智能電能表在火災事故調查中的運用研究

陸金科

摘要：電氣火災是電氣線路保護裝置失效導致電氣故障失去控制而發(fā)生的火災。其最終表現形式有可能為短路形式。智能電能表及其后臺電力采集系統(tǒng)能夠儲存、查詢一定時間段內某個終端的電壓、電流、有功、電能、功率等數據，在電氣火災中，這些數據記錄著電氣火災完整的發(fā)生、發(fā)展、結束過程。如何正確勘驗智能電能表，調取并了解其后臺數據，分析不同電氣火災情景下智能電能表數據變化模型是研究和論述的重點。發(fā)揮好智能電能表在火災事故調查中的運用，將對明確火災事故調查方向、查清電氣火災事故真正原因起到關鍵作用。

關鍵詞：火災事故；原因調查；智能電能表；電氣故障

中圖分類號：D631.6? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）03-0103-04

據中國消防救援網公布的火災數據年鑒顯示，近年來我國每年約有30%的火災是由電氣原因引起，而電氣線路故障又分為短路、線路過載、接觸不良、漏電等具體情況。如能及時獲取、掌握、分析、運用智能電能表“背后”的數據，將對火災事故調查的事故定性、起火部位查找、具體原因認定起到至關重要的作用。

1 智能電能表概述及數據釋義

1.1? 智能電能表的發(fā)展歷程及技術特點

電能表又稱電度表、火表，用于電能計量。1894年，上海安裝了12個英國進口的機械電能表，其在我國的發(fā)展歷程已經超過百年，目前我國已全面進入了智能電能表時代。智能電能表除具有傳統(tǒng)電能表的測量、校準、本地記錄和顯示等功能外，其安裝信號采集器可通過紅外、微波、公共網絡傳輸等通信技術實現遠端后臺服務器與終端智能電能表之間的遠程數據傳輸和交互控制，達到信息集成、分析優(yōu)化和信息展現等基礎功能，使得運營商能存儲、分析、推送用戶的用電情況，并根據異常數據對終端電能表實現緊急預警、遠程斷電等功能。所謂智能，其實體現在遠程數據傳輸和交互控制方面。隨著通信技術及電腦芯片技術的發(fā)展，目前我國的智能電能表通信技術已進入4G、5G時代，終端采集的信號種類更加豐富、后臺電力采集系統(tǒng)已實現大數據分析與某些用電領域的精準預警、控制等功能。

1.2? 智能電能表數據釋義

后臺電力采集系統(tǒng)通過智能電能表內安裝的數據采集模塊采集的智能電能表各項終端用電數據（全文簡稱智能電能表數據），是本文分析的重點，下面對該數據進行分項釋義。

1.2.1? 基礎信息

包括用戶名、資產編號、用戶編號、供電單位等。

1.2.2? 記錄時間

供電單位后臺接收到智能電能表反饋用電數據的時間點。目前的智能電能表基本為第一代產品，使用GPRS網絡進行數據傳輸，受其傳輸速度（40～100kbps）及計量收費的影響，大部分供電單位選擇“呼吸式”數據交互模式，后臺服務器每隔數分鐘會“喚醒”智能電能表并記錄一次智能電能表傳回的即時用電數據，接收該數據的時間即為記錄時間。

1.2.3? 各相電壓和電流

電壓與電流通常用U、I表示。常見電能表中，單相電A相即火線的電壓和電流數值、零線的電壓和電流數值；三相電中A、B、C各相相對于零線電壓和電流數值、零線的電壓和電流數值。按照GB12325—2008《電能質量供電電壓允許偏差》規(guī)定，家用單相電的標準電壓是220V，允許偏差為+7%、-1%；一般商用三相電的任意兩根火線的標準電壓是380V，相對零線的標準電壓是220 V，允許偏差為±10%。

1.2.4? 正向有功總電能

即電網向用戶輸送的總電能，單位是kW·h。

1.2.5? 功率因數

功率因數（部分電力公司后臺系統(tǒng)表顯示為總功率因數）是指交流電路有功功率對視在功率的比值。功率因數大，說明電路中用戶電氣設備做功效益好。常用cosφ表示。

計算公式：cosφ=P/S=P/

其中：P表示有功功率。計算公式： P=UIcosφ （表示交流電路中實際吸收的功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率，單位為kW）。

