電壓異常故障火災調查技術的研究

（平涼市崆峒區消防救援大隊，甘肅平涼 744000）

0.引言

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

1.火災案例

2009年6月，遼寧省沈陽市251棟住宅樓的房間發生火災。在對現場進行檢查后，發現室內電視柜東側的卡拉OK機僅在西側燃燒，電視柜的上部被嚴重燒毀，電視柜西側房間東門框架的南側中間上方的頂部燒毀嚴重；但西側沒有明顯變化；南部房間的電視柜區域和帶有電視柜的南側的電視室都被燒毀。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。可以肯定的是，在發生火災的同時，公寓中的2、3層房屋中大多數都遭受了電器的燒毀，安全設備和非常規電器的暴露，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，后來發現起火的原因很危險：居民區一樓接線盒中從配電箱到設備使用者的中性點被斷開，導致出現斷路的現象，而中性點的轉移，使得用戶的電壓產生升高的現象。事故樹法分析災害成因示例圖1所示。

圖1 事故樹法分析災害成因

2.分析電壓異常故障引發火災的原因

2.1 中性線短路

為了保證第三相的電流值的輸出穩定，由于各種原因造成的中性線短路通常會導致負載點停頓。在實際發生火災過程中，當第三相電流值負載發生變化，中性線后縮短，負載中性點轉移至更高負載點，最終導致所有區域負載能力發生變化。而這種情況發生時，不僅會降低重負載下的單相功率，在嚴重一點會導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，導致電氣設備的損壞。如果此過程中的負載失衡比較大，將導致低功率輸出繼續上升，損壞電氣設備，并最終引起火災[1]。

2.2 對地或對中性線路故障

在我國的低壓電源系統中，電源線與中性線的短路以及全線的短路導致斷電的持續發生。根據短路情況，相線會變為中性線，因為它會跳過接地電阻，因此可以在變壓器的內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%。發生短路時，內部壓力會顯著增加，但最終的增加不會超過11.0%。根據接地短路，主要分為兩種：中性點不是圓角的，而中性點是基點。其中，中性網絡受到中性聚焦電阻的保護，其中一相將在一天之內縮短，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，打開每相的電氣設備，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，則串聯中的負載相應增加，并接通每相導體的電氣設備；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，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。短路會導致電量持續下降。由于短路的出現，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，相應的電氣設備會打開，短路的那一瞬間可以減少電壓，由于短路導致電氣設備的畸變增加到380V，這燒毀了電氣設備，最終導致起火。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.電壓異常火災調查策略

通過以上研究得知，由電壓異常所引起的火災通常具有幾點因素：（1）目前比較常見的火災，根據故障發聲位置與起火位置可以推測出，在火災發生原因進行劃分，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，并且使用電氣設備的異常情況并不少見；（3）電氣設備不良可能會出現在不同支路或同一支路中，從而導致多個組件同時燃燒；（4）一般如果是設備損壞導致的火災，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。

研究調查電壓異常火災的實用方法，并找出防止火災發生的原因：（1）保證中性線的完好性與方向性，定期進行維修和保養；詢問火災發生前后是否有合格的人員在維修和保養中心線；（2）具體分析火災發生前后，是否存在電氣設備的異常報警，將每條線路電流電壓進行監控，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，用戶配電，并統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備，并立即確定這是否是原始火源。如果電氣設備是主要的火源，不光要對電氣設備進行排查，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生。

5.結語

隨著科技的不斷發展，火災調查技術也在不斷更新，目前已經可以達到準確定位火災發生地點，追溯起火原因。未來需要在如何預防火災，如何對整個電網進行電流電壓監控，做到預警的效果，仍然有很長一段路要有。希望在未來可以讓火災調查技術更加智能和安全。