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一、引言2009年5月5日11时01分，北京市东城区某大厦B3南变配电室一台0.4kV无功补偿电容器柜突发弧光短路事故。在高低压变配电系统中，无功补偿电容器配电柜是一个事故的易发、多发环节。同时，这种设备的事故原因分析难度较大。从现象上看，弧光短路无非是过电压或过电流造成的。但导致电容器过电压或过电流的因素却比电阻性或电感性电路复杂的多。这主要是由于：在容性负载电路发生短路故障瞬间（ms级）的状态，往往是由多种因素联合作用的结果。而其中有些因素是难以定量、难以测量、难以再现的。2000年11月9日9时42分，北京市海淀区某大厦B1变配电室变压器二次侧0.4kV无功补偿电容器组在运行中突然爆炸起火，大火烧毁了五面配电柜，但电容器组爆炸起火的原因终无定论。图1～２是“11.9”事故的现场照片。二、事故过程2009年5月5日10时35分，北京市东城区某大厦（以下简称大厦）B3南变配电室两持证电工对3＃变压器二次侧0.4kV无功补偿电容器辅柜进行检修：一人监护，一人操作断开辅柜总电源开关将辅柜7-12组300kvar电容器与主回路隔离。然后两人对第八组电容器投切交流接触器（检查前运行人员发现其中相接触不良）及其他5个投切交流接触器的接线端子进行检查。11时，检查完毕，二人关好柜门。11时零1分，操作合上辅柜总电源开关。此时一声巨响，在总电源开关上口裸露接线端子根部之间突发三相弧光短路。几乎与此同时，3＃变压器二次侧出线403低压断路器和一次侧进线212高压断路器的过电流脱扣器短路瞬时保护动作跳闸，3＃变压器停电。三、事故分析3.1操作问题（一）操作规程（1）关于电力电容器的操作规程按照北京市供电局颁布的《北京地区电气设备运行管理规程》（2000版）和《并联电容器装置设计规范》（GB50227-2008）等规程的要求，在操作电力电容器时必须遵守以下规定：1）全站停电操作时，要先停电容器组，后停接于电容器组母线上的各出线2）全站恢复送电时，要先送接于电容器组母线上的各出线，再送电容器组。3）全站故障失去电源后，对失压保护拒动的电容器组，必须将电容器与电源断开，以免电源重合闸时损坏电容器。4）电容器组保护熔丝熔断后，未查明原因，不准更换熔丝送电。5）电容器因内部故障掉闸后，在未拆除故障电容器前，禁止重新合闸送电。6）电容器分闸后至再次合闸的间隔时间不得少于3min。7）装有功率因数自动补偿控制器的电容器组，当自动装置发生故障时，应立即退出运行。8）为防止铁磁谐振过电流，严禁空载变压器带电容器组运行。9）当电源电压高于电容器额定电压1.1倍、运行电流超过电容器额定电流1.3倍、电容器环境温度超过40℃、电容器外壳温度超过60℃时，应将电容器退出运行。（2）关于只具有隔离功能的电器的操作规程按照北京市供电局颁布的《北京地区电气设备运行管理规程》（2000版）、《低压配电设计规范》（GB50054-95）、《低压开关设备和控制设备第三部分：开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器》（GB14048.3-2002）等规程的要求，在操作只具有隔离功能的电器时必须遵守的规定是：1）严禁带负荷分断、接通电路。2）隔离电器不得作为操作电器使用。当隔离电器误操作会造成严重事故时，因采取防止误操作的措施。“5·5”事故操作人员没有违反第一类操作规程。但是否违反了第二类操作规程呢?在这里，问题的关键是要确认发生事故的SIWOH1系列开关究竟是只能起隔离电路作用的隔离电器，还是同时具备接通、分断电路功能允许带负荷操作的操作电器。开关的性质决定了操作的性质：1）类别：SIWOH1-630开关，属于GB14048.3-2002所定义电器中的第四大类—熔断器组合电器中的第五小类—隔离开关熔断器组。使用类别是AC-23B。2）性质：SIWOH1-630开关是可以带负荷不频繁分合电路的操作电器。