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8 火灾调查研究

运用多种数据调查高压供电侧故障引发的火灾事故

梁国福1.2.3,王鑫1.2.3,常颖4

(1.应急管理部天津消防研究所,天津300381;2.工业与公共建筑火灾防控技术应急管理部重点实验室,天津300381;3.天津市消防安全技术重点实验室,天津300381;4.呼和浩特市消防救援支队,内蒙古呼和浩特010030)

摘要:介绍一起在台风天气下发生的大型厂房火灾事故的调查过程,在前期调查过程中现场起火点不定、引火源不明、物证无法提取,起火原因无法定性的情况下,通过调取火灾现场与原因相关的视频数据、网络数据、电表数据、高压录波数据等多维电子数据,结合高压供电故障痕迹形成的机理和诱发因素,综合分析认定了火灾原因。该起火灾的调查过程可为相关类型火灾事故调查提供参考。

关键词:跌落式熔断器;高压供电;录波数据;火场痕迹;火灾调查

中图分类号:X928.7;D918.9

文献标志码:A

DOI:10.20168/j.1009-0029.2024.07.1043.04

2023年7月28日,正值台风杜苏芮登陆期间,沿海某地一大型厂房发生火灾,烧损面积约3000m²,损失达1000万元人民币,火灾导致多家企业受损,纠纷较大。火灾发生后辖区消防大队进行了原因调查,初期怀疑起火原因为厂房内电气线路故障引发,但因台风天气厂房内设备断电,无法确定是何种电气故障原因,也未找到有效的电气故障物证。而在台风天气中,供电线路和设备也

经常发生故障,因此,该起火灾是否跟供电因素有关是后期我方参与调查过程中重点关注的方向。如何调查供电故障是调查过程中存在的薄弱环节,因技术手段缺乏,以往的火灾原因调查经常出现忽略该因素的情况。本文通过该案例介绍了因供电故障引发火灾的调查技术方法,以为类似调查提供参考。

1基本情况简介

起火厂房为4层钢筋混凝土结构建筑,1层自用,主要生产木雕产品;2层出租用于生产树脂佛像;3、4层出租用于生产树脂工艺品。着火厂房位于整个厂区的西侧,紧邻厂区南侧围墙安装有变压器,为厂区自用,变压器上口连接有10kV高压配电线路,通过三相跌落式熔断器和避雷器等设备与变压器连接。变压器下口引出三相电源线进入厂区南侧一层建筑的主配电箱。从主配电箱分出3条线路,1路给厂区南侧1层区域供电使用,1路给起火厂房1层楼梯间处配电箱供电使用,另1路给厂区北侧的驾校供电使用。其中,起火厂房1层楼梯间处配电箱又分出4路供电,分别给厂房1~4层公司和厂房楼梯公用区域供电使用。厂房2层电气设置见图1。

〔图〕北办公室材料房回回灯通道回灯通道通道空压机房K“ZK工作台配电箱1配电箱2配电箱42层配电箱配电箱3由1层总配电箱引入电梯\n

(a)2层平面示意图

〔图〕[层楼梯口配电箱(供1层配电)厂房1层电源由南侧变压器引来楼梯问题涉及2层监控电源[厂区南侧T层主配电箱厂房电源2层配电箱配电箱13P-200A区南侧1层区域1层楼梯口配电箱配电箱2区北侧驾校电表3P-160 A2层电源(供2、3、4层配电

(b)2层电气示意图

图1 2层平面及电气示意图

Fig. 1 Second floor plan and electrical schematic diagram

因台风登陆,整个起火厂房处于停工状态,除少数几个工人在厂房4层宿舍休息外无其他人员。厂房的门窗

均关闭,2层除了配电箱、照明线路以及厂房内监控视频外,生产设备均拉闸断电。视频监控由于在火灾中烧损,

无法查看。因风力较大，火灾初期冒烟不易被发现，周围目击者看到后火势已经蔓延扩大。

2 起火部位和起火点的分析认定

基于调查询问、手机视频以及现场痕迹，分析认定起火部位位于厂房2层内，起火点分析认定为厂房2层中部偏南侧区域，调查情况如下。

2.1 调查询问情况

根据第一报警人、驾校保安、厂房对面店铺经营者、2层和3、4层厂房法人的笔录描述，上述人员发现起火，出去查看或是赶到现场时均看到2层的室外电梯两侧有火，且早期火是在室外电梯的南侧，此时3、4层并没有看到冒烟起火。

根据厂房东侧几百米远处的居民笔录描述，该居民在自家3楼窗户处看到厂房的2层有烟冒出，之后烟量不断增大并从2层中间开始有火冒出。

根据1层公司2名工人笔录描述，其2人和其他2名工人住在3层宿舍，起火当天10时40分—10时50分左右下到1层煮饭，在11时左右听到有声音，然后发生停电，出来查看时，看到2层电梯左侧（南侧）区域冒烟起火，此时其他区域没有看到冒烟起火。

