20KV开关柜起火原因分析

电子质量2017年第04期(总第361期)作者简介：李正(1981-)，男，中级工程师，本科，从事电子产品失效分析工作。0前言近年来随着国民经济的快速发展，工业生产和生活用电量与日俱增，高压开关柜作为电力系统中的重要电气设备，使用量也随着电力系统的不断发展而增加。但若组合在开关柜内的一些重要设备、元件、绝缘新型材料存在产品质量缺陷隐患，在运行中将造成火灾和经济损失事件[1-2]。本文对一例变压器开关柜安装运行后所出现的起火原因进行分析探讨，通过科学客观的检测手段，分析出变压器开关柜的失效原因，为今后变压器开关柜的失效分析提供新的技术思路。1现场调查我单位鉴定人员于第一次至某公司20KV变电站，对涉案事故现场进行现场调查，发现第一现场已被破坏(如图1所示)，现场母线已被拆除。根据现场存在的实物和委托人描述的事故经过，复原了当时事故的原貌，示意图如图2所示。(a)现场破坏照片20KV开关柜起火原因分析AnalysisofFireCauseof20KVSwitchcabinet李正,张娜娜（苏州华碧司法鉴定所,江苏苏州215000）LiZheng,ZhangNa-na(SoochowFALABJudicalAuthenticator,JiangsuSuzhou21500）摘要：通过现场调查、事故记录审查、成分分析、熔痕金相分析等鉴定分析手段，找出开关柜事故原因。母线、母线接头、母线接头螺栓的材质不同，不同材质其电阻率及导电率的差异，导致在大负荷流过三种材质的结合处而未紧固的情况下产生高温，致使母线绝缘层加速老化，而在绝缘层被破坏的情况下，绝缘水平不够导致母线相与相之间发生放电现象，从而致使相间发生瞬间短路故障，又由于是备投装置中备投方式中过流闭锁，备投选择退出，导致故障范围扩大，从而发生火灾。关键词：开关柜；火灾；绝缘水平；放电中图分类号：TM591文献标识码：B文章编号：1003-0107(2017)04-0024-05Abstract:Throughtheappraisalanalysismethodssuchasthefieldinvestigation,accidentrecordreview,co-mponentialanalysis,metallographicanalysis,findoutswitchcabinetisthecauseoftheaccident.Differentma-terialofbusbar,busbarconnector,busbarjointbolt,andthedifferentofresistivityandconductivity,leadtothehightemperatureinheavyloadflowthroughthejunctionofthreekindsofmaterialwithoutfasteningandthebusbaroftheinsulationlayeracceleratedageing.Undertheconditionofthedamagedinsulationlayer,Insula-tionlevelisnotenoughleadtothedischargeofthephasebusbarfacies.Thus,alternatewithinstantaneouss-hortcircuitfault.Becauseautomaticswitchdeviceformakingwayofflowintheclosure,automaticswitchoptout,leadtofailureenlargeandafire.Keywords:switchcabinet;fire;Insulationlevel;dischargeCLCnumber:TM591Documentcode:BArticleID：1003-0107(2017)04-0024-0524图2事故现场示意图(b)现场破坏照片图1根据现场实物结合示意图分析：(1)2171隔离刀闸及母线均未受损，母线绝缘层完好；(2)2801隔离刀闸未受损，母线A相有一处熔痕(如图3所示)，A相母线接头有放电痕迹，母线B相有三处熔痕，B相母线接头有放电痕迹，C相母线和母线接头未受损，线绝缘层存在被高温老化现象；(3)2X1#1站用变开关柜的开关未受损，柜内挡板有被击穿现象(如图4所示)，母线接头A、B、C三相均有放电熔痕，母线绝缘层存在被高温老化现象；(4)现场实测相相距离最小处160mm,全部母线及母线接头均采用绝缘层防护套。(a)母线熔痕(b)母线熔痕图325电子质量2017年第04期(总第361期)图4挡板被击穿我单位鉴定人员根据委托人的要求，第二次对现场备用电源自动投入装置进行调查，现场备用电源自动投入装置采用的是NSP40C型，备投方式如表1、表2所示。表1备投方式1动作时间10s进线电压检查退出过流闭锁备投选择退出过流闭锁备投定值2.00In(2倍)过负荷减载投退退出表2备投方式2动作时间10s进线电压检查退出过流闭锁备投选择退出过流闭锁备投定值2.00In(2倍)过负荷减载投退退出现场对备用自投装置的端子排进行了排查，110KV保安变的保护信号回路接入了备用自投装置，220KV#１变的保护信号回路是否接入待查，备用自投装置端子排接线方式如表3、表4所示。