智能电能表在火灾事故调查中的运用研究

陆金科

摘要：电气火灾是电气线路保护装置失效导致电气故障失去控制而发生的火灾。其最终表现形式有可能为短路形式。智能电能表及其后台电力采集系统能够储存、查询一定时间段内某个终端的电压、电流、有功、电能、功率等数据，在电气火灾中，这些数据记录着电气火灾完整的发生、发展、结束过程。如何正确勘验智能电能表，调取并了解其后台数据，分析不同电气火灾情景下智能电能表数据变化模型是研究和论述的重点。发挥好智能电能表在火灾事故调查中的运用，将对明确火灾事故调查方向、查清电气火灾事故真正原因起到关键作用。

关键词：火灾事故；原因调查；智能电能表；电气故障

中图分类号：D631.6       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2023）03-0103-04

据中国消防救援网公布的火灾数据年鉴显示，近年来我国每年约有30%的火灾是由电气原因引起，而电气线路故障又分为短路、线路过载、接触不良、漏电等具体情况。如能及时获取、掌握、分析、运用智能电能表“背后”的数据，将对火灾事故调查的事故定性、起火部位查找、具体原因认定起到至关重要的作用。

1 智能电能表概述及数据释义

1.1  智能电能表的发展历程及技术特点

电能表又称电度表、火表，用于电能计量。1894年，上海安装了12个英国进口的机械电能表，其在我国的发展历程已经超过百年，目前我国已全面进入了智能电能表时代。智能电能表除具有传统电能表的测量、校准、本地记录和显示等功能外，其安装信号采集器可通过红外、微波、公共网络传输等通信技术实现远端后台服务器与终端智能电能表之间的远程数据传输和交互控制，达到信息集成、分析优化和信息展现等基础功能，使得运营商能存储、分析、推送用户的用电情况，并根据异常数据对终端电能表实现紧急预警、远程断电等功能。所谓智能，其实体现在远程数据传输和交互控制方面。随着通信技术及电脑芯片技术的发展，目前我国的智能电能表通信技术已进入4G、5G时代，终端采集的信号种类更加丰富、后台电力采集系统已实现大数据分析与某些用电领域的精准预警、控制等功能。

1.2  智能电能表数据释义

后台电力采集系统通过智能电能表内安装的数据采集模块采集的智能电能表各项终端用电数据（全文简称智能电能表数据），是本文分析的重点，下面对该数据进行分项释义。

1.2.1  基础信息

包括用户名、资产编号、用户编号、供电单位等。

1.2.2  记录时间

供电单位后台接收到智能电能表反馈用电数据的时间点。目前的智能电能表基本为第一代产品，使用GPRS网络进行数据传输，受其传输速度（40～100kbps）及计量收费的影响，大部分供电单位选择“呼吸式”数据交互模式，后台服务器每隔数分钟会“唤醒”智能电能表并记录一次智能电能表传回的即时用电数据，接收该数据的时间即为记录时间。

1.2.3  各相电压和电流

电压与电流通常用U、I表示。常见电能表中，单相电A相即火线的电压和电流数值、零线的电压和电流数值；三相电中A、B、C各相相对于零线电压和电流数值、零线的电压和电流数值。按照GB12325—2008《电能质量供电电压允许偏差》规定，家用单相电的标准电压是220V，允许偏差为+7%、-1%；一般商用三相电的任意两根火线的标准电压是380V，相對零线的标准电压是220 V，允许偏差为±10%。

1.2.4  正向有功总电能

即电网向用户输送的总电能，单位是kW·h。

1.2.5  功率因数

功率因数（部分电力公司后台系统表显示为总功率因数）是指交流电路有功功率对视在功率的比值。功率因数大，说明电路中用户电气设备做功效益好。常用cosφ表示。

计算公式：cosφ=P/S=P/

其中：P表示有功功率。计算公式： P=UIcosφ （表示交流电路中实际吸收的功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，单位为kW）。

S表示视在功率。计算公式：S=UI （在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫视在功率，单位为kVA）。

Q表示无功功率。计算公式Q=UIsinφ。（在具有电感或电容的电路里，电感或电容与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母Q表示，单位kvar）。

1.2.6  瞬时有功

即有功功率（部分电力公司后台系统表显示为总瞬时有功）。

2 智能电能表数据的获取掌握

因智能电能表数据记录着视频监控看不到的电流、电压等数据，对火灾事故调查的事故定性、起火部位查找、原因认定均可能起到重大作用，获取掌握智能电能表数据的重要程度不亚于对火灾事故现场视频监控的勘验。由于现行GA839—2009《火灾现场勘验规则》未明确对相关数据的勘验规则，下面将论述在实际工作中，如何对智能电能表数据进行勘验，为火灾事故调查的科学性、公正性、权威性奠定基础。

