1、戶外輸配電開關柜簡介
如圖l所示環網柜屬于輸配電開關柜的一種，經常在路邊見到的是充氣式環網柜。所謂充氣式環網柜即將高壓元件（如斷路器、隔離開關、符合開關、接地開關、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）的封閉殼體內的一種金屬封閉開關設備。
圖2所示的變壓器柜也與戶外輸配電開關柜有緊密聯系，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柜布置在一起。②戶外輸配電開關柜內裝設干變，比如在35/10 kV變電所中，10 kV所用干變可以裝在開關柜內。
輸配電網絡如發生故障導致起火，將產生大面積的停電事故，給人們的生產生活造成非常不利的影響以及巨大的經濟損失。在此將損失分為直接經濟損失和間接經濟損失兩方面。直接經濟損失，根據戶外輸配電開關柜連接的支路核定損失，一個支路成本在5萬元至十萬元，每個戶外輸配電開關柜內大多是四到六條支路。間接經濟損失更加無法估計，例如在2009年8月11日，成都雙流國際機場及周邊因停電致使機場被迫關閉3h，148個航班被延誤，近萬名旅客滯留。后來，經查連接機場的開關柜開關著火是導致供電網絡癱瘓是造成這次長達近Sh停電事故的主要原因。
從圖3上海輸配電網絡失火統計（截至到2010年8月）可看出，最近3年，由于輸配電網絡造成的火災事故成逐年上升趨勢。圖4、圖5所示為一建筑工地的10 kV環網柜發生故障導致失火的現場照片。
2、戶外輸配電開關柜起火原因分析
經事故調查，研究分析后認為戶外輸配電開關柜失火的主要原因大多是柜內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柜失火的因素之一。
2.1 內部絕緣件局部放電
中、高壓電氣設備的絕緣部件，在工廠的制造中很難做到十分純凈和致密。絕緣內部容易含有小的氣泡和氣隙，在運輸和運行中，也將受到機械的冷、熱或化學的作用，使絕緣中產生氣泡和裂縫。由于氣泡（空氣）的介電常數比固體、液體小，這樣氣泡中的電場強度相對較大，且氣泡的耐電強度又較低，所以氣泡和氣隙的放電是產生絕緣內部局部放電的主要原因。
由于局部放電發生在分散的、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備的短時絕緣強度。但是在長期工作電壓的作用下，由于局部放電時要產生臭氧、氧化氮等活性物質，使固體絕緣腐蝕、老化。這些日積月累的不良效應，最后將導致電氣設備絕緣的擊穿，這就是人們常說的電化學擊穿。對于電氣設備，正常情況下壽命一般應在20年以上，而如果絕緣件有局部放電現象發生，在運行1/2 ~1年內便會出現失火故障。
局部放電的視在放電量可用試驗的方法測量出來，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柜上發生熱效應作用和電動力作用；二是雷電的二次作用，即雷電流對戶外輸配電開關柜產生的靜電感應和電磁感應。雷電的具體危害表現如下：
(1)雷電流高壓效應會產生高達數萬伏甚至數十萬伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設備，足以擊穿絕緣使設備發生短路，導致燃燒、爆炸等直接災害。雷電流高熱效應會放出幾十至上千安的強大電流，并產生大量熱能，在雷擊點的熱量會很高，可導致輸配電開關柜外部金屬殼體熔化，引發火災和爆炸。雷電流會對輸配電開關柜產生機械效應，主要表現為被雷擊設備會發生爆炸、扭曲、崩潰、撕裂等現象。
(2)雷電流會對輸配電開關柜產生靜電感應，可使被擊物設備感生出與雷電性質相反的大量電荷，當雷電消失來不及流散時，即會產生很高電壓發生放電現象從而導致火災。雷電流電會對輸配電開關柜產生磁感應，會在雷擊點周圍產生強大的交變電磁場，其感生出的電流可引起設備局部過熱而導致火災。
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致火災。
3、防范措施與解決方案
3.1提升產品質量
根據起火原因分析可知，局部放電和雷電是造成戶外輸配電開關發生火災事故的主要原因，因此對于戶外輸配電開關柜制造商來說，如何提高產品絕緣性能以及抗雷電沖擊的能力是防止火災發生的關鍵因素。
為能夠及時發現絕緣部件的絕緣缺陷，工廠質檢人員應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，并應該加強絕緣部件的局部放電的檢測力度和提高產品出廠檢驗參數來及早發現絕緣部件的產品質量問題，當然選擇優秀的供應商也是非常重要的因素。在戶外輸配電開關柜安裝現場，與開關柜連接的電纜制作也是非常關鍵的，必須嚴格執行電纜頭制作流程，由專業人員制作，一旦電纜接頭內部混入雜質、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，造成局部放電現象，長期運行必然會引發火災。
對于產品抗雷電沖擊能力，除提高產品本身抗雷電沖擊能力之外，還可在戶外輸配電開關柜上裝設避雷裝置。即利用避雷裝置將雷電流引入大地而消失。
3.2進行防火設計