由于整个4层厂房面积较大，单层面积达1000 m $^{2}$，又受台风天气影响，初期冒烟起火时并没有人员发现，多数人员发现时火已经在2层内燃烧蔓延，且只能确定一个较大的区域有火。

2.2 视频分析

第一报警人拍摄的手机视频显示，厂房2层电梯两侧的窗户有明火冒出，同时建筑西侧有浓烟冒出，并有火从楼顶蹿出；厂房对面一店铺经营者拍摄的手机视频显示，厂房2层电梯附近的窗户有火冒出，此时建筑楼梯上也有浓烟冒出；厂房东侧几百米远的居民拍摄的手机视频显示，厂房2层有浓烟冒出，此时东侧的变压器一直在打火放电。

经查看，2层厂房内的监控主机视频被烧毁，周边除了厂区北侧的驾校外，没有可以直接监控到厂房2层的监控视频，而厂区北侧驾校的监控视频因起火初期断电，且监控角度较偏，因此也无法确定最初的起火位置。虽然周围目击人员发现起火后拍摄了手机视频，但此时火势已经蔓延扩大。

2.3 现场痕迹勘验

整座厂房中1层仅轻微受损，2层厂房烧损严重，3、4层厂房烧损较2层轻，整体呈现由2层向3、4层逐渐减轻的烧损痕迹特征。现场勘验2层，可燃物基本全部烧损，南侧烧损重于北侧，最南侧的楼梯间区域烧损较轻、最北侧的区域放置的纸箱还有部分残留。中部偏南侧电梯区域放置的可燃物烧失严重，呈现灰化程度，金属材料受热变色变形严重，两侧窗户烧损脱落明显，见图2。

因厂房起火发现较晚，内部又存放较多的可燃物，整

个2层区域烧损严重，同时因现场荷载不同，现场通过痕迹仅能确定大致烧损严重区域。

〔图〕插图

图2 厂房内外烧损痕迹

Fig. 2 Burn trace inside and outside the factory building

3 起火原因的分析认定

3.1 可直接排除的原因

通过对起火时间、现场环境、购买保险情况、工人及目击者描述、厂房内物品种类和堆放方式等多方调查，可排除人为放火、遗留火种、物品自燃引发起火的可能。

3.2 2层电气线路故障排除

在排除上述原因的基础上，消防队初期分析，认为是2层公司厂房内的电气线路故障引发起火，但经进一步调查分析，2层电气线路直接故障起火的可能性基本排除，电气线路调查如下。

2层区域存在2路供电，1路供电由厂房1层楼梯口处供1层用电的配电箱开关的上口线引出电源线，接入在楼梯口处并排安装的2~4层供电配电箱内，由该配电箱的第1个控制开关引出电源线后接入2层南侧楼梯口处配电箱的控制开关，再由控制开关引出电源线沿着东墙屋顶敷设，并由东墙处不同区域分别连出电源线，接至墙体上的4个配电箱，4个配电箱引出的线路供厂房内设备和照明供电使用。另外1路由1层楼梯口处供1层用电的配电箱开关下口引出电源线并连接控制开关，再由控制开关引出线路进入2层屋顶区域，沿着东墙屋顶敷设，并分别在2个楼梯口处引出控制开关，控制公共区域的照明用电。同时，2层北侧区域的监控主机及探头用电由北侧公共区域的用电线路连接。

根据2层公司法人描述，由于台风天气，7月27号离开厂内时将厂房2层东墙上的3个配电箱内控制开关断电，但2层南侧楼梯口处的主配电箱没有断电，同时2层公共区域的线路也没有断电。

现场查看2层楼梯口处的主配电箱、分配电箱以及相应的连接线路，在起火点附近区域未发现线路上存有短路、过电流等金属熔化痕迹。

由2层厂房内线路至厂区南侧1层建筑的主配电箱之间，共计连接有3个控制开关，额定电流分别是160、200、200 A，前期调查显示3个控制开关均跳闸。如果是2层出现分支线路的小的短路故障，则不易引发3个大电流的控制开关均跳闸情况。且经读取该变压器的电表数

据,在7月28日11时15分时(瞬时采集),C相电流增至800A,但该电流产生时火已经蔓延扩大,同时如存在800A电流,则应是较大的故障,但在2层查看时未发现有故障存在,因此,分析认为3、4层是在火势蔓延后出现了故障,并导致出现了过流。

3.3 供电数据及痕迹调查

在排除2层内部线路故障情况下,前期大队调查一度陷入僵局。我方参与调查后经进一步分析,并结合早期厂房东侧居民拍摄到2层冒烟时,距离2层南侧几十米远的变压器也同时在打火放电,怀疑可能存在供电故障,进而对供电数据及痕迹做了更深入的调查和分析,调查情况如下。

