楊 洋, 史貴風, 徐獻清

[上海電器科學研究所(集團)有限公司,上海 200063]

0 引 言

大型商業(yè)綜合體的內部構造復雜、人流高度密集、電纜電氣布線龐大,導致監(jiān)管的困難和火災發(fā)生的高風險[1]。某商業(yè)綜合體5樓南側空調機房內的兩個配電柜發(fā)生電氣火災,由于該配電柜所在配電室每天都有人定時巡檢,事發(fā)突然,事后檢測方經過現(xiàn)場勘踏,推測電氣火災事故原因主要有以下幾種:電氣線路接觸不良,致使接觸處局部產生高溫、電弧,引發(fā)電氣火災;電氣短路導致電弧接地故障,斷路器未能及時分斷,引起短路火災;由于該條支路所帶的負載為LED燈,回路電流中含有大量的零序諧波電流,諧波電流引發(fā)熱故障和著火也是導致該起事故的一種潛在因素[2]。

由于事故發(fā)生后燒毀的配電柜已經更換為新的配電柜,針對此次電氣火災事故,在為委托方解決問題的過程中,充分發(fā)揮了專業(yè)試驗室+現(xiàn)場的檢驗評估服務模式的優(yōu)勢,從事故現(xiàn)場檢測評估到檢測所電氣試驗室檢測分析、雙線同步診斷作戰(zhàn)。主要是從以下兩個方面進行排查,一方面對該配電柜的進線端進行長時間的電能質量在線監(jiān)測,評估諧波對此次事故的潛在影響,同時現(xiàn)場監(jiān)測配電柜的溫升情況,另一方面對事故配電柜內低壓元器件進行抽檢,送到實驗室,依據(jù)國標對送檢器件特性進行驗證分析,本次針對大型商業(yè)綜合體電氣火災的故障診斷,對以后類似電氣火災的故障排查提供一些思路,也為以后商業(yè)綜合體的電氣設計提供經驗數(shù)據(jù)作為參考[3]。

1 事故概述

某大型商業(yè)綜合體空調機房內,室外云石燈箱配電柜AL/4/5D/FG1柜,AL/4/5D/FG2柜(以下稱FG1柜、FG2柜),柜內突然冒出大量濃煙,發(fā)生電氣著火事故,事后檢查發(fā)現(xiàn)FG1柜、FG2柜損毀嚴重。事故現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 事故現(xiàn)場

2 事故檢測內容

2.1 系統(tǒng)電能質量監(jiān)測

2.1.1 某大型商業(yè)綜合體云石燈箱0.4 kV供配電系統(tǒng)電能質量(長時監(jiān)測情況)

系統(tǒng)電能質量長時監(jiān)測點選取在FG1與FG2柜電源總進線,監(jiān)測時間持續(xù)24 h,該回路負載盡可能全部開啟。系統(tǒng)電能質量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 系統(tǒng)電能質量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.1.2 云石燈箱0.4 kV供配電系統(tǒng)電能質量(瞬態(tài)數(shù)據(jù)及波形情況)

系統(tǒng)電能質量瞬時數(shù)據(jù)記錄分別在運行工況1:FG1與FG2未投入運行;運行工況2:FG1與FG2投入運行下進行。電壓畸變率測試數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 電壓畸變率測試數(shù)據(jù)

FG1與FG2投入運行下,三相電壓、電流波形如圖3所示。

圖3 三相電壓、電流波形

FG1與FG2投入運行下,總電流、3次諧波電流值測試數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 總電流、3次諧波電流值測試數(shù)據(jù)

由圖2可以看出:當FG1與FG2柜未投入運行時,0.4 kV母線電壓總畸變率為2.4%,未超出國標限值(5%)、3次諧波電壓為1.52%,未超出國標限值(3.2%);當FG1與FG2柜投入運行后,0.4 kV母線電壓總畸變率為17.14%,嚴重超出國標限值(5%)、3次諧波電壓為16.18%,嚴重超出國標限值(3.2%);圖3顯示進線端電壓、電流波形已經嚴重畸變。

由圖4可以看出FG1與FG2柜投入運行后,其N線3次諧波電流高達352.8 A。

2.2 現(xiàn)場柜體溫升測試

現(xiàn)場檢查配電柜內發(fā)現(xiàn)問題,如開關緊密排布,無散熱空間,柜內無散熱孔及散熱裝置等。因此選取FG1柜和FG2柜云石燈箱負載全部開啟時間段內(12∶13～16∶35),在監(jiān)測電能質量的同時,現(xiàn)場監(jiān)測2個配電柜內部分開關及線路的溫升情況(測試溫升時柜門關閉)。溫升監(jiān)測點選取現(xiàn)場配電柜內溫升可能偏高(如位置偏中間、偏上部)的開關,FG1柜內為剩余電流保護斷路器第一排第7個、第9個和接觸器第一排第7個;FG2柜內為剩余電流保護斷路器第一排第10個、第11個和第二排第6個,FG1、FG2柜內溫升曲線如圖5、圖6所示。