在輸配電開關柜出現故障失火時，由于高壓輸配電，危險性很高，需要在第一時間內通報電力公司，由專業技術人員對現場進行修復性措施：首先斷開失火開關以及上級電路，其次要在滅火結束后將開關可靠接地后方可對開關本身進行修復性工作。否則會對搶修人員、消防人員的人身安全造成極大危險，嚴重者可直接造成現場人員觸電身亡等生產事故發生。
目前戶外輸配電開關柜主要由外殼體和內部開關組成，由于沒有相應的防火設計，一旦失火，只能在上級電路跳閘斷開后，其自然燃燒結束或待人員發現后通知消防等相關部門展開滅火工作，不能快速遏制火情，有效恢復電網運行，勢必對整個電網的正常運行造成惡劣的社會影響。因此對于戶外輸配電開關柜如何進行消防設計，是急需展開的一項非常重要的工作，筆者認為，對戶外輸配電開關柜的消防設計要采取一定的技術措施，戶外輸配電開關柜的消防設計可分為報警系統、滅火系統：
3.2.1火災自動報警系統
火災自動報警系統是用于盡早探測初期火災并發出警報，以便采取相應措施（例如疏散人員、報警、啟動滅火系統等）的系統。
(1)集中報警系統。由于戶外輸配電開關柜相互之間構成環網結構，因此可將戶外輸配電開關柜依據構成環網的原則，組成一個環網結構的開關柜歸為一個區域報警系統。集中報警控制系統可設置在區域變電所內，如目前正在上海舉辦的世博會，世博園園內各個開關柜的報警信息可匯集到園內中心控制室。集中報警系統加上消防聯動控制設備就構成了控制中心報警系統，控制中心報警系統的設立可實現消防的高度自動化，極大的提高了發生火災的應變能力。
(2)報警系統的組成部分。火災探測器是組成火災自動報警系統的重要組件，是系統的感覺器官，其作用是監視被保護區域有無火災發生。火災探測器根據探測火災參數的不同，可劃分為感煙、感溫、感光、火焰、氣體和復合式。針對戶外輸配電開關柜的特點，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柜內部的電纜室內，纏繞在電纜及其附件上，當電纜室內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，感溫探測器可在電纜因局部放電導致燃燒前及時將報警信息反饋到控制中心報警系統，從而避免起火事故的發生。感煙探測器可設置在開關柜外殼體內部頂端與開關箱體的上部之間，當開關柜發生起火事故時，感煙探測器也可將報警信息反饋到控制中心。
此外，火災報警控制器也是火災自動報警系統的重要組成部分。火災報警控制器擔負著為火災報警提供穩定的工作電源；監視探測器及系統自身的工作狀態；接受、轉換、處理火災探測器輸出的報警信號；進行聲光報警；指示報警的具體部位及時間，同時執行相應輔助控制等任務。火災報警控制器應放置在檢測戶外輸配電開關柜的中心控制室內。
3.2.2滅火系統
輸配電開關柜在發生故障引起火災時，如果此開關是斷路器開關，它可本身跳閘切斷電路，若是負荷開關，其上級斷路器開關會跳閘來切斷其電流回路，從而控制火災事故的進一步擴大。但目前戶外輸配電開關柜在發生火災時，并沒有滅火系統，滅火系統引入戶外輸配電開關柜，對于發生火災時有效控制火情、減小火災損失、減小開關柜失火成災負面影響等都是非常必要的。目前消防系統中的滅火系統主要有水噴霧滅火系統、氣體滅火系統、移動式滅火系統等形式。
參考目前日趨普及的無人變電站、變電所采用的滅火系統，筆者認為戶外輸配電開關柜可采用氣體滅火系統。筆者在此對氣體滅火系統所采用的滅火劑進行歸類。有七氟丙烷、煙烙盡、氣溶膠、二氧化碳等幾種類型，具體性能參數如表1所示。
氣體滅火系統的氣體保存容器可放在戶外輸配電開關柜外殼體與內部開關之間，當探測器發出報警信號時，氣體滅火系統可及時在開關柜內實施滅火措施。
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已久的對電器設備、控制箱、配電板等易發生火患的空間的防火問題。在國內已廣泛應用于電廠、通訊、廣電、石化、鐵路等系統。
這種裝置最突出優點是報警滅火合一，探測反應時間快，迅速將火患撲滅在萌芽狀態，有效降低火災帶來的經濟損失。火探管為軟性物，不受任何位置的影響，可伸進各種窄小和復雜易燃空間或設備中，該特點彌補了現有消防產品不能撲滅此類火源的缺陷。最適合無人值守而需重點保護的設備和場所。設計簡單，安裝簡便，不占用戶的有限空間，無需另外設置氣瓶間。隨著各大城市建設的腳步日漸加快，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
目前國內的戶外輸配電開關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或操作比較簡單，可將其置于地面以下，只是目前這個數量非常的少，如圖6所示。戶外輸配電開關柜置于地面下，進行防火分隔和堵漏后，即使發生失火事故，四周的坑壁也能有效的達到阻止火勢進一步擴大的效果，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，使環境更加協調美觀，這必將成為今后我國戶外輸配電開關柜一個非常適用的發展方向。
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