電壓異常故障火災(zāi)調(diào)查技術(shù)的研究

（平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)消防救援大隊，甘肅平?jīng)?744000）

0.引言

目前，我國小功率網(wǎng)絡(luò)普遍采用四線型直通式電源。由于電力不穩(wěn)定，各相負載不對稱，中性線故障等，住宅建筑物中的電力發(fā)生異常變化，有時會導(dǎo)致停電甚至火災(zāi)。由于這種火災(zāi)的特點是復(fù)雜性和隱蔽性，因此故障點與起火點往往沒有關(guān)聯(lián)；此外，電力部門往往不愿參與具體調(diào)查，只顧個人利益，因此當(dāng)公共安全部門調(diào)查此類火災(zāi)發(fā)生原因時，造成了極大的困擾。因此，由異常電氣故障引起的火災(zāi)調(diào)查已成為我國火災(zāi)調(diào)查工作中亟待解決的一個技術(shù)問題。

1.火災(zāi)案例

2009年6月，遼寧省沈陽市251棟住宅樓的房間發(fā)生火災(zāi)。在對現(xiàn)場進行檢查后，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)電視柜東側(cè)的卡拉OK機僅在西側(cè)燃燒，電視柜的上部被嚴重?zé)龤?，電視柜西?cè)房間東門框架的南側(cè)中間上方的頂部燒毀嚴重；但西側(cè)沒有明顯變化；南部房間的電視柜區(qū)域和帶有電視柜的南側(cè)的電視室都被燒毀。其余的位置上沒有明顯的炭化痕跡。電視柜南側(cè)的雙人床表面冒煙，沒有炭化痕跡：電視柜的上方被燒毀嚴重，墻壁脫落比其他部件更為嚴重；電視柜的東南方向靠在房間的東墻上，木制沙發(fā)的西北角被燒毀，其余部分的表面被煙熏，南屋的北壁和墻壁的表面明顯燒毀、炭化，通過電視可以看到V形的痕跡；存放在電視柜西側(cè)和電視柜西面板上的物品顯示出強炭光，西方程度低和頂部程度重的特征。柜底西面比較完整，東邊燒毀很嚴重，且下表面較上表面輕一點。DVD播放器機殼的頂面和電視柜中側(cè)面壁櫥的頂面比其他部件更易彎曲且變色。電視柜頂面板已完全燒毀，電視柜下方電視柜的所有物品都被燒毀。電視柜后面房間的北墻在頂部顯示燒焦的特征，在底部顯示殘骸。從底部到頂部，先是地板的碳化物，再是電視機所燒毀的殘留物，最后是電視機以及附近物品燒毀所剩下的灰燼?？梢钥隙ǖ氖牵诎l(fā)生火災(zāi)的同時，公寓中的2、3層房屋中大多數(shù)都遭受了電器的燒毀，安全設(shè)備和非常規(guī)電器的暴露，并且在A、B和C階段提供了家庭用電。

示例：房間251、252和241已從類別A啟用；B類啟用了房間243、233、231和223；C類啟用房間222；住宅樓中有2、3個單元的家庭的中性線僅通過第一個配電板上的211和352房間，房間中的中性表線連接到大面積的中性電路。進入設(shè)備的電源線和位于211和352室的出口儀表處的中性線顯示最近工作的跡象；據(jù)該建筑物的居民稱，李某和其他人證實，著火的時候，工作人員在2.3單元的配電箱上進行搶修，后來發(fā)現(xiàn)起火的原因很危險：居民區(qū)一樓接線盒中從配電箱到設(shè)備使用者的中性點被斷開，導(dǎo)致出現(xiàn)斷路的現(xiàn)象，而中性點的轉(zhuǎn)移，使得用戶的電壓產(chǎn)生升高的現(xiàn)象。事故樹法分析災(zāi)害成因示例圖1所示。

圖1 事故樹法分析災(zāi)害成因

2.分析電壓異常故障引發(fā)火災(zāi)的原因

2.1 中性線短路

為了保證第三相的電流值的輸出穩(wěn)定，由于各種原因造成的中性線短路通常會導(dǎo)致負載點停頓。在實際發(fā)生火災(zāi)過程中，當(dāng)?shù)谌嚯娏髦地撦d發(fā)生變化，中性線后縮短，負載中性點轉(zhuǎn)移至更高負載點，最終導(dǎo)致所有區(qū)域負載能力發(fā)生變化。而這種情況發(fā)生時，不僅會降低重負載下的單相功率，在嚴重一點會導(dǎo)致中性線短路且無法使用，而且有可能增加小負載下單相功率，導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞。如果此過程中的負載失衡比較大，將導(dǎo)致低功率輸出繼續(xù)上升，損壞電氣設(shè)備，并最終引起火災(zāi)[1]。

