电气火灾痕迹特征与故障类型关联性的量化研究

引言

现在生产生活中电气设备越来越多，虽方便生活、助力社会运转，但也让电气故障引发的火灾占比逐年上升。电气火灾多因短路、过载、接触不好、绝缘老化等故障，故障着火时会和周围物质发生物理化学反应，留下特别痕迹，这些痕迹是查火灾原因的关键。但以前查火灾靠经验判断痕迹，不同人看法可能不同，且没算过痕迹和故障的关联强度，比如只说“导线断口尖是短路”，没说断口多尖更可能是短路。所以，把痕迹和故障关联量化，建统一分析体系，能提高调查准确性，对防火和事故认定很重要。

1.电气火灾的主要痕迹特征分类电气火灾痕迹分导线类、绝缘材料类、金属构件类三类

1.1 导线类痕迹

导线是传电关键，故障时最先受影响。短路时电流骤增，导线薄弱处快速烧断，断口尖、有熔珠；过载时电流长时间超额定值，导线整体升温烧断，断口平、少熔珠。短路让导线截面局部变形，过载让截面均匀变细；短路使导线局部烧黑，过载让导线整体变色。

1.2 绝缘材料类痕迹

绝缘材料能防漏电，短路时局部高温让它熔出小孔、边缘焦糊，燃烧残留少量炭粒，热解产物多为醛酮类；过载时整体升温让它变软起泡，燃烧形成均匀炭层，热解产物多为酸酯类。

1.3 金属构件类痕迹

金属构件如接线端子、开关触点，接触不良时触点电阻大，局部高温让触点烧蚀甚至熔焊；短路让触点大范围烧蚀且有熔渣；过载仅让触点轻微氧化。短路使构件局部剧烈变形，过载让构件整体缓慢变形；短路和接触不良让构件氧化层厚且不均，过载让氧化层薄且均匀。

2.电气火灾痕迹特征与故障类型的关联量化维度

要量化痕迹和故障类型的关联，得先选指标、定维度、算关联强度，把看得到的痕迹变成能算的数据，帮着准确判断故障类型。

2.1 痕迹量化指标的提取

选指标要从导线、绝缘材料、金属构件的痕迹里挑有代表性、能测量的。导线选三个：一是测断口尖不尖（量断口夹角，角越小越尖）；二是算氧化长度占比（氧化部分长除以总长度）；三是数熔珠数量、量直径（1米内有几颗，平均多大）。绝缘材料选三个：一是量熔穿的孔多大； 二是测炭化层多厚；三是算热解产物里特定化合物占比（比如醛类占多少）。金属构件选三个：一是算触点烧蚀面积占比（烧了的地方除以总面积）；二是量构件变形多大（变了的尺寸减原来的）；三是测氧化层多厚。这些指标都能用尺子、显微镜、化学仪器测出具体数值，给后面分析打基础。

2.2 关联量化维度的确定

按故障类型（短路、过载、接触不好、绝缘老化）和指标，定四个维度。温度维度：不同故障温度不一样，短路温度最高，过载次之。断口尖度、孔的大小和温度正相关，能反推温度找故障。时间维度：过载持续久，氧化占比、炭化层厚度随时间变大，能反推时间定故障。电流维度：短路电流最大，熔珠数量、烧蚀面积和电流正相关，能关联电流辨故障。材料反应维度：不同故障温时组合不同，材料反应不一样，看产物、氧化层能对应故障。

2.3 关联强度的量化分析方法

算关联强度分三步：第一步，定指标权重。用层次分析法，找专家比指标重要性，断口尖度、触点烧蚀占比权重高，产物占比权重低。第二步，算关联度。先测大量故障定标准范围，再用欧式距离、余弦相似度算实际值和标准的相似度，相似度高关联强。第三步，划阈值。 80%-100% 是强关联，能定故障；50%-80%是中关联，要结合权重看；50%以下是弱关联，排除故障。

3.关联量化研究的实践应用路径

研究电气火灾痕迹和故障类型的关联，不光要建理论体系，还得用到实际调查中，帮着提升调查水平。应用要围绕“统一标准、有技术支持、人员会用”三个目标，让标准管实践、技术帮实践、人员能实践，真正让调查从“靠经验”变成“靠数据”。

3.1 制定关联量化标准体系

得做一本《电气火灾痕迹与故障类型关联量化标准》，让调查有统一依据。这本标准要以前面的研究和实验数据为基础，结合实际调查需要，写清楚“不同故障的指标范围”和“关联度怎么判断”。按故障类型（短路、过载、接触不好、绝缘老化）分开写，每种故障都要说明导线、绝缘材料、金属构件的指标标准。比如短路时导线断口夹角是30°-60°，过载时是80°- ⋅120^∘ ，这些范围都是从很多实验里算出来的。还要写清怎么算关联度、怎么用阈值：用欧式距离法、余弦相似度法时，要讲步骤；3 项以上核心指标强关联（ (80%-100%) ）、没弱关联（50%以下），就能定故障；有1-2 项中关联 (50%80%) ），就得多测些指标。标准要改好几遍：先设计，再找100 个以上真实火灾案例验证，对不上的就调整，比如范围不准就重新实验，规则有问题就改规则，保证好用、准确。

3.2 完善技术支撑与工具开发

要有好技术和工具，才能快、准地测指标、算关联度。技术上：用扫描电子显微镜、金相显微镜测导线断口夹角、金属氧化层厚度，能测很细的尺寸；用气相色谱-质谱联用仪测绝缘材料的热解产物，知道里面各种化合物含量；建个数字平台，输进指标就能自动算关联度、出报告，少出错。工具上：做个便携测量包，装小显微镜、数字卡尺、便携检测仪，方便带现场用，还有说明书教怎么用；开发手机APP，能查标准、输数据算关联度，还能把数据传到平台，提高调查效率。

3.3 加强调查人员量化分析能力培训

调查人员得会用这些方法，培训要包括三方面：一是认痕迹：看实物、照片、视频，学怎么找导线断口、定氧化范围、认金属烧蚀区，还得在模拟场景里练。二是测指标：学显微镜、检测仪怎么用，在实验室里动手测，有老师教，保证数据准。三是用方法：结合案例学怎么算关联度、用阈值定故障，再用模拟数据练，熟悉平台和 APP，把方法用到实际调查里。

结语

有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分掌控，有关人员应该从电气火灾预防工作的客观实际需求出发，研究制定最为符合实际的火灾电气系统应用方案。研究电气火灾痕迹和故障的关联，能让调查更科学，减少靠经验判断的误差。以后能用人工智能让算关联度更准更快，还能研究新能源设备、智能家电的故障痕迹，完善标准，更好保障电气安全。只有全面加强各个环节的管理和控制措施的落实，才能提高电气系统的防火安全性，才能真正实现电气火灾的预防目标，减少火灾发生的可能性，保护人员生命财产安全。

参考文献

[1]吴海卫,祁祖兴,李林森.建设工程消防验收标准评定方法探讨[J].建筑,2021(21):76-77.

[2]赵杨.新监管模式下建设工程消防审验工作存在问题与对策研究[J].武警学院学报,2021,37(8):64-67.

[3]苏丽玲.关于建筑消防验收中有关建筑消防设施若干问题的探究[J].建材发展导向,2021,19(16):32-33.