电压异常故障火灾调查技术的研究

（平凉市崆峒区消防救援大队，甘肃平凉 744000）

0.引言

目前，我国小功率网络普遍采用四线型直通式电源。由于电力不稳定，各相负载不对称，中性线故障等，住宅建筑物中的电力发生异常变化，有时会导致停电甚至火灾。由于这种火灾的特点是复杂性和隐蔽性，因此故障点与起火点往往没有关联；此外，电力部门往往不愿参与具体调查，只顾个人利益，因此当公共安全部门调查此类火灾发生原因时，造成了极大的困扰。因此，由异常电气故障引起的火灾调查已成为我国火灾调查工作中亟待解决的一个技术问题。

1.火灾案例

2009年6月，辽宁省沈阳市251栋住宅楼的房间发生火灾。在对现场进行检查后，发现室内电视柜东侧的卡拉OK机仅在西侧燃烧，电视柜的上部被严重烧毁，电视柜西侧房间东门框架的南侧中间上方的顶部烧毁严重；但西侧没有明显变化；南部房间的电视柜区域和带有电视柜的南侧的电视室都被烧毁。其余的位置上没有明显的炭化痕迹。电视柜南侧的双人床表面冒烟，没有炭化痕迹：电视柜的上方被烧毁严重，墙壁脱落比其他部件更为严重；电视柜的东南方向靠在房间的东墙上，木制沙发的西北角被烧毁，其余部分的表面被烟熏，南屋的北壁和墙壁的表面明显烧毁、炭化，通过电视可以看到V形的痕迹；存放在电视柜西侧和电视柜西面板上的物品显示出强炭光，西方程度低和顶部程度重的特征。柜底西面比较完整，东边烧毁很严重，且下表面较上表面轻一点。DVD播放器机壳的顶面和电视柜中侧面壁橱的顶面比其他部件更易弯曲且变色。电视柜顶面板已完全烧毁，电视柜下方电视柜的所有物品都被烧毁。电视柜后面房间的北墙在顶部显示烧焦的特征，在底部显示残骸。从底部到顶部，先是地板的碳化物，再是电视机所烧毁的残留物，最后是电视机以及附近物品烧毁所剩下的灰烬。可以肯定的是，在发生火灾的同时，公寓中的2、3层房屋中大多数都遭受了电器的烧毁，安全设备和非常规电器的暴露，并且在A、B和C阶段提供了家庭用电。

示例：房间251、252和241已从类别A启用；B类启用了房间243、233、231和223；C类启用房间222；住宅楼中有2、3个单元的家庭的中性线仅通过第一个配电板上的211和352房间，房间中的中性表线连接到大面积的中性电路。进入设备的电源线和位于211和352室的出口仪表处的中性线显示最近工作的迹象；据该建筑物的居民称，李某和其他人证实，着火的时候，工作人员在2.3单元的配电箱上进行抢修，后来发现起火的原因很危险：居民区一楼接线盒中从配电箱到设备使用者的中性点被断开，导致出现断路的现象，而中性点的转移，使得用户的电压产生升高的现象。事故树法分析灾害成因示例图1所示。

图1 事故树法分析灾害成因

2.分析电压异常故障引发火灾的原因

2.1 中性线短路

为了保证第三相的电流值的输出稳定，由于各种原因造成的中性线短路通常会导致负载点停顿。在实际发生火灾过程中，当第三相电流值负载发生变化，中性线后缩短，负载中性点转移至更高负载点，最终导致所有区域负载能力发生变化。而这种情况发生时，不仅会降低重负载下的单相功率，在严重一点会导致中性线短路且无法使用，而且有可能增加小负载下单相功率，导致电气设备的损坏。如果此过程中的负载失衡比较大，将导致低功率输出继续上升，损坏电气设备，并最终引起火灾[1]。

2.2 对地或对中性线路故障

在我国的低压电源系统中，电源线与中性线的短路以及全线的短路导致断电的持续发生。根据短路情况，相线会变为中性线，因为它会跳过接地电阻，因此可以在变压器的内部阻抗和临时电阻之间分配电压。在正常情况下，电源变压器的次级阻抗非常低，因此降低了总负载的6.0%。发生短路时，内部压力会显着增加，但最终的增加不会超过11.0%。根据接地短路，主要分为两种：中性点不是圆角的，而中性点是基点。其中，中性网络受到中性聚焦电阻的保护，其中一相将在一天之内缩短，而其他两相的功率会增加，但不会到达电源线。如果周围管道的一相稍微缩短，则相对于地面的中性点电压也会发生很大变化[2]。

3.模拟试验

3.1 对零线负载的短路测试

打开第三相线路的保护开关，打开每相的电气设备，并使用示波器获取每相的电流和电流电压；如果类别B和类别C的负载保持不变，则串联中的负载相应增加，并接通每相导体的电气设备；如果B、C相的负载保持不变，则A相可能会增加负载以增加热量输出；中性线连接，每相的电气设备改变开度时，电流会大大降低；断开中性线后，打开各相线中的电源时，各相线的电压也将发生显着变化。随着A相负载的增加，A相灯会熄灭，而B相C相灯会变亮：随着负载的增加，过电压会增加；负载会增加。

3.2 单相对地短路故障测试

依次打开所有级别的安全开关，打开电器，并使用示波器测量每条线路的电能；在中性线连接过程中打开每个相线的电源插座后，相线相处于中性位置。短路会导致电量持续下降。由于短路的出现，短路外部的相线电压会降低，并且功率增加的幅度也会显着增加；在中性线短路之后，相应的电气设备会打开，短路的那一瞬间可以减少电压，由于短路导致电气设备的畸变增加到380V，这烧毁了电气设备，最终导致起火。单相接地短路后，非短路强度会上升并变形，从而引起电气物体起火和燃烧；中性线故障后，由短路引起的相线功率达到很高的水平，甚至超过380V。

4.电压异常火灾调查策略

通过以上研究得知，由电压异常所引起的火灾通常具有几点因素：（1）目前比较常见的火灾，根据故障发声位置与起火位置可以推测出，在火灾发生原因进行划分，人为因素占很大一部分比重；（2）中性线短路后，各相的功率会有所减小或增加，并且使用电气设备的异常情况并不少见；（3）电气设备不良可能会出现在不同支路或同一支路中，从而导致多个组件同时燃烧；（4）一般如果是设备损坏导致的火灾，一般情况下，变压器和电容器可以保证在某些情况下仍然能够在其他组件中运行。

研究调查电压异常火灾的实用方法，并找出防止火灾发生的原因：（1）保证中性线的完好性与方向性，定期进行维修和保养；询问火灾发生前后是否有合格的人员在维修和保养中心线；（2）具体分析火灾发生前后，是否存在电气设备的异常报警，将每条线路电流电压进行监控，以便追溯。例如：可能无法正常使用电器，照明亮度突然增强等；（3）检查每个相线的负载状态，用户配电，并统计每个用户的电器状况；（4）为了找到火源，必须立即找到所涉及的电气设备，并立即确定这是否是原始火源。如果电气设备是主要的火源，不光要对电气设备进行排查，还要追溯其中控制电源是否存在问题，以免此类情况再次发生。

5.结语

随着科技的不断发展，火灾调查技术也在不断更新，目前已经可以达到准确定位火灾发生地点，追溯起火原因。未来需要在如何预防火灾，如何对整个电网进行电流电压监控，做到预警的效果，仍然有很长一段路要有。希望在未来可以让火灾调查技术更加智能和安全。