S表示視在功率。計算公式：S=UI （在具有電阻和電抗的電路內，電壓與電流的乘積叫視在功率，單位為kVA）。

Q表示無功功率。計算公式Q=UIsinφ。（在具有電感或電容的電路里，電感或電容與電源交換能量的振幅值叫做無功功率，以字母Q表示，單位kvar）。

1.2.6? 瞬時有功

即有功功率（部分電力公司后臺系統(tǒng)表顯示為總瞬時有功）。

2 智能電能表數據的獲取掌握

因智能電能表數據記錄著視頻監(jiān)控看不到的電流、電壓等數據，對火災事故調查的事故定性、起火部位查找、原因認定均可能起到重大作用，獲取掌握智能電能表數據的重要程度不亞于對火災事故現場視頻監(jiān)控的勘驗。由于現行GA839—2009《火災現場勘驗規(guī)則》未明確對相關數據的勘驗規(guī)則，下面將論述在實際工作中，如何對智能電能表數據進行勘驗，為火災事故調查的科學性、公正性、權威性奠定基礎。

2.1? 對其進行現場保護

火災事故撲救初期，供電部門搶險人員往往會第一時間對智能電能表進行現場斷線斷電甚至將智能電能表拆走扣留，給后續(xù)火災事故調查工作帶來困難。故而火災事故撲救人員及調查人員應樹立起保護智能電能表及其連接電氣線路是現場保護的重要內容的思想意識，第一時間在智能電能表處張貼現場保護告知單，通知相關人員注意對智能電能表的保護，在數據獲取前，派專人予以監(jiān)護，對供電部門為保證火災事故現場安全而采取的正常的斷電方式予以允許，對隨意剪斷線路或其他方式斷開電氣線路與智能電能表連接導致原始電氣線路接線方式無法辨識或恢復的破壞性斷電方式予以勸解或阻止，同時也要保護智能電能表不被其他人員或部門帶走，導致火災事故調查工作受阻。

2.2? 勘驗電氣線路布置情況

勘驗電氣線路布置情況應準備：原電氣線路設計圖或施工圖、萬用電能表、老虎鉗、物證袋、現場作圖工具、激光測距儀、執(zhí)法記錄儀等現場測量工具，并將相關電工、當事人邀至現場，對其進行現場詢問，讓其見證勘驗經過[1]。

勘驗電氣線路布置情況，應按照先整體后局部、先重點后一般、先觀察后動手的原則，根據原電氣線路設計圖或施工圖、現場布置、當事人詢問、萬能表等儀器測量通、斷路情況等方式，制作火災事故現場電氣線路布置圖、電氣線路系統(tǒng)圖或原理圖等，還原火災事故現場智能電能表及其連接電氣線路的原始布置情況。

2.3? 勘驗智能電能表注意事項

2.3.1? 勘驗記錄和照相

勘驗中，應對智能電能表的型號、資產編號（條形碼及下方數字或英文+數字組合）、用戶編號（用戶用電檔案編號，15～16位數字組成）、導線連接狀態(tài)第一時間進行拍照固定，對其連接導線被斷開的，應對斷開形式（連接螺栓處松開、連接導向被剪斷、火勢燒斷、部分連接導向不明去向等）予以拍照固定，并在勘驗筆錄細項勘驗中記載[2]。

2.3.2? 調取后臺數據情況

根據智能電能表資產編號或用戶編號，及時向用電部門調取相應智能電能表的后臺（電力采集系統(tǒng)）用電數據記錄，其數據應包含用戶基礎信息、記錄時間，瞬時有功、各相電壓和電流、零線電壓和電流、總功率因素、正向有功功率、反向有功功率等信息，時間范圍應為報警時間前6～8h。數據提取時還應對記錄時間對照北京時間進行校準。

2.3.3? 智能電能表的提取和保存

對未能及時獲取用電部門后臺數據等情況，需對智能電能表進行提取的，可根據需要及《火災現場勘驗規(guī)則》等相關程序規(guī)定，對智能電能表進行先行登記保存或火災痕跡、物證提取。需要注意的是，根據相關法律法規(guī)規(guī)定，智能電能表及其表前導線、設備產權屬于供電部門所有，故提取、保存智能電能表的對象當事人應為當地供電部門的法定代表人或受其委托人員。

