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    當(dāng)前，電力系統(tǒng)已成為城市建設(shè)和生活必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，作為電力系統(tǒng)主要設(shè)備之一的戶外輸配電開關(guān)柜也普遍存在于日常生活中，如圖l、圖2所示。在舉世矚目的上海世博會期間，世博園里也可見到大量的輸配電開關(guān)柜等設(shè)備。
1、戶外輸配電開關(guān)柜簡介
    如圖l所示環(huán)網(wǎng)柜屬于輸配電開關(guān)柜的一種，經(jīng)常在路邊見到的是充氣式環(huán)網(wǎng)柜。所謂充氣式環(huán)網(wǎng)柜即將高壓元件（如斷路器、隔離開關(guān)、符合開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、母線等等）密封在充有較低壓力的壓縮氣體（如壓縮空氣、SF6、Nz等等）的封閉殼體內(nèi)的一種金屬封閉開關(guān)設(shè)備。
    圖2所示的變壓器柜也與戶外輸配電開關(guān)柜有緊密聯(lián)系，變壓器柜有兩種型式：①干變帶外殼，可以和戶外輸配電開關(guān)柜布置在一起。②戶外輸配電開關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)干變，比如在35/10 kV變電所中，10 kV所用干變可以裝在開關(guān)柜內(nèi)。
    輸配電網(wǎng)絡(luò)如發(fā)生故障導(dǎo)致起火，將產(chǎn)生大面積的停電事故，給人們的生產(chǎn)生活造成非常不利的影響以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在此將損失分為直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失兩方面。直接經(jīng)濟(jì)損失，根據(jù)戶外輸配電開關(guān)柜連接的支路核定損失，一個(gè)支路成本在5萬元至十萬元，每個(gè)戶外輸配電開關(guān)柜內(nèi)大多是四到六條支路。間接經(jīng)濟(jì)損失更加無法估計(jì)，例如在2009年8月11日，成都雙流國際機(jī)場及周邊因停電致使機(jī)場被迫關(guān)閉3h，148個(gè)航班被延誤，近萬名旅客滯留。后來，經(jīng)查連接機(jī)場的開關(guān)柜開關(guān)著火是導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)癱瘓是造成這次長達(dá)近Sh停電事故的主要原因。
    從圖3上海輸配電網(wǎng)絡(luò)失火統(tǒng)計(jì)（截至到2010年8月）可看出，最近3年，由于輸配電網(wǎng)絡(luò)造成的火災(zāi)事故成逐年上升趨勢。圖4、圖5所示為一建筑工地的10 kV環(huán)網(wǎng)柜發(fā)生故障導(dǎo)致失火的現(xiàn)場照片。
2、戶外輸配電開關(guān)柜起火原因分析
    經(jīng)事故調(diào)查，研究分析后認(rèn)為戶外輸配電開關(guān)柜失火的主要原因大多是柜內(nèi)絕緣件局部放電造成的，外部雷電沖擊也是造成戶外輸配電開關(guān)柜失火的因素之一。
2.1  內(nèi)部絕緣件局部放電
中、高壓電氣設(shè)備的絕緣部件，在工廠的制造中很難做到十分純凈和致密。絕緣內(nèi)部容易含有小的氣泡和氣隙，在運(yùn)輸和運(yùn)行中，也將受到機(jī)械的冷、熱或化學(xué)的作用，使絕緣中產(chǎn)生氣泡和裂縫。由于氣泡（空氣）的介電常數(shù)比固體、液體小，這樣氣泡中的電場強(qiáng)度相對較大，且氣泡的耐電強(qiáng)度又較低，所以氣泡和氣隙的放電是產(chǎn)生絕緣內(nèi)部局部放電的主要原因。
    由于局部放電發(fā)生在分散的、占空間極小的液體、固體絕緣包圍的空間，且能量也很小，故局部放電基本不影響電氣設(shè)備的短時(shí)絕緣強(qiáng)度。但是在長期工作電壓的作用下，由于局部放電時(shí)要產(chǎn)生臭氧、氧化氮等活性物質(zhì)，使固體絕緣腐蝕、老化。這些日積月累的不良效應(yīng)，最后將導(dǎo)致電氣設(shè)備絕緣的擊穿，這就是人們常說的電化學(xué)擊穿。對于電氣設(shè)備，正常情況下壽命一般應(yīng)在20年以上，而如果絕緣件有局部放電現(xiàn)象發(fā)生，在運(yùn)行1/2 ~1年內(nèi)便會出現(xiàn)失火故障。