厂区南侧墙边安装的变压器供厂区内用户以及起火厂房各层公司供电使用。由高压线路引出三相线路经过跌落式熔断器连接至变压器的进线端子上,同时在跌落式熔断器上静触头还并联连接避雷器。由变压器出线端子引出3根相线和中性线连接至变压器主配电箱的隔离开关上,之后连接电表和其他控制开关。

大队前期勘验时发现,变压器的跌落式熔断器A、C两相断开,同时A相跌落式熔断器和避雷器上有电弧放电的痕迹,在主配电箱的隔离开关上的B相接线端子有烧蚀变色痕迹。由于大队前期勘验时并没有考虑是否存在变压器故障,为满足下游供电需求,起火后厂区内电工更换了变压器上的跌落式熔断器和避雷器。现场勘验时检查了被更换后的跌落式熔断器,其中A相熔断器上的静触头和熔管上的动触头有明显的高温电弧放电烧蚀痕迹,熔断器瓷裙表面有电弧烧伤痕迹,高压端对熔断器支撑绝缘子的抱箍(与接地的金属构架连接)也有明显的电弧烧伤痕迹,见图3。

〔图〕插图

图3 熔断式跌落器故障痕迹 Fig. 3 Fault traces of fuse type drop device

厂房东侧居民在自家3楼窗户处看到变压器打火,时间在11时5分左右,随后看到厂房的2层冒烟,又过了一会儿,变压器又在打火,该居民在11时18分拍摄了一段视频并发给了村主任,调取该手机视频,视频显示变压器跌落式熔断器位置一直在持续弧光放电。

查询厂区内驾校的网络记录,显示2023年7月28日,10时4分12秒出现下线,10时4分15秒又上线,至11时5分16秒断网后未再上线;起火厂房3层公司网络记录显示10时4分19秒下线后面未再上线。起火厂房2层公司

网络记录显示10时4分22秒下线,10时4分38秒上线,之后11时5分8秒下线后未再上线。

调取驾校的视频监控,显示在11时5分时视频监控画面消失,该视频因内部设置问题,时间无法精确到秒,只能读取到分时刻。

调取国网电力公司提供的变压器上游10kV线路录波数据记录,在2023年7月28日上午11时4分许、11时6分许、11时23分许,该馈线发生了开关过流保护跳闸动作。

将厂区变压器的总电表送至实验室分析检测,调取电表的数据,发现11时6分16秒至11时8分2秒以及11时9分7秒至11时12分16秒两个时间段里,线路出现“过压”现象,电压短暂升高。在电表里只记录过压起始和结束时刻,C相起始电压值分别为258.6 V和259.1 V,此时对应的A相电压分别为267.8 V和263.2 V。在两次“过压”的过程中,推测电压每次在超过253 V后应持续升高,形成持续约2 min左右的波峰后再下降至253 V以下,见表1。

表1 C相电压过压数值

Table 1 C-phase voltage overvoltage value

3.4痕迹及数据结论分析

起火当日正值台风天气,调取当日的气象记录,显示当日11时,最大风速达到13级,且一直在下雨,在该种极端天气下,极易发生电气故障。厂房东侧居民手机视频拍摄的打火放电现象表明,变压器在火灾前不久就有持续故障电弧的现象。

驾校网络记录以及驾校视频消失情况表明,供电线路出现断电情况,而驾校和厂房是同一台变压器下的两路供电线路,结合厂房的2层和3、4层的网络记录,证明早期供电线路出现至少2次断电情况。认为该断电现象为变压器供电侧故障造成。

根据国网公司10kV线路录波数据,由于记录里第1次跳闸动作时间与厂房下游用电负荷的断网时间和监控断电时间一致,均为11时4分许,说明由10kV支线供电的厂房在供电侧发生了故障,导致下游负荷短时间断电,10kV线路在几秒后重合闸动作成功后继续供电。根据电力系统运行常识,故障跳闸反复重合的过程会引起电压的波动。

起火厂房变压器的电表数据表明,在早期故障时三相电源的相电压发生了较大的波动,说明此时供电侧有电压故障存在,相电压的升高会烧毁下游的用电线路或设备。

调取起火厂房变压器低压侧2个月以来的电压数据,

同时调取同在 10 kV 线路下游的另外 2 个专变用户的变压器电压数据，并提取 2 个专变用户的电表送至实验室进行电压、电流等数据分析。结果表明，2023 年 5 月 26 日至 2023 年 7 月 28 日，起火厂房变压器低压侧累计出现过电压（大于 253 V）次数 154 次，另外 2 个专变用户变压器低压侧从未出现过电压的现象，且其当日电压、电流均正常，未出现过电压现象。判断存在用户变压器挡位设置不当或用电负荷不平衡等原因导致变压器低压侧电压长期偏高，而长期过电压对低压设备的绝缘有累积损害作用。

