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(huì)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(chǎng)及周邊因停電致使機(jī)場(chǎng)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(chǎng)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(shì)。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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)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(duì)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(huì)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(cè)量出來，除測(cè)量視在放電量外，還可測(cè)量單次放電能量、放電頻度、平均放電電流等。對(duì)實(shí)際局部放電，大都測(cè)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(duì)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(dòng)力作用；二是雷電的二次作用，即雷電流對(duì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)對(duì)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(huì)發(fā)生爆炸、扭曲、崩潰、撕裂等現(xiàn)象。
    (2)雷電流會(huì)對(duì)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(huì)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(huì)對(duì)輸配電開關(guān)柜產(chǎn)生磁感應(yīng)，會(huì)在雷擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)，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(duì)建筑物的反擊作用也會(huì)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(duì)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(cè)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(cè)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(chǎng)，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(huì)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(huì)引發(fā)火災(zāi)。
    對(duì)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)性措施：首先斷開失火開關(guān)以及上級(jí)電路，其次要在滅火結(jié)束后將開關(guān)可靠接地后方可對(duì)開關(guān)本身進(jìn)行修復(fù)性工作。否則會(huì)對(duì)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(chǎng)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(jí)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(shì)必對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成惡劣的社會(huì)影響。因此對(duì)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(duì)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)
    火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是用于盡早探測(cè)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(dòng)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(huì)，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(dòng)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(dòng)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�；馂�(zāi)探測(cè)器是組成火災(zāi)自動(dòng)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�；馂�(zāi)探測(cè)器根據(jù)探測(cè)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(duì)戶外輸配電開關(guān)柜的特點(diǎn)，可采用纜式線型感溫探測(cè)器和感煙探測(cè)器。纜式線型感溫探測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分�；馂�(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(cè)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(cè)器輸出的報(bào)警信號(hào)；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)�；馂�(zāi)報(bào)警控制器應(yīng)放置在檢測(cè)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(jí)斷路器開關(guān)會(huì)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(duì)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(dòng)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(duì)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(cè)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)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(dòng)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(duì)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(cè)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�；鹛焦転檐浶晕铮�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(chǎng)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(dòng)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(shì)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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