    局部放電的視在放電量可用試驗(yàn)的方法測量出來，除測量視在放電量外，還可測量單次放電能量、放電頻度、平均放電電流等。對實(shí)際局部放電，大都測量局部放電的起始放電電壓、熄滅電壓和視在放電量。
2.2雷電沖擊
    雷電對戶外輸配電開關(guān)柜的危害非常大，一般分為兩類：一是雷直接擊在戶外輸配電開關(guān)柜上發(fā)生熱效應(yīng)作用和電動力作用；二是雷電的二次作用，即雷電流對戶外輸配電開關(guān)柜產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。雷電的具體危害表現(xiàn)如下：
    (1)雷電流高壓效應(yīng)會產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬伏甚至數(shù)十萬伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設(shè)備，足以擊穿絕緣使設(shè)備發(fā)生短路，導(dǎo)致燃燒、爆炸等直接災(zāi)害。雷電流高熱效應(yīng)會放出幾十至上千安的強(qiáng)大電流，并產(chǎn)生大量熱能，在雷擊點(diǎn)的熱量會很高，可導(dǎo)致輸配電開關(guān)柜外部金屬殼體熔化，引發(fā)火災(zāi)和爆炸。雷電流會對輸配電開關(guān)柜產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)，主要表現(xiàn)為被雷擊設(shè)備會發(fā)生爆炸、扭曲、崩潰、撕裂等現(xiàn)象。
    (2)雷電流會對輸配電開關(guān)柜產(chǎn)生靜電感應(yīng)，可使被擊物設(shè)備感生出與雷電性質(zhì)相反的大量電荷，當(dāng)雷電消失來不及流散時(shí)，即會產(chǎn)生很高電壓發(fā)生放電現(xiàn)象從而導(dǎo)致火災(zāi)。雷電流電會對輸配電開關(guān)柜產(chǎn)生磁感應(yīng)，會在雷擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場，其感生出的電流可引起設(shè)備局部過熱而導(dǎo)致火災(zāi)。
    雷電波的侵入和防雷裝置上的高電壓對建筑物的反擊作用也會引起配電裝置或電氣線路斷路而燃燒導(dǎo)致火災(zāi)。
3、防范措施與解決方案
3.1提升產(chǎn)品質(zhì)量
    根據(jù)起火原因分析可知，局部放電和雷電是造成戶外輸配電開關(guān)發(fā)生火災(zāi)事故的主要原因，因此對于戶外輸配電開關(guān)柜制造商來說，如何提高產(chǎn)品絕緣性能以及抗雷電沖擊的能力是防止火災(zāi)發(fā)生的關(guān)鍵因素。
    為能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣部件的絕緣缺陷，工廠質(zhì)檢人員應(yīng)充分理解絕緣部件的局部放電原理，以及如何檢測局部放電的方法，并應(yīng)該加強(qiáng)絕緣部件的局部放電的檢測力度和提高產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)參數(shù)來及早發(fā)現(xiàn)絕緣部件的產(chǎn)品質(zhì)量問題，當(dāng)然選擇優(yōu)秀的供應(yīng)商也是非常重要的因素。在戶外輸配電開關(guān)柜安裝現(xiàn)場，與開關(guān)柜連接的電纜制作也是非常關(guān)鍵的，必須嚴(yán)格執(zhí)行電纜頭制作流程，由專業(yè)人員制作，一旦電纜接頭內(nèi)部混入雜質(zhì)、氣體或沒有按安裝尺寸制作，都會引起電纜接頭絕緣能力下降，造成局部放電現(xiàn)象，長期運(yùn)行必然會引發(fā)火災(zāi)。
    對于產(chǎn)品抗雷電沖擊能力，除提高產(chǎn)品本身抗雷電沖擊能力之外，還可在戶外輸配電開關(guān)柜上裝設(shè)避雷裝置。即利用避雷裝置將雷電流引入大地而消失。
3.2進(jìn)行防火設(shè)計(jì)
    在輸配電開關(guān)柜出現(xiàn)故障失火時(shí)，由于高壓輸配電，危險(xiǎn)性很高，需要在第一時(shí)間內(nèi)通報(bào)電力公司，由專業(yè)技術(shù)人員對現(xiàn)場進(jìn)行修復(fù)性措施：首先斷開失火開關(guān)以及上級電路，其次要在滅火結(jié)束后將開關(guān)可靠接地后方可對開關(guān)本身進(jìn)行修復(fù)性工作。否則會對搶修人員、消防人員的人身安全造成極大危險(xiǎn)，嚴(yán)重者可直接造成現(xiàn)場人員觸電身亡等生產(chǎn)事故發(fā)生。
