1、户外输配电开关柜简介
如图l所示环网柜属于输配电开关柜的一种，经常在路边见到的是充气式环网柜。所谓充气式环网柜即将高压元件（如断路器、隔离开关、符合开关、接地开关、互感器、母线等等）密封在充有较低压力的压缩气体（如压缩空气、SF6、Nz等等）的封闭壳体内的一种金属封闭开关设备。
图2所示的变压器柜也与户外输配电开关柜有紧密联系，变压器柜有两种型式：①干变带外壳，可以和户外输配电开关柜布置在一起。②户外输配电开关柜内装设干变，比如在35/10 kV变电所中，10 kV所用干变可以装在开关柜内。
输配电网络如发生故障导致起火，将产生大面积的停电事故，给人们的生产生活造成非常不利的影响以及巨大的经济损失。在此将损失分为直接经济损失和间接经济损失两方面。直接经济损失，根据户外输配电开关柜连接的支路核定损失，一个支路成本在5万元至十万元，每个户外输配电开关柜内大多是四到六条支路。间接经济损失更加无法估计，例如在2009年8月11日，成都双流国际机场及周边因停电致使机场被迫关闭3h，148个航班被延误，近万名旅客滞留。后来，经查连接机场的开关柜开关着火是导致供电网络瘫痪是造成这次长达近Sh停电事故的主要原因。
从图3上海输配电网络失火统计（截至到2010年8月）可看出，最近3年，由于输配电网络造成的火灾事故成逐年上升趋势。图4、图5所示为一建筑工地的10 kV环网柜发生故障导致失火的现场照片。
2、户外输配电开关柜起火原因分析
经事故调查，研究分析后认为户外输配电开关柜失火的主要原因大多是柜内绝缘件局部放电造成的，外部雷电冲击也是造成户外输配电开关柜失火的因素之一。
2.1 内部绝缘件局部放电
中、高压电气设备的绝缘部件，在工厂的制造中很难做到十分纯净和致密。绝缘内部容易含有小的气泡和气隙，在运输和运行中，也将受到机械的冷、热或化学的作用，使绝缘中产生气泡和裂缝。由于气泡（空气）的介电常数比固体、液体小，这样气泡中的电场强度相对较大，且气泡的耐电强度又较低，所以气泡和气隙的放电是产生绝缘内部局部放电的主要原因。
由于局部放电发生在分散的、占空间极小的液体、固体绝缘包围的空间，且能量也很小，故局部放电基本不影响电气设备的短时绝缘强度。但是在长期工作电压的作用下，由于局部放电时要产生臭氧、氧化氮等活性物质，使固体绝缘腐蚀、老化。这些日积月累的不良效应，最后将导致电气设备绝缘的击穿，这就是人们常说的电化学击穿。对于电气设备，正常情况下寿命一般应在20年以上，而如果绝缘件有局部放电现象发生，在运行1/2 ~1年内便会出现失火故障。
局部放电的视在放电量可用试验的方法测量出来，除测量视在放电量外，还可测量单次放电能量、放电频度、平均放电电流等。对实际局部放电，大都测量局部放电的起始放电电压、熄灭电压和视在放电量。
2.2雷电冲击
雷电对户外输配电开关柜的危害非常大，一般分为两类：一是雷直接击在户外输配电开关柜上发生热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流对户外输配电开关柜产生的静电感应和电磁感应。雷电的具体危害表现如下：
(1)雷电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。雷电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，并产生大量热能，在雷击点的热量会很高，可导致输配电开关柜外部金属壳体熔化，引发火灾和爆炸。雷电流会对输配电开关柜产生机械效应，主要表现为被雷击设备会发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象。
(2)雷电流会对输配电开关柜产生静电感应，可使被击物设备感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。雷电流电会对输配电开关柜产生磁感应，会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起设备局部过热而导致火灾。
雷电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路断路而燃烧导致火灾。
3、防范措施与解决方案
3.1提升产品质量
根据起火原因分析可知，局部放电和雷电是造成户外输配电开关发生火灾事故的主要原因，因此对于户外输配电开关柜制造商来说，如何提高产品绝缘性能以及抗雷电冲击的能力是防止火灾发生的关键因素。
为能够及时发现绝缘部件的绝缘缺陷，工厂质检人员应充分理解绝缘部件的局部放电原理，以及如何检测局部放电的方法，并应该加强绝缘部件的局部放电的检测力度和提高产品出厂检验参数来及早发现绝缘部件的产品质量问题，当然选择优秀的供应商也是非常重要的因素。在户外输配电开关柜安装现场，与开关柜连接的电缆制作也是非常关键的，必须严格执行电缆头制作流程，由专业人员制作，一旦电缆接头内部混入杂质、气体或没有按安装尺寸制作，都会引起电缆接头绝缘能力下降，造成局部放电现象，长期运行必然会引发火灾。
对于产品抗雷电冲击能力，除提高产品本身抗雷电冲击能力之外，还可在户外输配电开关柜上装设避雷装置。即利用避雷装置将雷电流引入大地而消失。