当分合时的电压条件为1.05时，可以安全接通6300A（10倍的额定电流），可以安全分断5040A（8倍的额定电流）。3）基于本开关的类别和性质，“5·5”事故时电工的操作，没有违反电气安全工作的基本规程，没有违反电工安全作业的基本常识，是一次正常的操作。（二）正常操作与危险状态违章操作必然与危险状态相联系，但正常操作却并不必然与安全状态相联系。一次正常的操作可能引发多种危险的状态。这就是电气行业工作的特殊性。对于电路分、合操作尤其是这样。特别是无功补偿电容器装置，每次操作时，回路中各个电器元件的工况都是有差别的，电路中电压、电流的相位波形都是不相同的，过电压或过电流可能因各种因素诱导随机产生。例如常见的操作过电压有：（1）合闸瞬间电源电压相位角最大过电压。（2）合闸时触头弹跳过电压。（3）分闸时电弧重击穿过电压。（4）合闸时高次谐振过电压。（5）合闸时残留电荷过电压。（6）合闸时过量补偿过电压等。3.2开关故障分析（一）故障问题（1）瞬间电流在“5·5”弧光短路的一瞬间，SIWOH1-630开关动静触头接通的电流究竟有多大呢？根据当时开关负荷侧3个gG630A熔断器（总保险）和12个gG160A熔断器（分保险）一个都没有熔断的事实，可以判定：当时开关在ms级时限内接通的电流在630A以内。这个数值远远低于开关的通断能力。在正常条件下是不应该产生电弧的。因此，要考虑开关的接触机构是否存在故障，导致它在较大电流下形成飞弧短路或热击穿短路。（2）可能因素该开关动静触头接触方式为横推插入式指夹双面接触，发生合闸弹跳重击穿的概率很小。在这一点上远优于平面拍合式单面接触方式。但是该开关动触头为双断点桥式压簧片触头结构，有12组动静接触点，接触点多、连接点多，有可能发生以下故障：①动触头连接虚；②静触头连接虚；③加速机构速度不够；④在动静触头间已经形成很大的接触电阻；⑤合闸时12组动静接触点不同步。（3）解体检查我们对事故开关进行了解体检查。检查发现：1）12组动静触头接触面光滑干净，颜色如初，触头上的导电膏依然如故。2）三相触头密封空间亦完好干净。没有发生强烈电弧所特有的烧熔、弧坑、炭化、变色、飞溅等痕迹。3）在动静触头前端接触面边沿有微小的电火花灼蚀点，属于正常现象。4）前面考虑的五点故障因素，除加速机构速度无法测量外，其余可以排除。（４）结论1）事故发生瞬间开关接通的电流基本在额定工作电流范围内（当然更在额定接通电流能力范围内）。定量估算可能为ｉ＝(80×4)×2＝320×2＝640A2）开关动静触头的电气结构未发现异常，合闸同期性亦正常。3）开关动静触头在接通电路时没有产生强烈电弧。因此，开关出现飞弧短路和热击穿短路的可能性较小。4）在动静触头前端接触面边沿有微小的电火花灼蚀点，这说明在动静触头接触瞬间亦有微小电弧产生。但考虑到满足本使用类别的接通和分断条件当时可能已经破坏，出现微小的电弧亦属正常。（二）质量问题（1）瞬间电压在“5·5”弧光短路的一瞬间，SIWOH1-630开关相间绝缘承受的电压究竟有多高呢？根据当时开关电源侧配置的电压保护水平为1.5kV的EC-40型浪涌保护器没有动作的事实，可以判定：当时开关在ms级时限内承受的电压在1.5kV以内。同时根据此电容器极间耐压1130V（10S）和极对壳耐压3000V（1min）的性能，可判定1200V为此电容器在ms级时限内极间耐压的上限。SIWOH1-630开关的额定冲击耐受电压虽然可达6~10kV，但它的额定绝缘电压只有750V（在塑料外壳发热温度低于80℃的条件下）。因此，若当时电路中有（1.5～2.0）Uj瞬间过电压出现，也会对开关构成威胁。这里所说的质量问题，主要是看开关的额定冲击耐受电压、额定绝缘电压、空气中最小电气间隙、最小爬电距离和绝缘表面温升限值等技术指标是否合格。（2）闪络短路凭经验，直观感觉：SIWOH1-630开关上口裸露出线端子相间在较高电压下沿塑料外壳表面放电闪络短路的概率最大。