    目前戶外輸配電開關(guān)柜主要由外殼體和內(nèi)部開關(guān)組成，由于沒有相應(yīng)的防火設(shè)計(jì)，一旦失火，只能在上級電路跳閘斷開后，其自然燃燒結(jié)束或待人員發(fā)現(xiàn)后通知消防等相關(guān)部門展開滅火工作，不能快速遏制火情，有效恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行，勢必對整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成惡劣的社會影響。因此對于戶外輸配電開關(guān)柜如何進(jìn)行消防設(shè)計(jì)，是急需展開的一項(xiàng)非常重要的工作，筆者認(rèn)為，對戶外輸配電開關(guān)柜的消防設(shè)計(jì)要采取一定的技術(shù)措施，戶外輸配電開關(guān)柜的消防設(shè)計(jì)可分為報(bào)警系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)：
3.2.1火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)
    火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)是用于盡早探測初期火災(zāi)并發(fā)出警報(bào)，以便采取相應(yīng)措施（例如疏散人員、報(bào)警、啟動滅火系統(tǒng)等）的系統(tǒng)。
    (1)集中報(bào)警系統(tǒng)。由于戶外輸配電開關(guān)柜相互之間構(gòu)成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此可將戶外輸配電開關(guān)柜依據(jù)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的原則，組成一個(gè)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的開關(guān)柜歸為一個(gè)區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)。集中報(bào)警控制系統(tǒng)可設(shè)置在區(qū)域變電所內(nèi)，如目前正在上海舉辦的世博會，世博園園內(nèi)各個(gè)開關(guān)柜的報(bào)警信息可匯集到園內(nèi)中心控制室。集中報(bào)警系統(tǒng)加上消防聯(lián)動控制設(shè)備就構(gòu)成了控制中心報(bào)警系統(tǒng)，控制中心報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)立可實(shí)現(xiàn)消防的高度自動化，極大的提高了發(fā)生火災(zāi)的應(yīng)變能力。
    (2)報(bào)警系統(tǒng)的組成部分。火災(zāi)探測器是組成火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的重要組件，是系統(tǒng)的感覺器官，其作用是監(jiān)視被保護(hù)區(qū)域有無火災(zāi)發(fā)生。火災(zāi)探測器根據(jù)探測火災(zāi)參數(shù)的不同，可劃分為感煙、感溫、感光、火焰、氣體和復(fù)合式。針對戶外輸配電開關(guān)柜的特點(diǎn)，可采用纜式線型感溫探測器和感煙探測器。纜式線型感溫探測器可放置在開關(guān)柜內(nèi)部的電纜室內(nèi)，纏繞在電纜及其附件上，當(dāng)電纜室內(nèi)的電纜及其附件因局部放電，致使電纜及其附件溫度升高時(shí)，感溫探測器可在電纜因局部放電導(dǎo)致燃燒前及時(shí)將報(bào)警信息反饋到控制中心報(bào)警系統(tǒng)，從而避免起火事故的發(fā)生。感煙探測器可設(shè)置在開關(guān)柜外殼體內(nèi)部頂端與開關(guān)箱體的上部之間，當(dāng)開關(guān)柜發(fā)生起火事故時(shí)，感煙探測器也可將報(bào)警信息反饋到控制中心。
