楊 洋, 史貴風(fēng), 徐獻(xiàn)清

[上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司,上海 200063]

0 引 言

大型商業(yè)綜合體的內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜、人流高度密集、電纜電氣布線龐大,導(dǎo)致監(jiān)管的困難和火災(zāi)發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)[1]。某商業(yè)綜合體5樓南側(cè)空調(diào)機(jī)房內(nèi)的兩個(gè)配電柜發(fā)生電氣火災(zāi),由于該配電柜所在配電室每天都有人定時(shí)巡檢,事發(fā)突然,事后檢測方經(jīng)過現(xiàn)場勘踏,推測電氣火災(zāi)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(chǎn)生高溫、電弧,引發(fā)電氣火災(zāi);電氣短路導(dǎo)致電弧接地故障,斷路器未能及時(shí)分?jǐn)?引起短路火災(zāi);由于該條支路所帶的負(fù)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(dǎo)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(jīng)更換為新的配電柜,針對(duì)此次電氣火災(zāi)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(yàn)室+現(xiàn)場的檢驗(yàn)評(píng)估服務(wù)模式的優(yōu)勢,從事故現(xiàn)場檢測評(píng)估到檢測所電氣試驗(yàn)室檢測分析、雙線同步診斷作戰(zhàn)。主要是從以下兩個(gè)方面進(jìn)行排查,一方面對(duì)該配電柜的進(jìn)線端進(jìn)行長時(shí)間的電能質(zhì)量在線監(jiān)測,評(píng)估諧波對(duì)此次事故的潛在影響,同時(shí)現(xiàn)場監(jiān)測配電柜的溫升情況,另一方面對(duì)事故配電柜內(nèi)低壓元器件進(jìn)行抽檢,送到實(shí)驗(yàn)室,依據(jù)國標(biāo)對(duì)送檢器件特性進(jìn)行驗(yàn)證分析,本次針對(duì)大型商業(yè)綜合體電氣火災(zāi)的故障診斷,對(duì)以后類似電氣火災(zāi)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(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)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(diào)機(jī)房內(nèi),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(nèi)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(yán)重。事故現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 事故現(xiàn)場

2 事故檢測內(nèi)容

2.1 系統(tǒng)電能質(zhì)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(zhì)量(長時(shí)監(jiān)測情況)

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

表1 系統(tǒng)電能質(zhì)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(zhì)量(瞬態(tài)數(shù)據(jù)及波形情況)

系統(tǒng)電能質(zhì)量瞬時(shí)數(shù)據(jù)記錄分別在運(yùn)行工況1:FG1與FG2未投入運(yùn)行;運(yùn)行工況2:FG1與FG2投入運(yùn)行下進(jìn)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(yùn)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(yùn)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(dāng)FG1與FG2柜未投入運(yùn)行時(shí),0.4 kV母線電壓總畸變率為2.4%,未超出國標(biāo)限值(5%)、3次諧波電壓為1.52%,未超出國標(biāo)限值(3.2%);當(dāng)FG1與FG2柜投入運(yùn)行后,0.4 kV母線電壓總畸變率為17.14%,嚴(yán)重超出國標(biāo)限值(5%)、3次諧波電壓為16.18%,嚴(yán)重超出國標(biāo)限值(3.2%);圖3顯示進(jìn)線端電壓、電流波形已經(jīng)嚴(yán)重畸變。

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

2.2 現(xiàn)場柜體溫升測試

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

圖5 FG1柜內(nèi)溫升曲線

運(yùn)行4 h后,圖5顯示:FG1柜內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)中1-9斷路器側(cè)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(nèi)監(jiān)測點(diǎn)中1-10斷路器側(cè)面溫度最高,為57.0 ℃,并有繼續(xù)上升的趨勢;運(yùn)行4 h后開啟柜門,進(jìn)行紅外溫度掃描,FG1柜內(nèi)最高溫度為進(jìn)線N線,為72.4 ℃,FG2柜內(nèi)最高溫度為柜頂進(jìn)線N線,為58.0 ℃。

圖6 FG2柜內(nèi)溫升曲線

2.3 送檢樣品-剩余電流保護(hù)開關(guān)測試

從事故現(xiàn)場FG3柜第二排剩余電流保護(hù)開關(guān)中,隨機(jī)取樣GSH201D25 30 mA剩余電流保護(hù)開關(guān)2個(gè);隨機(jī)截取標(biāo)稱4 mm2的多股軟導(dǎo)線、單股硬導(dǎo)線各一段;從現(xiàn)場FG2柜第二排剩余電流保護(hù)開關(guān)中,隨機(jī)取樣GSH201D20 30 mA剩余電流保護(hù)開關(guān)兩個(gè),送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試。經(jīng)測試,剩余電流保護(hù)開關(guān)動(dòng)作時(shí)間驗(yàn)證、脫扣特性試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)(檢測主要依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16917.1—2014《家用和類似用途的帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(RCBO)第1部分:一般規(guī)則》)及導(dǎo)線截面測試的情況,測試結(jié)果未見明顯異常。

2.4 事故原因分析

事故直接導(dǎo)致FG1、FG2柜內(nèi)開關(guān)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(duì)線路異常發(fā)熱問題建議:增大開關(guān)安裝間隙、線槽間隙;配電柜加裝主動(dòng)散熱、排風(fēng)設(shè)施,如排風(fēng)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(shí),建議重點(diǎn)關(guān)注配電柜中開關(guān)及線路的發(fā)熱情況;保養(yǎng)維護(hù)時(shí),建議重點(diǎn)關(guān)注開關(guān)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(jié)構(gòu),3次諧波電流無法傳遞至上級(jí)系統(tǒng),進(jìn)而于0.4 kV變壓器△側(cè)內(nèi)環(huán)流,導(dǎo)致變壓器、電纜等設(shè)備的異常發(fā)熱、振動(dòng)、嘯叫與損耗,影響變壓器運(yùn)行使用壽命,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電氣火災(zāi)的發(fā)生。因此為避免泛光燈產(chǎn)生的諧波對(duì)供配電系統(tǒng)造成不良影響,建議于負(fù)載側(cè)加裝電能質(zhì)量治理裝置,從諧波源側(cè)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)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(yùn)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(jìn)行了防火封堵;從“施工安裝”方面的,規(guī)范了柜內(nèi)開關(guān)線纜的安裝,增加了開關(guān)間隙,加裝了主動(dòng)冷卻排風(fēng)扇;從“整改治理”方面,按照方案加裝了電能質(zhì)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(shí)施后,再次委托檢測方進(jìn)行評(píng)估復(fù)測,整改措施實(shí)施后數(shù)據(jù)如圖所8示。

由圖8可以看出,總電源進(jìn)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(shí)施后數(shù)據(jù)

與此同時(shí)滿載運(yùn)行近4 h,各配電柜內(nèi)紅外溫度掃描未見溫度特別高的異常點(diǎn)、異常區(qū)域。測試結(jié)果顯示檢測方經(jīng)過檢驗(yàn)評(píng)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(jié) 語

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