根据变压器A相熔断器瓷裙表面电弧痕迹、熔断器静触头的电弧痕迹、支撑绝缘子的抱箍电弧痕迹的存在，判断是因台风雨水天气，高压端对跌落式熔断器支撑绝缘子的抱箍（与接地的金属构架连接）沿着瓷裙表面放电，电弧温度较高会烧熔金属件，从而导致跌落式熔断器触头断开脱落。打火放电过程中或A相断开后会造成下游电压的波动[1-2]。

对三相跌落式熔断器的熔断丝进行X光和线路通断检查，结果三段熔断丝保持完好，说明非下游故障导致跌落式熔断器断开，系上变压器上游故障导致。

根据国家标准GB 51348《民用建筑电气设计标准》规定,低压配电线路应根据不同故障类型和具体工程要求装设短路保护、过负荷保护、过电压及欠电压保护、电弧故障保护。经现场检查,起火厂房变压器低压侧未安装避雷器(过电压保护器),综合箱内浪涌过压保护器均未投入,厂房一层低压(总出线柜)配电柜内未安装过电压保护器,用户累积绝缘受损设备在失去保护的过电压工况下极易出现击穿、烧毁现象[3-4]。

综合以上分析，在台风天气影响下，高压侧跌落式熔断器处发生闪络故障，闪络故障导致高压供电侧出现跳闸、合闸现象，故障产生致使下游变压器出现电压波动，在变压器原本就存在电压不平衡且有过压，未配置过压保护装置的基础上，累计致使电压达到一定程度烧毁负荷侧线路或设备起火。经讨论，国网电力专家也认可该原因。

4 结束语

笔者曾在火灾调查中遇到多起因供电故障导致的下游起火的案例，由于在该类案例原因调查中证据不易收集，且缺乏电力知识，基层大队往往会忽视该因素，多数都直接考虑起火部位的电气线路本身出现故障。同时，由于在调查过程中供电公司不配合，或者对供电公司提供的电力运行数据不会分析，害怕供电公司提出质疑等原因，往往会导致火灾当事人蒙冤的情况。

采用本文介绍的技术方法和手段，可有效确定或者排除是否因供电故障引发起火。调查过程中要充分运用可调取的相关数据，包括电表的数据、电力运行后台数据，再配合视频和网络等数据，结合现场的痕迹进行综合分析。通过多种数据的运用，极大提高了火灾原因调查

的准确性，有效还原了事故真相，避免同类事故的发生。

参考文献：

[1] 冯亚明. 低压配电网三相不平衡问题及处理对策探究[J]. 科技创新与应用, 2021, 11(25): 116-118.

[2] 陆瑞东. 低压配电网三相不平衡问题及对策的研究[J]. 电力系统装备, 2019(22): 33-34.

[3] 刘小江, 廖文龙, 姚晓, 等. 配变三相不平衡整治策略分析[J]. 电气技术, 2017(11): 87-90.

[4] 刘珊. 配电网三相不平衡问题的探讨[J]. 科技创新与应用, 2012 (26): 197.

Investigation of fire accident caused by high voltage power supply side faults using multiple data

Liang Guofu $^{1,2,3}$, Wang Xin $^{1,2,3}$, Chang Ying $^{4}$

(1. Tianjin Fire Science and Technology Research Institute of MEM, Tianjin 300381, China; 2. Key Laboratory of Fire Protection Technology for Industry and Public Building, Ministry of Emergency Management, Tianjin 300381, China; 3. Tianjin Key Laboratory of Fire Safety Technology, Tianjin 300381, China; 4. Hohhot Fire and Rescue Division, Inner Mongolia Hohhot 010030, China)

Abstract: This article focuses on a large-scale factory fire accident that occurred during typhoon weather. In the early investigation process, the site of the fire was uncertain, the ignition source was unknown, physical evidence could not be extracted, and the cause of the fire could not be determined. By retrieving multi-dimensional electronic data related to the fire site and the cause, such as video data, network data, electricity meter data, and high-voltage recording data, combined with the mechanism and triggering factors of the formation of high-voltage power supply fault traces, comprehensively analyzed and identified the cause of the fire. The investigation can provide reference for the investigation of related types of fire accidents.

Key words: drop type fuse; high voltage power supply; recording data; fire site traces; fire investigation

作者简介：梁国福(1977— )，男，吉林梅河口人，应急管理部天津消防研究所火灾物证鉴定中心副研究员，硕士，主要从事火灾原因鉴定和火灾原因调查工作，天津市南开区卫津南路 110 号，300381，liangguofu@tfri.com.cn。

收稿日期:2024-02-27

修回日期:2024-03-29

（责任编辑：毛 星）