（3）《低压成套开关设备和控制设备第1部分：型式试验和部分型式试验成套设备》（GB7251.1-2005）对开关电气间隙、爬电距离、温升限值的规定：1）空气中最小电气间隙：在额定耐受冲击电压为6~12kV时（非均匀电场），是5·5~14mm。2）设备长期承受电压的最小爬电距离：在实际承受电压为800~1250V时（污染等级4级，材料组别Ⅲa），是25~40mm。3）开关绝缘表面温升限值是40℃。（4）绝缘遥测开关额定耐受冲击电压为6~12kV，这个数值主要是指绝缘材料内部永久性击穿的指标。我们用500V、1000V、2500V兆欧表在冷态下进行了测试，没有发现硬击穿现象。（5）结论1）事故发生前瞬间开关承受的电压在额定耐受冲击电压的范围内。但极可能超过了开关的额定绝缘电压。定量估算可能为U＝750×(1.5～2)＝1125～1500V在这个过电压值下虽然没有发生绝缘材料硬击穿短路，但并不能保证不发生放电闪络短路。2）此开关的相间绝缘间距是30mm。符合GB7251.1-2005规定的空气中最小电气间隙。但GB7251.1-2005规定的—设备长期承受电压的最小爬电距离表明：当工作电压≥1250V时（污染等级4级，材料组别Ⅲa），最小爬电距离=40mm。放电的危险是存在的。3）GB7251.1-2005规定开关绝缘材料表面温升限值是40℃。经验证明：当开关在较大电流冲击下瞬间温升是该数值的两倍以上时，开关塑料外壳表面电阻会急剧下降，此时加上＞750V的高电压，附着着灰尘的相间绝缘材料表面发生放电闪络短路是完全可能的。4）根据以上非常有限技术条件下的分析，笔者认为：开关的接触机构和绝缘指标基本上没有严重的问题。开关短路是由于当时电路里出现了超出开关技术指标的异常状态。（三）安装问题（1）使用说明书要求本开关安装单位是国内某仪表厂。2009年5月15日，该厂在为大厦更换新开关时随机带来一份《SIWOH1-63～1250系列隔离开关熔断器组使用说明书》。说明书内容共分八部分。其中第七部分-使用与维修-第2条要求：“开关上的接线端子和接线裸母线应包扎绝缘物，防止开关相间短路。”（2）大厦现场安装实况迄今为止，大厦南北变配电室18台低压无功补偿柜上的18台SIWOH1-630隔离开关熔断器组都没有按照该使用说明书第七部分-使用与维修-第2条要求安装。（3）可以说，这一条是开关制造厂家根据SIWOH1系列产品的技术特点提出的针对性安全要求。如果按照这一条做了，可以有效防止开关相间在此位置闪络、爬电和飞弧短路。3.3电路问题大厦安装的低压无功补偿电容器柜，是由国内某建筑设计院设计，由国内某仪表厂组装生产。这种设备自2008年8月正式投入运行以来，接连发生电容器组投切接触器烧毁、分路熔断器熔断和串联电抗器过热等异常现象。深入分析表明：这种设备在设计上存在缺陷。这种缺陷成为“5·5”弧光短路事故的主要诱发因素。（一）因设计潜伏隐患（1）REGO型自动功率因数控制器接线方式1）REGO自动控制器不受总电源开关控制。主辅柜两个SIWOH1-630开关控制12组电容器总主回路，REGO自动控制器通过控制12个交流接触器控制12组电容器分支回路。REGO的工作电源接在SIWOH1-630开关上口，不受总开关控制。当总开关断开后，REGO仍在工作。原设计思想是：当主辅柜其中一个断电检修时，另一个仍然可以在自动补偿状态工作。2）这种接线方式可以造成智能误判，使电路出现异常状态。即：在总开关断开而REGO仍在工作的情况下，造成REGO对补偿需求发生误判。REGO对补偿需求发生误判后，立即发出过补偿投入指令。误判发出的过补偿投入指令会一直持续到将12组600kvar电容器投切接触器全部吸合为止。3）图14极为清楚的显示：尽管电容器主柜在运行、辅柜在检修，尽管辅柜总电源开关已分断，但REGO自动控制器仍然发出指令将辅柜的6组投切接触器全部吸合。（2）串联电抗器电抗率的选择1）《并联电容器装置设计规范》（GB50227-2008）规定：串联电抗器电抗率选择，应根据电网条件与电容器参数经相关计算分析确定，电抗率取值范围应符合下列规定：①仅用于限制涌流时，电