3 電氣火災中智能電能表的運用

掌握、分析智能電能表及其后臺數據后，應對其數據情況進行初步判斷，對于電流、電壓出現突然增大或減小及一段時間內明顯異于正常值的情況，可初判為電氣火災或與之相關，為后續(xù)火災事故調查指明方向[3]。下面針對四種常見電氣火災類型，對智能電能表可能記錄的數據情況進行分析。

3.1? 短路

短路火災是由于短路時電路電阻突然減少，電流陡然增大，瞬間發(fā)熱量大大超過了電路正常工作時的發(fā)熱量，并易在短路點產生強烈的火花和電弧，不僅能使絕緣層迅速燃燒，而且能使金屬熔化，引燃附近的易燃、可燃物，造成火災。

短路引發(fā)的火災中，智能電能表數據的特征為：各相電流陡然增加，電流讀數為平時正常值的數倍，瞬時有功陡然上升，且持續(xù)時間較短，一般在電力公司后臺系統(tǒng)只能查詢到一個電流量峰值甚至因GPRS數據包發(fā)送間隔時間較長的問題，導致短路發(fā)生時異常電流數據未能被數據采集到。短路發(fā)生后，空氣開關往往能被觸發(fā)斷電保護，因電路電阻無限大，智能電能表數據的總功率因數為1。

其數據表現形式是：線路短路之前數據無明顯變化和異?！€路短路的同時電流指數成倍上升，瞬時有功上升（短路的同時因線路過熱或電弧、電火花引燃周邊可燃物從而引發(fā)火災）→斷路器動作→電流、電壓等數據為0，總功率因數為1。

3.2? 電氣線路過載

當導線過載時，加快了導線絕緣層老化變質。當嚴重過負荷時，導線的溫度會不斷升高，上升的導線溫度又會加大導線自身電阻，從而使得導線溫度不斷升高，直至引起導線的絕緣層發(fā)生燃燒或引燃導線附近的可燃物，造成火災發(fā)生[4]。

電氣線路過載引發(fā)的火災中，智能電能表數據特征為：過載初起，因電路溫度稍高于周邊環(huán)境溫度，電流數值增大后變化不明顯，過載后期至電路絕緣層或周邊可燃物受熱起火前，因導線溫度上升至一定溫度后，根據物理學原理：導體溫度越高，電子無序運動越強，對有規(guī)律的電流運動阻礙越大，即電阻越大，從而根據I=U/R，得出電流數值有變小情形[5]?；馂陌l(fā)生后，因絕緣層破壞從而導致發(fā)生短路，電路電流數值陡然增加，瞬時有功陡然上升，最后因電路電阻無限大，智能電能表數據的總功率因數為1。

其數據表現形式是：電流數值高于平時并超過導線承載能力（線路過載）→線路發(fā)熱（過載一定時間后）→電流數值降低（持續(xù)一段時間后，線路絕緣層部分破損，此時可引發(fā)火災）→短路，電流指數成倍上升，瞬時有功上升（此時可引發(fā)火災）→斷路器動作→電流、電壓等數據為0，總功率因數為1。

3.3? 電氣線路接觸不良

如果線纜接頭接觸不良，如線路接插部位等接點處相接不實、發(fā)生氧化銹蝕等情況，將造成接觸部位的局部電阻過大，電流通過時就會在此處產生大量的熱，形成高溫或電壓擊穿空氣產生電弧，從而引發(fā)火災。

電氣線路接觸不良引發(fā)的火災中，智能電能表數據特征為：因電路電阻增大，用電設備功率不變，導致電路電流未明顯變化，而電路接觸不良處因局部電阻變大，發(fā)熱加劇，導致電路電阻進一步增大并產生蓄熱，導致電路有功功率呈線性上升。因電路接觸不良處，電熱與電阻形成不良循環(huán)，最終導致形成高溫或電壓擊穿空氣產生電弧的情況，從而可能引發(fā)火災。之后因絕緣層破壞而導致發(fā)生短路，電路電流數值陡然增加，瞬時有功陡然上升，最后因電路電阻無限大，智能電能表數據的總功率因數為1。