    此外，火災(zāi)報(bào)警控制器也是火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分。火災(zāi)報(bào)警控制器擔(dān)負(fù)著為火災(zāi)報(bào)警提供穩(wěn)定的工作電源；監(jiān)視探測器及系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)；接受、轉(zhuǎn)換、處理火災(zāi)探測器輸出的報(bào)警信號；進(jìn)行聲光報(bào)警；指示報(bào)警的具體部位及時(shí)間，同時(shí)執(zhí)行相應(yīng)輔助控制等任務(wù)。火災(zāi)報(bào)警控制器應(yīng)放置在檢測戶外輸配電開關(guān)柜的中心控制室內(nèi)。
3.2.2滅火系統(tǒng)
    輸配電開關(guān)柜在發(fā)生故障引起火災(zāi)時(shí)，如果此開關(guān)是斷路器開關(guān)，它可本身跳閘切斷電路，若是負(fù)荷開關(guān)，其上級斷路器開關(guān)會跳閘來切斷其電流回路，從而控制火災(zāi)事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。但目前戶外輸配電開關(guān)柜在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，并沒有滅火系統(tǒng)，滅火系統(tǒng)引入戶外輸配電開關(guān)柜，對于發(fā)生火災(zāi)時(shí)有效控制火情、減小火災(zāi)損失、減小開關(guān)柜失火成災(zāi)負(fù)面影響等都是非常必要的。目前消防系統(tǒng)中的滅火系統(tǒng)主要有水噴霧滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、移動式滅火系統(tǒng)等形式。
    參考目前日趨普及的無人變電站、變電所采用的滅火系統(tǒng)，筆者認(rèn)為戶外輸配電開關(guān)柜可采用氣體滅火系統(tǒng)。筆者在此對氣體滅火系統(tǒng)所采用的滅火劑進(jìn)行歸類。有七氟丙烷、煙烙盡、氣溶膠、二氧化碳等幾種類型，具體性能參數(shù)如表1所示。
    氣體滅火系統(tǒng)的氣體保存容器可放在戶外輸配電開關(guān)柜外殼體與內(nèi)部開關(guān)之間，當(dāng)探測器發(fā)出報(bào)警信號時(shí)，氣體滅火系統(tǒng)可及時(shí)在開關(guān)柜內(nèi)實(shí)施滅火措施。
3.2.3  火探( FIREDETECT)管式自動探火滅火裝置
    作為一種新型探火滅火裝置，火探裝置解決了困擾消防行業(yè)已久的對電器設(shè)備、控制箱、配電板等易發(fā)生火患的空間的防火問題。在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用于電廠、通訊、廣電、石化、鐵路等系統(tǒng)。
    這種裝置最突出優(yōu)點(diǎn)是報(bào)警滅火合一，探測反應(yīng)時(shí)間快，迅速將火患撲滅在萌芽狀態(tài)，有效降低火災(zāi)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。火探管為軟性物，不受任何位置的影響，可伸進(jìn)各種窄小和復(fù)雜易燃空間或設(shè)備中，該特點(diǎn)彌補(bǔ)了現(xiàn)有消防產(chǎn)品不能撲滅此類火源的缺陷。最適合無人值守而需重點(diǎn)保護(hù)的設(shè)備和場所。設(shè)計(jì)簡單，安裝簡便，不占用戶的有限空間，無需另外設(shè)置氣瓶間。隨著各大城市建設(shè)的腳步日漸加快，自動探火滅火裝置將成為防火安全工作的新寵。
3.3采取防火隔離措施
    目前國內(nèi)的戶外輸配電開關(guān)柜大多置于地面以上，很多簡單的電纜分支箱因不需要操作開關(guān)或操作比較簡單，可將其置于地面以下，只是目前這個(gè)數(shù)量非常的少，如圖6所示。戶外輸配電開關(guān)柜置于地面下，進(jìn)行防火分隔和堵漏后，即使發(fā)生失火事故，四周的坑壁也能有效的達(dá)到阻止火勢進(jìn)一步擴(kuò)大的效果，使得防火安全性能大大提高。
如圖6，將戶外輸配電開關(guān)柜置于地下，雖然增加了工程初期的安裝成本，但其大大提高了消防安全性能，并不占用地面上空間，使環(huán)境更加協(xié)調(diào)美觀，這必將成為今后我國戶外輸配電開關(guān)柜一個(gè)非常適用的發(fā)展方向。
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