV扬帆线F07断路器柜已无法使用，随后对断路器柜和10 kV母线停电，做进一步检查和处理。

3 断路器柜火灾爆炸原因分析

在10 kV扬帆线F07断路器柜转检修后，运维人员现场仔细检查，结合保护启动信息及故障录波的动作情况，经过分析和判断，故障的断路器柜主要存在几个方面的原因。

1)断路器控制回路上的分闸线圈过热短路引发火灾。20∶44分，调度远程操作断开10 kV扬帆线F07断路器时出现操作超时，出现“控制回路断线”“装置异常告警”信号，保护信息已出现合后位返回，但监控和现场断路器未发生变位，此时断路器控制回路上的分闸线圈TQ已励磁，线圈擎子动作，正好发生分闸传动机械卡滞现象，线圈掣子没能打开脱扣机构。TQ长时间通过电流，温度急剧上升直到发生故障，在20：57分，调度再次尝试远方断开10 kV扬帆线F07断路器，遥控再次无法成功，此时已出现“母线电压不平衡”“消防火警动作”等异常信号，断路器控制回路上的分闸线圈TQ再次励磁，并造成了线圈的烧毁起火，并蔓延到断路器柜二次接线，造成了直流系统接地故障。

2)断路器机构与分闸线圈过近，集聚气体和过压引起火灾爆炸。根据现场柜体爆炸和二次回路短路情况，初步判断是柜内的分闸线圈故障着火爆炸后，对断路器机构内部临近的二次接线及辅助接点等元件燃烧，随着气体和热量的大量集聚，最终从断路器柜外壳破坏性释放，火势顺势沿着保护装置二次引线逐步蔓延到保护装置柜体内，破坏了保护装置电源和各类电气元件，造成了装置失电异常，造成了断路器柜整个二次回路断线。

3)断路器柜部件燃烧气化破坏柜内绝缘，引发电弧严重放电。断路器柜内发生火灾爆炸后，引起的火灾对柜内的各类接线及元件造成了损毁，并产生了大量气体，可燃气体加剧了对断路器机构的外壳、金属元部件的燃烧，逐步破坏了柜内电气接线的绝缘，引发了高温放电和抢弧，高温使得大量金属液化并散射到断路器柜的各个位置。由于保护测控装置已无法对断路器进行分闸，断路器柜内的真空断路器未受到损坏，使得该柜内设备在发生火灾爆炸后仍然带电运行，但断路器柜内外部的绝缘已受到了破坏，因此需要立即进行停电处理。

4 断路器柜存在的问题及改进措施

该10 kV断路器柜为XGN2-12型敞开式断路器柜，防护等级为1P2X，生产日期为2010年10月，运行至今断路器柜状况良好，10 kV保护测控装置为PCS-9611型保护，运行至今状况良好。但通过保护动作信息、一次设备故障损坏的部位、二次保护动作的信息及火灾起源的位置分析，这是一起由于10 kV断路器柜遥控操作过程，分闸传动机械卡滞造成分闸线圈短路引起的严重断路器柜火灾事故，因此从设备运维的全过程管理方面提出以下改进措施。

1)设备遥控操作需重点关注过程信号和异常变位，防止带故障设备停送电。加强对10 kV断路器柜分合闸操作信号的监控，特别是在调度远程操作超时，需确保一、二次设备无异常时，并经过5 min各类变化信号返回后，方能再次尝试操作，避免短时间分合闸线圈重复性励磁过热烧坏。在远程操作过程中，一旦出现“控制回路断线”“装置异常告警”等重要信息，应立即停止操作，经现场运维人员或继保人员排查原因，消除异常后才能再次操作。

2)提高变电设备日常运维水平，杜绝超期未检未试。严格执行《变电设备检修预试规程》的要求，按设备周期开展继保传动试验和10 kV断路器柜的A、B修检工作，及时排除出存在异常的设备问题，对不满足要求的关键设备部件，比如：继电器、分合闸线圈、传动零部件等及时更换和处理。综合各类设备的运行工况和使用周期，结合定检试验的结果，做好设备差异化检修预试的统筹安排，按照“应试必试，试必试准，应修必修，修必修好”的原则，不断提升设备动态管理水平。