2.1  对其进行现场保护

火灾事故扑救初期，供电部门抢险人员往往会第一时间对智能电能表进行现场断线断电甚至将智能电能表拆走扣留，给后续火灾事故调查工作带来困难。故而火灾事故扑救人员及调查人员应树立起保护智能电能表及其连接电气线路是现场保护的重要内容的思想意识，第一时间在智能电能表处张贴现场保护告知单，通知相关人员注意对智能电能表的保护，在数据获取前，派专人予以监护，对供电部门为保证火灾事故现场安全而采取的正常的断电方式予以允许，对随意剪断线路或其他方式断开电气线路与智能电能表连接导致原始电气线路接线方式无法辨识或恢复的破坏性断电方式予以劝解或阻止，同时也要保护智能电能表不被其他人员或部门带走，导致火灾事故调查工作受阻。

2.2  勘验电气线路布置情况

勘验电气线路布置情况应准备：原电气线路设计图或施工图、万用电能表、老虎钳、物证袋、现场作图工具、激光测距仪、执法记录仪等现场测量工具，并将相关电工、当事人邀至现场，对其进行现场询问，让其见证勘验经过[1]。

勘验电气线路布置情况，应按照先整体后局部、先重点后一般、先观察后动手的原则，根据原电气线路设计图或施工图、现场布置、当事人询问、万能表等仪器测量通、断路情况等方式，制作火灾事故现场电气线路布置图、电气线路系统图或原理图等，还原火灾事故现场智能电能表及其连接电气线路的原始布置情况。

2.3  勘验智能电能表注意事项

2.3.1  勘验记录和照相

勘验中，应对智能电能表的型号、资产编号（条形码及下方数字或英文+数字组合）、用户编号（用户用电档案编号，15～16位数字组成）、导线连接状态第一时间进行拍照固定，对其连接导线被断开的，应对断开形式（连接螺栓处松开、连接导向被剪断、火势烧断、部分连接导向不明去向等）予以拍照固定，并在勘验笔录细项勘验中记载[2]。

2.3.2  调取后台数据情况

根据智能电能表资产编号或用户编号，及时向用电部门调取相应智能电能表的后台（电力采集系统）用电数据记录，其数据应包含用户基础信息、记录时间，瞬时有功、各相电压和电流、零线电压和电流、总功率因素、正向有功功率、反向有功功率等信息，时间范围应为报警时间前6～8h。数据提取时还应对记录时间对照北京时间进行校准。

2.3.3  智能电能表的提取和保存

对未能及时获取用电部门后台数据等情况，需对智能电能表进行提取的，可根据需要及《火灾现场勘验规则》等相关程序规定，对智能电能表进行先行登记保存或火灾痕迹、物证提取。需要注意的是，根据相关法律法规规定，智能电能表及其表前导线、设备产权属于供电部门所有，故提取、保存智能电能表的对象当事人应为当地供电部门的法定代表人或受其委托人员。

3 电气火灾中智能电能表的运用

掌握、分析智能电能表及其后台数据后，应对其数据情况进行初步判断，对于电流、电压出现突然增大或减小及一段时间内明显异于正常值的情况，可初判为电气火灾或与之相关，为后续火灾事故调查指明方向[3]。下面针对四种常见电气火灾类型，对智能电能表可能记录的数据情况进行分析。

3.1  短路

短路火灾是由于短路时电路电阻突然减少，电流陡然增大，瞬间发热量大大超过了电路正常工作时的发热量，并易在短路点产生强烈的火花和电弧，不仅能使绝缘层迅速燃烧，而且能使金属熔化，引燃附近的易燃、可燃物，造成火灾。

短路引发的火灾中，智能电能表数据的特征为：各相电流陡然增加，电流读数为平时正常值的数倍，瞬时有功陡然上升，且持续时间较短，一般在电力公司后台系统只能查询到一个电流量峰值甚至因GPRS数据包发送间隔时间较长的问题，导致短路发生时异常电流数据未能被数据采集到。短路发生后，空气开关往往能被触发断电保护，因电路电阻无限大，智能电能表数据的总功率因数为1。

其数据表现形式是：线路短路之前数据无明显变化和异常→线路短路的同时电流指数成倍上升，瞬时有功上升（短路的同时因线路过热或电弧、电火花引燃周边可燃物从而引发火灾）→断路器动作→电流、电压等数据为0，总功率因数为1。

3.2  電气线路过载

当导线过载时，加快了导线绝缘层老化变质。当严重过负荷时，导线的温度会不断升高，上升的导线温度又会加大导线自身电阻，从而使得导线温度不断升高，直至引起导线的绝缘层发生燃烧或引燃导线附近的可燃物，造成火灾发生[4]。