3.2进行防火设计
在输配电开关柜出现故障失火时，由于高压输配电，危险性很高，需要在第一时间内通报电力公司，由专业技术人员对现场进行修复性措施：首先断开失火开关以及上级电路，其次要在灭火结束后将开关可靠接地后方可对开关本身进行修复性工作。否则会对抢修人员、消防人员的人身安全造成极大危险，严重者可直接造成现场人员触电身亡等生产事故发生。
目前户外输配电开关柜主要由外壳体和内部开关组成，由于没有相应的防火设计，一旦失火，只能在上级电路跳闸断开后，其自然燃烧结束或待人员发现后通知消防等相关部门展开灭火工作，不能快速遏制火情，有效恢复电网运行，势必对整个电网的正常运行造成恶劣的社会影响。因此对于户外输配电开关柜如何进行消防设计，是急需展开的一项非常重要的工作，笔者认为，对户外输配电开关柜的消防设计要采取一定的技术措施，户外输配电开关柜的消防设计可分为报警系统、灭火系统：
3.2.1火灾自动报警系统
火灾自动报警系统是用于尽早探测初期火灾并发出警报，以便采取相应措施（例如疏散人员、报警、启动灭火系统等）的系统。
(1)集中报警系统。由于户外输配电开关柜相互之间构成环网结构，因此可将户外输配电开关柜依据构成环网的原则，组成一个环网结构的开关柜归为一个区域报警系统。集中报警控制系统可设置在区域变电所内，如目前正在上海举办的世博会，世博园园内各个开关柜的报警信息可汇集到园内中心控制室。集中报警系统加上消防联动控制设备就构成了控制中心报警系统，控制中心报警系统的设立可实现消防的高度自动化，极大的提高了发生火灾的应变能力。
(2)报警系统的组成部分。火灾探测器是组成火灾自动报警系统的重要组件，是系统的感觉器官，其作用是监视被保护区域有无火灾发生。火灾探测器根据探测火灾参数的不同，可划分为感烟、感温、感光、火焰、气体和复合式。针对户外输配电开关柜的特点，可采用缆式线型感温探测器和感烟探测器。缆式线型感温探测器可放置在开关柜内部的电缆室内，缠绕在电缆及其附件上，当电缆室内的电缆及其附件因局部放电，致使电缆及其附件温度升高时，感温探测器可在电缆因局部放电导致燃烧前及时将报警信息反馈到控制中心报警系统，从而避免起火事故的发生。感烟探测器可设置在开关柜外壳体内部顶端与开关箱体的上部之间，当开关柜发生起火事故时，感烟探测器也可将报警信息反馈到控制中心。
此外，火灾报警控制器也是火灾自动报警系统的重要组成部分。火灾报警控制器担负着为火灾报警提供稳定的工作电源；监视探测器及系统自身的工作状态；接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号；进行声光报警；指示报警的具体部位及时间，同时执行相应辅助控制等任务。火灾报警控制器应放置在检测户外输配电开关柜的中心控制室内。
3.2.2灭火系统
输配电开关柜在发生故障引起火灾时，如果此开关是断路器开关，它可本身跳闸切断电路，若是负荷开关，其上级断路器开关会跳闸来切断其电流回路，从而控制火灾事故的进一步扩大。但目前户外输配电开关柜在发生火灾时，并没有灭火系统，灭火系统引入户外输配电开关柜，对于发生火灾时有效控制火情、减小火灾损失、减小开关柜失火成灾负面影响等都是非常必要的。目前消防系统中的灭火系统主要有水喷雾灭火系统、气体灭火系统、移动式灭火系统等形式。
参考目前日趋普及的无人变电站、变电所采用的灭火系统，笔者认为户外输配电开关柜可采用气体灭火系统。笔者在此对气体灭火系统所采用的灭火剂进行归类。有七氟丙烷、烟烙尽、气溶胶、二氧化碳等几种类型，具体性能参数如表1所示。
气体灭火系统的气体保存容器可放在户外输配电开关柜外壳体与内部开关之间，当探测器发出报警信号时，气体灭火系统可及时在开关柜内实施灭火措施。
3.2.3 火探( FIREDETECT)管式自动探火灭火装置
作为一种新型探火灭火装置，火探装置解决了困扰消防行业已久的对电器设备、控制箱、配电板等易发生火患的空间的防火问题。在国内已广泛应用于电厂、通讯、广电、石化、铁路等系统。
这种装置最突出优点是报警灭火合一，探测反应时间快，迅速将火患扑灭在萌芽状态，有效降低火灾带来的经济损失。火探管为软性物，不受任何位置的影响，可伸进各种窄小和复杂易燃空间或设备中，该特点弥补了现有消防产品不能扑灭此类火源的缺陷。最适合无人值守而需重点保护的设备和场所。设计简单，安装简便，不占用户的有限空间，无需另外设置气瓶间。随着各大城市建设的脚步日渐加快，自动探火灭火装置将成为防火安全工作的新宠。
3.3采取防火隔离措施
目前国内的户外输配电开关柜大多置于地面以上，很多简单的电缆分支箱因不需要操作开关或操作比较简单，可将其置于地面以下，只是目前这个数量非常的少，如图6所示。户外输配电开关柜置于地面下，进行防火分隔和堵漏后，即使发生失火事故，四周的坑壁也能有效的达到阻止火势进一步扩大的效果，使得防火安全性能大大提高。
如图6，将户外输配电开关柜置于地下，虽然增加了工程初期的安装成本，但其大大提高了消防安全性能，并不占用地面上空间，使环境更加协调美观，这必将成为今后我国户外输配电开关柜一个非常适用的发展方向。
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