3)做好设备出厂产品质量的验收，消除设备初始隐患[2]。严格执行对新投运断路器柜的检查和验收，特别是设备的绝缘水平、防护等级和运行质量等关键特性，使得设备长期运行时的安全性、可靠性和稳定性应得到充分保障[3]。在设备出厂前，有必要提高产品出厂试验标准，校验电气分合闸项目，充分考虑火灾故障的影响，合理调整断路器柜的内部元件布局，使分、合闸线圈远离断路器面板，远离其他可燃物，优先采用阻燃、透明、防护等级高的材质的断路器面板，分合闸线圈绝缘及其引出二次电缆接线采用耐火型绝缘材料或护套，保证二次回路着火在有效时间内仍能分合断路器。

4)完善断路器柜的火灾隐患的整改，防止设备电缆火灾事故发生。根据《南网电气火灾隐患反措》和《电气火灾技术规范》的要求，高压电气设备一、二次电缆必须采用阻燃的防护型电缆，交流及控制回路一、二次电缆分沟敷设，在断路器柜内应做好交直流电缆的独立防火槽盒包扎，不同电缆和接线在柜内不同层面穿插时应采用防火材料或阻燃材料封堵，既可以解决一、二次电源火灾的相互影响，也可以避免断路器柜内设备电源发生串电或直流系统接地的故障。

5)优化10 kV断路器柜的控制回路，实现二次回路根治性改造。通过分析二次回路的动作过程和存在的不足，为提高10 kV设备保护动作的正确性和可靠性，可以采用两个技术方向进行改进完善。

①解决10 kV断路器柜二次回路辅助节点响应变位和可靠动作问题[4]。通过合理设置出口继电器动作时间，在控制回路分合闸回路处并联灭弧二极管(见图1)，实现分合线圈可靠动作。当保护出口继电器接点开断分合闸线圈感性电流时，分合闸线圈两端的反电势被灭弧二极管消除，提高断路器辅助节点的灭弧能力，从而使分合闸线圈得到保护，提高断路器辅助节点的切换灭弧能力，保证分合闸线圈可靠励磁动作。

图1 断路器分合闸回路改造二次图Fig.1 Secondary diagram of circuit breaker opening and closing circuit transformation

为了检验加装灭弧二极管后的效果，进行了对比性的模拟试验。试验发现，不并联灭弧二极管的分合闸线圈在切断电流时，开断处会发出强烈弧光；并联灭弧二极管时弧光变小，灭弧时间变短。随着动作次数越多差异性越明显，因此可以充分证明分合闸线圈两端并联灭弧二极管后，断路器正常动作时其辅助断路器接点也可以得到有效保护。

②解决10 kV断路器柜分合闸线圈可靠动作问题。通过断路器控制回路增加分闸线圈双重配置(见图2)[5],在满足断路器单一线圈故障、低电压动作等可靠动作条件下，提高控制回路分闸动作的能力，减少分闸线圈发热烧毁的风险，也解决了单一线圈故障后，断路器无法及时可靠动作的问题。

图2 断路器分闸线圈改造二次图Fig.2 Secondary diagram of circuit breaker opening coil transformation

在不改变原有控制回路的基础上，实现分闸线圈双重配置，满足在单一线圈故障、直流系统接地或控制电压降低等动作条件，并模拟多项故障的条件下，经过断路器传动试验，实现了断路器的可靠动作，达到了降低分闸线圈故障的目标。

5 结 语

10 kV断路器柜的可靠运行对电网的安全稳定起着非常重要的作用。通过对10 kV断路器柜火灾爆炸事故原因的深入分析，需要在设备出厂验收阶段，提高原始产品质量检查和试验标准；在设备运维阶段，做好断路器柜的周期性修试工作；完善断路器柜的电气防火措施，优化断路器控制回路，提高断路器分合闸动作效率，可以进一步减少10 kV断路器设备的故障，提高设备的供电可靠性，确保电网的安全可靠运行。