其數據表現形式是：電流數值處于平時正常數值（局部過載發(fā)熱）→有功功率上升（接觸不良處蓄熱，一定時間后可引發(fā)火災）→電流數值變化較小或因打開大功率電器而大幅增加（接觸不良處電路絕緣層受熱破損或因大電流產生電弧、火花，此時可引發(fā)火災）→短路，電流指數倍上升，瞬時有功上升（此時可引發(fā)火災）→斷路器動作→電流、電壓等數據為0，總功率因數為1。

3.4? 漏電

當漏電發(fā)生時，漏泄的電流在流入大地途中，如遇電阻較大的部位時，會產生局部高溫，致使附近的可燃物著火，從而引起火災。此外，在漏電點產生的漏電火花同樣也會引起火災。

根據基爾霍夫定律：∑I（流入）=∑I（流出），∑U=0，假如電路有漏電且有人（物）接觸到它與地面形成回路，它會在故障位置產生分流導致∑I（流入）≠∑I（流出），∑U≠0，從而被智能電能表檢測到，也就是當智能電能表數據中火線電流數之和或電壓之和不等于零線電流數或電壓，且兩者相差數值的乘積大小達到一定功率時，可以推斷電氣線路可能存在漏電現象且其足以導致電路絕緣層破壞（有可能引燃周邊可燃物）。之后，線路發(fā)生短路，電路電流數值陡然增加，瞬時有功陡然上升，最后因電路電阻無限大，智能電能表數據的總功率因數為1。

其數據表現形式是：各相∑I（流入）≠∑I（流出），∑U≠0（持續(xù)一定時間后可引發(fā)火災）→短路，電流指數倍上升，瞬時有功上升（此時可引發(fā)火災）→斷路器動作→電流、電壓等數據為0，總功率因數為1。

4 不足與建議

因技術迭代等原因，智能電能表在火災事故調查中的運用仍有許多需要改進的方面，如：①目前智能電能表數據采集模塊數據采集的時間普遍為15 min/次，與電氣火災發(fā)展速度快、異常波動持續(xù)時間短的特點相矛盾，重要數據難以被完全采集，甚至被忽略。下一步建議電力部門縮小數據采集間隔，可以采取在終端安裝數據儲存卡實時儲存電力數據的形式，彌補這一不足。②目前智能電能表后臺系統(tǒng)已經運用大數據分析的方式，測算終端客戶用電習慣，判斷用電異常情況等，對一些長時間、突發(fā)性大功率耗電的情況會通過電話、信息等方式進行推送、告知。但是目前對于電氣火災的數據模型還未有效建立和應用，更難以達到提前發(fā)現、提前通知、提前干預等。建議相關部門把智慧用電與智慧消防結合起來，運用大數據技術，分析不同電氣火災發(fā)生前電路的數據變化特征，建立相應的數據模型，形成相應的算法，達到預防、化解電氣火災的目的。

參考文獻：

[1]陳承.電氣火災調查智能電能表的應用探討[J].低碳世界，2020，10（12）：225-226.

[2]溫磊強.智能電能表技術及其運行管理方案研究[J].電力系統(tǒng)裝備，2021（13）：177-178.

[3]董淑量，郭偉軍.關于智能電能表在電氣火災調查中的應用與思考[J].消防技術與產品信息，2017（6）：56-58+36.

[4]董淑量，郭偉軍.智能電能表在電氣火災調查中的應用與思考[J].消防科學與技術，2017，36（2）：284-286.

[5]陳承.電氣火災調查智能電能表的應用探討[J].低碳世界，2020（12）：225-226.

Research on the application of intelligent

electric energy meter in fire accident investigation

Lu Jinke

（Daxie Fire and Rescue Section of Ningbo， Zhejiang Ningbo 315812）

Abstract：Electrical fire is a fire that occurs when the electrical fault is out of control due to the failure of the electrical line protection device. Its final manifestation may be in the form of a short circuit. The intelligent electric energy meter and its background power acquisition system can store and query the voltage， current， active power， electric energy， power and other data of a certain terminal within a certain period of time. In an electrical fire， the data records the complete occurrence， development and termination of an electrical fire. How to correctly inspect the intelligent electric energy meter， retrieve and understand its background data， and analyze the data change model of the intelligent electric energy meter under different electric fire scenarios is the focus of research and discussion. Giving full play to the application of intelligent electric energy meters in fire accident investigation will play a key role in clarifying the direction of fire accident investigation and finding out the real cause of electric fire accidents.

Keywords：fire accident; cause investigation; intelligent electric energy meter; electrical fault