一起高压柜烧毁事件的分析及处理方法

王媚芳(江苏华昌化工股份有限公司，江苏 张家港 215634)

0 引言

电力行业是国民经济的支柱产业，在输变电设备中，高压开关柜是量大面广的电气设备，6～35 kV金属封闭开关设备是配电系统的主要关键设备之一[1]，直接影响着电力系统的运行安全，一旦发生故障，将产生巨大的经济损失。对于现阶段广泛应用的小车式开关柜，当柜内的断路器、隔离触头相间或对地距离空气间隙不足时，潮湿脏污对沿面绝缘影响较大，开关柜内潮湿而产生凝露，发生对地放电的几率较大，最终造成开关柜烧毁事故，事故率高，后果严重[2]。为提高开关柜的运行安全性，我国在开关柜中一直采用自动加热除湿控制器防止凝露的方法，这种加热除湿控制器在抗潮湿、防凝露、保证高压设备可靠运行方面起到了积极作用，但由于我国幅员辽阔，气候条件差异大，广大南方地区空气潮湿，雨季时间长，尤其是在南方的梅雨季节，有时开关柜内部的空气湿度较高，甚至柜内局部已有结露现象，由于安装在柜体内部的凝露传感器位置并没有到达凝露的程度，或者凝露传感器长期受空气中灰尘和气体侵蚀，使传感器的灵敏度受到影响，凝露控制器不能及时地启动加热器，致使凝露控制的作用失灵，给开关设备的安全运行带来威胁，使得开关柜的运行安全无法得到保证，存在重大的安全隐患[3]。

1 事故现象及事故原因分析

1.1 事故现象

我公司新投用的空分变电所，10 kV供电系统采用单母线接线方式，配电室高压柜采用双列面对面设计，目前一期投用为单列布置，对面作为二期预留位置。高压柜进线柜设置在单列布置的中间，向二边扩散，高压柜出线负荷电流逐渐减少，符合电流流向要求。正常运行情况下，进线柜额定电流为2 500 A，最边上一台循环水变压器出线柜电流约为25 A，为了保证室内温度相对恒定，室内安装了一台10匹空调，平时一直设置为制冷状态，空调离最边上一台高压柜(循环水变压器出线柜)约3.5 m，并正对高压柜，室内没有专门安装温湿度仪表。2019年6月29日上午10：30，电工在巡检空分10 kV高压配电室时，发现最边上二台高压柜(循环水变压器出线和循环水泵出线)温湿度表出现闪烁现象，他随后进行了检查，没有发现问题，下午14：43，操作工在循环水泵电机旁听到1#循环水泵(355 kW)电机一声砰的声音，又发现另一边高压配电室已有浓烟冒出。

空分10 kV高压配电室最边上二台高压柜(循环水变压器出线和循环水泵出线)已烧坏(如图1所示)，主要故障点在母线室三相母排到套管之间位置，柜内电流互感器烧坏、柜内三相铜排有放电痕迹，在与断路器上侧相连的位置有母排烧熔的现象、柜内套管烧坏。循环水泵电机冷却器8个固定螺栓断裂并移位，电机定子线圈引出线烧断，此时该配电房空调开启在制冷状态。

图1 高压柜相间烧熔图

1.2 事故原因分析

从事故现场及事件录波记录数据(如图2所示)可以看出：

图2 故障录波图

近期属梅雨天气，空气湿度大，空气中的潮气导致套管及铜排上产生凝露，刚开始在柜内出现放电现象(电气后台记录电压在11点40分开始波动)，随着放电时间的增长，造成空气击穿短路，柜壳箱板也燃烧起来。

1#空分循环水泵电机受电压波动的影响，短路的大电流引起电机发热及互感器炸裂，相间短路时三相电压不平衡会引起电机过流烧毁引出线。

由于柜内故障在先，柜内互感器损坏，无二次保护信号，所以无法对电机起到短路保护作用，从而造成电机引出线烧断(经检测电机定子线圈完好，定子直流电阻正常)。

所以柜内湿度大，空气绝缘差，套管绝缘下降，再加上套管上有灰尘造成表面形成凝露而发生绝缘闪络放电，最终造成了相间短路，是此次事故的主要原因。

2 凝露产生机理及凝露产生的原因

2.1 凝露产生机理

凝露是指：当设备表面温度低于周围空气的露点时，水蒸汽在设备表面冷凝的现象。设备凝露是否发生，取决于环境温度、相对湿度、柜内温度和露点温度。

露点温度是指饱和空气中的水分在设备表面凝结成水珠的温度。

环境温度、湿度、露点温度之间的关系如表1所示。

表1 环境温度、湿度、露点温度之间的关系

表1中，设备表面温度比空气温度低时会形成凝露，空气的湿度越大，空气中水分在设备表面形成凝露所需要的温差就越小，例如：20 ℃的温度下，空气相对湿度为70%时，设备表面为14.4 ℃就会产生凝露；在同一环境温度下，如果空气相对湿度达到90%，设备表面在低于18.3 ℃时就会产生凝露。