2.2 對地或?qū)χ行跃€路故障

在我國的低壓電源系統(tǒng)中，電源線與中性線的短路以及全線的短路導(dǎo)致斷電的持續(xù)發(fā)生。根據(jù)短路情況，相線會變?yōu)橹行跃€，因為它會跳過接地電阻，因此可以在變壓器的內(nèi)部阻抗和臨時電阻之間分配電壓。在正常情況下，電源變壓器的次級阻抗非常低，因此降低了總負載的6.0%。發(fā)生短路時，內(nèi)部壓力會顯著增加，但最終的增加不會超過11.0%。根據(jù)接地短路，主要分為兩種：中性點不是圓角的，而中性點是基點。其中，中性網(wǎng)絡(luò)受到中性聚焦電阻的保護，其中一相將在一天之內(nèi)縮短，而其他兩相的功率會增加，但不會到達電源線。如果周圍管道的一相稍微縮短，則相對于地面的中性點電壓也會發(fā)生很大變化[2]。

3.模擬試驗

3.1 對零線負載的短路測試

打開第三相線路的保護開關(guān)，打開每相的電氣設(shè)備，并使用示波器獲取每相的電流和電流電壓；如果類別B和類別C的負載保持不變，則串聯(lián)中的負載相應(yīng)增加，并接通每相導(dǎo)體的電氣設(shè)備；如果B、C相的負載保持不變，則A相可能會增加負載以增加熱量輸出；中性線連接，每相的電氣設(shè)備改變開度時，電流會大大降低；斷開中性線后，打開各相線中的電源時，各相線的電壓也將發(fā)生顯著變化。隨著A相負載的增加，A相燈會熄滅，而B相C相燈會變亮：隨著負載的增加，過電壓會增加；負載會增加。

3.2 單相對地短路故障測試

依次打開所有級別的安全開關(guān)，打開電器，并使用示波器測量每條線路的電能；在中性線連接過程中打開每個相線的電源插座后，相線相處于中性位置。短路會導(dǎo)致電量持續(xù)下降。由于短路的出現(xiàn)，短路外部的相線電壓會降低，并且功率增加的幅度也會顯著增加；在中性線短路之后，相應(yīng)的電氣設(shè)備會打開，短路的那一瞬間可以減少電壓，由于短路導(dǎo)致電氣設(shè)備的畸變增加到380V，這燒毀了電氣設(shè)備，最終導(dǎo)致起火。單相接地短路后，非短路強度會上升并變形，從而引起電氣物體起火和燃燒；中性線故障后，由短路引起的相線功率達到很高的水平，甚至超過380V。

4.電壓異常火災(zāi)調(diào)查策略

通過以上研究得知，由電壓異常所引起的火災(zāi)通常具有幾點因素：（1）目前比較常見的火災(zāi)，根據(jù)故障發(fā)聲位置與起火位置可以推測出，在火災(zāi)發(fā)生原因進行劃分，人為因素占很大一部分比重；（2）中性線短路后，各相的功率會有所減小或增加，并且使用電氣設(shè)備的異常情況并不少見；（3）電氣設(shè)備不良可能會出現(xiàn)在不同支路或同一支路中，從而導(dǎo)致多個組件同時燃燒；（4）一般如果是設(shè)備損壞導(dǎo)致的火災(zāi)，一般情況下，變壓器和電容器可以保證在某些情況下仍然能夠在其他組件中運行。

研究調(diào)查電壓異?；馂?zāi)的實用方法，并找出防止火災(zāi)發(fā)生的原因：（1）保證中性線的完好性與方向性，定期進行維修和保養(yǎng)；詢問火災(zāi)發(fā)生前后是否有合格的人員在維修和保養(yǎng)中心線；（2）具體分析火災(zāi)發(fā)生前后，是否存在電氣設(shè)備的異常報警，將每條線路電流電壓進行監(jiān)控，以便追溯。例如：可能無法正常使用電器，照明亮度突然增強等；（3）檢查每個相線的負載狀態(tài)，用戶配電，并統(tǒng)計每個用戶的電器狀況；（4）為了找到火源，必須立即找到所涉及的電氣設(shè)備，并立即確定這是否是原始火源。如果電氣設(shè)備是主要的火源，不光要對電氣設(shè)備進行排查，還要追溯其中控制電源是否存在問題，以免此類情況再次發(fā)生。

5.結(jié)語

隨著科技的不斷發(fā)展，火災(zāi)調(diào)查技術(shù)也在不斷更新，目前已經(jīng)可以達到準確定位火災(zāi)發(fā)生地點，追溯起火原因。未來需要在如何預(yù)防火災(zāi)，如何對整個電網(wǎng)進行電流電壓監(jiān)控，做到預(yù)警的效果，仍然有很長一段路要有。希望在未來可以讓火災(zāi)調(diào)查技術(shù)更加智能和安全。