表3TA/CZ接线1234789×10×11×12×13×14√1516171819202122232425262728表4TA/TZ接线12347X8X910111213X14X15X16X17√18√19√20√21X22X23X24X25X26X27X28√2事故记录审查我单位鉴定人员对委托人提供的#1主变保护动作记录、保安变保护动作记录及《事故报告20KV2171备26表5母线、母线接头和母线连接螺栓进行成分分析检测部位检测结果(wt%)COCuALSiFePZnMnCrSCl母线9.102.6888.22\\\\\\\母线接头5.706.60\51.765.2530.69\\\\\\母线连接螺栓5.5113.25\\\43.370.4334.680.421.720.290.34投动作记录》，并结合《电气接线图》进行了分析，确认此次事故发生后，#1主变及保安变的保护动作跳闸属于正常；20KV2171备投装置动作投入属于正常；但根据此次事故类型分析，确认备投装置动作投入属于不正确；其他未发现异常情况。3实验室检测3.1母线、母线接头和母线连接螺栓成分分析依据GB/T17359-2012《微束分析能谱法定量分析》[3]对母线、母线接头和母线连接螺栓进行成分分析，结果如表5所示。由表1可知，母线的主要成分为铜，母线接头主要成分为铝、铁，母线连接螺栓主要成分为铁、锌。3.2母线接头熔痕金相分析依据GB/T13298-1991《金属显微组织检验方式》[4]和GB16840.4-1997《电气火灾原因技术鉴定方法第4部分：金相法》[5]对母线接头熔痕做金相分析(如图5所示)，发现母线接头熔痕存在较多气孔，存在过渡区界限，熔珠存在细小柱状晶、枝晶，具备一次短路熔痕特征。图5母线接头熔痕金相分析照片4结果分析由“现场调查”和“母线接头熔痕金相分析”可知，2801隔离刀闸A、B相母线和母线接头存在放电熔痕，母线绝缘层存在高温老化现象。2X1#1站用变开关柜A、B、C三相母线接头存在放电熔痕特征，母线绝缘层存在高温老化现象。由此可知，母线及母线接头存在相间放电及相间短路故障。由“现场调查”和“母线、母线接头和母线连接螺栓成分分析”可知，母线、母线接头、母线接头螺栓的材质不同，不同材质其电阻率及导电率的差异，导致在大负荷流过三种材质的结合处而未紧固的情况下产生高温，致使母线绝缘层加速老化，而在绝缘层被破坏的情况下，由于母线相与相之间距离为160mm,绝缘水平不够导致母线相与相之间发生放电现象，从而致使相间发生瞬间短路故障。由“现场调查”和“事故记录审查”可知，涉案母线(母线接头)发生相间瞬间短路故障，导致#1主变后备保护动作跳闸失压，备投装置由于失压而启动，对涉案母线进行带电冲击，从而导致涉案母线再一次发生相间短路故障，导致故障范围扩大。导致故障范围扩大的原因是备投装置中备投方式1、2中过流闭锁，备投选择退出。5结论由于涉案母线(母线接头)采用三种不同的材质，存在电阻率(导电率)的差异，在大负荷流过三种材质的结合处而未紧固的情况下产生高温，导致母线绝缘层加速老化，在母线绝缘层被破坏的情况下，由于母线相与相之间的绝缘距离不够(160mm)导致母线相与相之间相互发生放电现象，瞬间产生相间短路故障，致使#1站主变后备保护动作跳闸，母线失压。备投装置在母线失压状态下启动对涉案母线进行带电冲击，从而致使涉案母线再一次发生相间短路故障，导致故障进一步扩大。故障进一步扩大的原因是备投装置备投方式1、2中过流闭锁备投选择退出。27电子质量2017年第04期(总第361期)本文给出了一个基于小波奇异性检测的电力系统故障检测实现方法，仿真研究表明小波奇异性检测是一种有效的故障检测方法,并可以通过编写程序,使检测结果更加清晰。参考文献：[1]龙江荣,秦代春.一种小波神经网络的电能质量信号去噪新方法[C].重庆市电机工程学会2010年学术会议论文集,2010:970-973.[2]宋亚奇,周国亮,朱永利.智能电网大数据处理技术现状与挑战[J].电网技术,2013,37(4):927-935.[3]张兆宁,毛鹏,孙雅明.电力系统故障暂态信号的小波奇异性检测[J].继电器,2000,28(4):24-27.[4]RayPK,KishorN,MohantySR.IslandingandPowerQu-alityDisturbanceDetectioninGrid-ConnectedHybridP-owerSystemUsingWaveletandS-Transform[J].IEEETr-ansactionsonSmartGrid,2012,3(3):1082-1094.[5]鹿洪刚,覃剑,陈祥训.35kv电力电缆在线故障测距仿真研究[J].电网技术,2008,32(24):81-87.[6]胡昌华,张军波,夏军,等.基于MATLAB的系统分析与设计-小波分析[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999:210-211.[7]李刚,许鹏程,韩龙美.基于小波分析的电力系统故障时空检测与诊断[J].系统仿真学报,2015,27(12):3018-3024.[8]孙丽颖,闫钿.基于小波奇异性检测的电力系统故障检测算法[J].辽宁工业大学学报(自然科学版),2005,25(5):290-291,295.[9]刘育田,胥海纶.基于小波变换模极大值的电能质量奇异性检测[J].信息与电子工程,2009,7(2):123-126,131.参考文献：[1]熊仲金,杨江,傅明华.110kV金岭变35kV开关柜电气火灾事件分析[C].2014年云南电力技术论坛论文集,2014:85-87.[2]罗萼.一起配电室开关柜火灾原因分析及纠正措施[J].电力安全技术,2015,17(3):44-46.[3]GB/T17359-2012.微束分析能谱法定量分析[S].[4]GB/T13298-1991.金属显微组织检验方式[S].[5]GB16840.4-1997.电气火灾原因技术鉴定方法第4部分：金相法[S].上接16页28