圖5 FG1柜內溫升曲線

運行4 h后,圖5顯示:FG1柜內監(jiān)測點中1-9斷路器側面溫度最高,為57.8 ℃,并有繼續(xù)上升的趨勢;圖6顯示:FG2柜內監(jiān)測點中1-10斷路器側面溫度最高,為57.0 ℃,并有繼續(xù)上升的趨勢;運行4 h后開啟柜門,進行紅外溫度掃描,FG1柜內最高溫度為進線N線,為72.4 ℃,FG2柜內最高溫度為柜頂進線N線,為58.0 ℃。

圖6 FG2柜內溫升曲線

2.3 送檢樣品-剩余電流保護開關測試

從事故現(xiàn)場FG3柜第二排剩余電流保護開關中,隨機取樣GSH201D25 30 mA剩余電流保護開關2個;隨機截取標稱4 mm2的多股軟導線、單股硬導線各一段;從現(xiàn)場FG2柜第二排剩余電流保護開關中,隨機取樣GSH201D20 30 mA剩余電流保護開關兩個,送至實驗室進行測試。經測試,剩余電流保護開關動作時間驗證、脫扣特性試驗、溫升試驗(檢測主要依據(jù)國家標準GB/T 16917.1—2014《家用和類似用途的帶過電流保護的剩余電流動作斷路器(RCBO)第1部分:一般規(guī)則》)及導線截面測試的情況,測試結果未見明顯異常。

2.4 事故原因分析

事故直接導致FG1、FG2柜內開關及線路大面積燒毀,事故可能原因分析如表2所示。

表2 事故可能原因分析

3 解決方案及措施

(1)針對線路異常發(fā)熱問題建議:增大開關安裝間隙、線槽間隙;配電柜加裝主動散熱、排風設施,如排風扇等;在FG1和FG2配電柜的配電線路中增加一條N線;日常巡檢時,建議重點關注配電柜中開關及線路的發(fā)熱情況;保養(yǎng)維護時,建議重點關注開關接線端子的緊固情況[4]。

(2)3次諧波的特性與0.4 kV變壓器的聯(lián)接結構,3次諧波電流無法傳遞至上級系統(tǒng),進而于0.4 kV變壓器△側內環(huán)流,導致變壓器、電纜等設備的異常發(fā)熱、振動、嘯叫與損耗,影響變壓器運行使用壽命,嚴重時會引起電氣火災的發(fā)生。因此為避免泛光燈產生的諧波對供配電系統(tǒng)造成不良影響,建議于負載側加裝電能質量治理裝置,從諧波源側對電能質量進行治理,可在極大程度上保證供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[5]。

根據(jù)以上解決方案措施,委托方整改后的情況,如:從“消防電氣防火”方面,線路通道管口進行了防火封堵;從“施工安裝”方面的,規(guī)范了柜內開關線纜的安裝,增加了開關間隙,加裝了主動冷卻排風扇;從“整改治理”方面,按照方案加裝了電能質量治理裝置?，F(xiàn)場配電系統(tǒng)整改后情況如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場配電系統(tǒng)整改后情況

業(yè)主按照解決方案組織實施后,再次委托檢測方進行評估復測,整改措施實施后數(shù)據(jù)如圖所8示。

由圖8可以看出,總電源進線N線電流有整改前的352.8 A下降到32.5 A,電壓、電流總諧波畸變率也比整改前降低很多。

圖8 整改措施實施后數(shù)據(jù)

與此同時滿載運行近4 h,各配電柜內紅外溫度掃描未見溫度特別高的異常點、異常區(qū)域。測試結果顯示檢測方經過檢驗評估后提出的解決方案及措施是有效的,最終解決業(yè)主頭痛的問題,有力保障該業(yè)主的用電安全。

4 結 語

本文針對某大型商業(yè)綜合體電氣火災事故配電柜,從配電系統(tǒng)到低壓元器件進行檢測,發(fā)揮專業(yè)試驗室+現(xiàn)場的檢驗評估服務模式的優(yōu)勢,排查故障發(fā)生的可能原因,并給出相應的解決方案和措施,業(yè)主根據(jù)解決方案及措施進行整改,整改后進行評估復測,復測結果顯示了解決方案的有效性。通過對該項目案例的梳理,明確了電氣故障診斷類現(xiàn)場項目的評估方式和思路方法。