所以防止凝露的措施是：减少温度差，并且降低空气中的湿度。

2.2 凝露原因分析

边上二台柜子温湿度控制器出现闪烁，已提示湿度高报警，说明二台柜子内部湿度有异常现象。实际运行中柜内由于电流太小(变压器柜出线柜电流为25 A)，不足以产生足够的热量来驱散或吸收空气中的水分。而六月份正在梅雨季，近期一直下雨，配电房空调开启在制冷状态，没有开启除湿功能，造成室内外温差明显很大，柜子又是边上二台，也是产生凝露的原因之一。

3 当前防凝露方法及抑制凝露措施

3.1 当前防凝露方法

为了防止凝露产生，目前柜子厂家防凝露的措施是采用普通依靠传感器控制加热器的方法来防止凝露的产生，就是在二次室中加一台防凝露控制器，控制器如监测到传感器发来的凝露信号后，开始启动加热器进行加热，加热到一定时间或凝露消除后，控制器就会控制关闭加热器，但它存在如下缺点：第一，现有的凝露传感器都是被动型产品，当空气湿度很大，但还没有形成凝露时，加热器不动作，要等到产生凝露后，才能动作，造成加热器工作滞后，导致凝露没处理就可能出现放电现象；第二，凝露传感器可能存在国内产品对湿度变化反应不灵敏的情况；第三，传感器安装现场如果出现环境较差有灰尘的情况，防凝露控制点会出现偏差，会降低防凝露的可靠性。针对以上情况，采用一种新型半导体除湿装置。

3.2 常规抑制凝露措施

应加强现场管理，确保室内及地面清洁；梅雨天应将空调调至除湿功能，保证室内的温湿度差符合要求。对柜内采用防凝露封堵材料进行有效封堵，确保柜内密封完好。配电房加装温湿度计，及时掌握配电室的温湿度情况，以便于及时处理。将配电房负荷进行调整，边上二台高压柜尽可能提高负荷，来减少造成凝露的可能性。高压室空调布置要合理，空调的出风口不要正对高压柜，以降低开关柜外壳上产生凝露的可能性。增加温湿度报警装置，并上传至有人的值班室或者电工由每天巡检，改为每二小时巡检一次，特别是在梅雨天气再增加巡检次数。

3.3 新型防凝露措施

目前国内外防凝露主要采用加热器加热和风机抽湿两种方法对电柜柜体内部进行防凝露控制，但是这两种方法对于湿度较大的南方梅雨季节控制开关柜凝露效果较差，已经有多起由于凝露原因造成开关柜内部烧毁事故。为了真正消除凝露形成，必须降低开关柜内部空气湿度，现有的方法中，加热法只能控制开关柜的内部温度，不能降低柜内湿度，存在被动防凝露，长时间加热除了耗能，还容易造成设备老化，风机排风控制凝露在空气湿度较大时，不能降低柜内湿度，所以防凝露效果也较差。对此提出一种基于半导体制冷技术，采用降低开关柜内部湿度的方法，即采用除湿法防止凝露形成。当环境湿度较大时，会在制冷装置中温度较低的冷却板的表面上结霜，这样就可以利用制冷装置将空气中的水分不断地吸引到制冷装置冷却板的表面上，当制冷装置冷却板的表面霜达到一定程度时停止降温，制冷装置冷却板表面结的霜将融化，并采用专用水收集装置将水排到柜体外部，达到降低开关柜柜体内部空气湿度的目的，有效防止凝露发生。

4 结语

传统加热和风扇除湿方法具有一定的局限性，在很多情况下对下列几种典型的场合基本无效：(1)高压开关的操控柜或户外端子箱：这种电柜密封较好，一般放置在户外，但早晚和四季的温差很大，这种柜子一旦有潮气进入就很难自己排出，一旦内外产生很大温差或在梅雨潮湿季节将会发生严重结露直接威胁到开关设备的安全运行；(2)带电作业工具存储柜：带电作业工具对绝缘有特定的要求，规定带电作业工具不能受潮湿或结露，要求平时放置在干燥条件下，但一般的存放柜没有专门的防潮措施，用热烘的办法在一般柜内难以做到均匀除湿，而且工具受长期烘烤热容易老化，最好的办法应该是抽湿加热微热通风除湿；(3)移开式或紧凑型的高压开关柜：这种电柜内部结构紧凑、空间爬电距离小，对绝缘防潮有很高的要求，目前均采用加热器控制除湿，但是在潮湿季节空气中的大量水泡有可能进到电柜内部，用加热的方法效果也很微弱；(4)户外小型箱式变电环网开关柜或地铁配电柜，由于这些电柜完全是在户外或地下，即在自然环境下工作，其内部水汽十分严重，尽管内部设备都有较强的防潮措施，但有时在恶劣环境气候下还会由于潮湿而造成严重事故。因此，开发和使用基于半导体制冷原理的新型开关柜除湿装置具有非常重要的意义。