电气线路过载引发的火灾中，智能电能表数据特征为：过载初起，因电路温度稍高于周边环境温度，电流数值增大后变化不明显，过载后期至电路绝缘层或周边可燃物受热起火前，因导线温度上升至一定温度后，根据物理学原理：导体温度越高，电子无序运动越强，对有规律的电流运动阻碍越大，即电阻越大，从而根据I=U/R，得出电流数值有变小情形[5]。火灾发生后，因绝缘层破坏从而导致发生短路，电路电流数值陡然增加，瞬时有功陡然上升，最后因电路电阻无限大，智能电能表数据的总功率因数为1。

其数据表现形式是：电流数值高于平时并超过导线承载能力（线路过载）→线路发热（过载一定时间后）→电流数值降低（持续一段时间后，线路绝缘层部分破损，此时可引发火灾）→短路，电流指数成倍上升，瞬时有功上升（此时可引发火灾）→断路器动作→电流、电压等数据为0，总功率因数为1。

3.3  电气线路接触不良

如果线缆接头接触不良，如线路接插部位等接点处相接不实、发生氧化锈蚀等情况，将造成接触部位的局部电阻过大，电流通过时就会在此处产生大量的热，形成高温或电压击穿空气产生电弧，从而引发火灾。

电气线路接触不良引发的火灾中，智能电能表数据特征为：因电路电阻增大，用电设备功率不变，导致电路电流未明显变化，而电路接触不良处因局部电阻变大，发热加剧，导致电路电阻进一步增大并产生蓄热，导致电路有功功率呈线性上升。因电路接触不良处，电热与电阻形成不良循环，最终导致形成高温或电压击穿空气产生电弧的情况，从而可能引发火灾。之后因绝缘层破坏而导致发生短路，电路电流数值陡然增加，瞬时有功陡然上升，最后因电路电阻无限大，智能电能表数据的总功率因数为1。

其数据表现形式是：电流数值处于平时正常数值（局部过载发热）→有功功率上升（接触不良处蓄热，一定时间后可引发火灾）→电流数值变化较小或因打开大功率电器而大幅增加（接触不良处电路绝缘层受热破损或因大电流产生电弧、火花，此时可引发火灾）→短路，电流指数倍上升，瞬时有功上升（此时可引发火灾）→断路器动作→电流、电压等数据为0，总功率因数为1。

3.4  漏电

当漏电发生时，漏泄的电流在流入大地途中，如遇电阻较大的部位时，会产生局部高温，致使附近的可燃物着火，从而引起火灾。此外，在漏电点产生的漏电火花同样也会引起火灾。

根据基尔霍夫定律：∑I（流入）=∑I（流出），∑U=0，假如电路有漏电且有人（物）接触到它与地面形成回路，它会在故障位置产生分流导致∑I（流入）≠∑I（流出），∑U≠0，从而被智能电能表检测到，也就是当智能电能表数据中火线电流数之和或电压之和不等于零线电流数或电压，且两者相差数值的乘积大小达到一定功率时，可以推断电气线路可能存在漏电现象且其足以导致电路绝缘层破坏（有可能引燃周边可燃物）。之后，线路发生短路，电路电流数值陡然增加，瞬时有功陡然上升，最后因电路电阻无限大，智能电能表数据的总功率因数为1。

其数据表现形式是：各相∑I（流入）≠∑I（流出），∑U≠0（持续一定时间后可引发火灾）→短路，电流指数倍上升，瞬时有功上升（此时可引发火灾）→断路器动作→电流、电压等数据为0，总功率因数为1。

4 不足与建议

因技术迭代等原因，智能电能表在火灾事故调查中的运用仍有许多需要改进的方面，如：①目前智能电能表数据采集模块数据采集的时间普遍为15 min/次，与电气火灾发展速度快、异常波动持续时间短的特点相矛盾，重要数据难以被完全采集，甚至被忽略。下一步建議电力部门缩小数据采集间隔，可以采取在终端安装数据储存卡实时储存电力数据的形式，弥补这一不足。②目前智能电能表后台系统已经运用大数据分析的方式，测算终端客户用电习惯，判断用电异常情况等，对一些长时间、突发性大功率耗电的情况会通过电话、信息等方式进行推送、告知。但是目前对于电气火灾的数据模型还未有效建立和应用，更难以达到提前发现、提前通知、提前干预等。建议相关部门把智慧用电与智慧消防结合起来，运用大数据技术，分析不同电气火灾发生前电路的数据变化特征，建立相应的数据模型，形成相应的算法，达到预防、化解电气火灾的目的。

参考文献：

[1]陈承.电气火灾调查智能电能表的应用探讨[J].低碳世界，2020，10（12）：225-226.

[2]温磊强.智能电能表技术及其运行管理方案研究[J].电力系统装备，2021（13）：177-178.

[3]董淑量，郭伟军.关于智能电能表在电气火灾调查中的应用与思考[J].消防技术与产品信息，2017（6）：56-58+36.

[4]董淑量，郭伟军.智能电能表在电气火灾调查中的应用与思考[J].消防科学与技术，2017，36（2）：284-286.

[5]陈承.电气火灾调查智能电能表的应用探讨[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