ZR-BV单芯铜线过电流故障电弧熔痕特征研究

为准确认定电气火灾事故中的过电流故障,模拟在不同电流条件下ZR-BV单芯铜线的过电流故障,通过逐帧分析高速影像研究导线发生过电流故障时的变化过程,使用金相分析技术分类研究过电流导线电弧熔化痕迹的组织特征。结果表明:当I≥4Ie时,导线发生熔断,断路电弧将引燃热分解后的绝缘热解气体,造成火灾的蔓延扩大;过电流导线电弧熔断痕与火烧熔痕的宏观特征较为相似,但喷溅熔痕和发散状熔痕是过电流导线所特有的;枝晶偏析组织是过电流电弧熔断痕的典型组织,且随着电流值的升高,枝晶偏析组织分布范围明显扩大,几乎不再出现等轴状组织。     

过电流故障铝导线熔痕部位与组织特征关联性研究

为深入研究过电流故障铝导线熔痕部位与组织特征之间的关联关系,本文模拟2.5 mm²BLV铝导线通25～187.5 A电流时的发热、熔断和燃烧过程,研究过电流铝导线发热形变与熔痕形成的内在关联,根据各部位熔痕受热形成过程,分类识别典型组织特征。研究结果表明:随着电流值升高,铝导线先后出现线芯发热、绝缘热解、熔断拉弧、绝缘燃烧、重力折断等现象,发生熔断拉弧的临界电流值位于[71.5,73)A区间内;重力折断痕迹和导线本体组织受线芯发热和绝缘燃烧的共同影响,组织为粗大的块状晶,折断点为锯齿状寸断痕迹;熔断电弧熔痕为高温电弧作用于熔化金属后凝固形成,呈树枝状、纤维状铸态组织,分区分布,孔洞较少,表现为圆珠状、钝头状、尖头型、弯折状、牵拉状等5种典型形貌。通过建立熔痕部位与组织特征的关联,增加故障判断证据维度,为准确识别铝导线发生过电流故障及溯源起火过程提供数据支持。     

电气火灾一次短路熔痕金相组织特征参数定量分析

电气火灾一次短路熔痕鉴别和判定对分析火灾原因和事故认定至关重要,而目前金相分析方法目前处于经验和半经验水平,缺乏定量分析手段.本文开展不同电流条件下(100A至300A,间隔为20A)铜导线一次短路模拟实验,制作相应短路熔痕金相图谱.同时引入描述金相组织特征参数,基于Image - ProPlus应用数字图像处理技术提取图谱的金相组织特征参数量化指标,讨论金相组织晶粒和孔洞尺寸变化的特点,实现金相微观组织特征参数和电流之间的关系数据对比分析,探讨一次短路熔痕金相组织的量化判据和变化规律.     

锂离子电池火灾特性及痕迹鉴定技术

为研究锂离子电池在不同故障条件下的火灾特性,以几种常见电动汽车锂离子电池为研究对象,开展锂离子电池在针刺、外部高温以及过电压充电条件下的危险性试验,并研究电池燃烧产生的熔痕。结果表明:与钴酸锂锂离子电池和磷酸铁锂锂离子电池相比,三元锂离子电池在针刺和外部高温试验中温升最高、毒性气体释放量最大;在过电压充电时,三元锂离子电池极易发热,且表面温度升高较快,有明显的火灾危险性;锂离子电池燃烧产生的高温能使铁质外壳熔化,熔痕部位金相组织呈现电弧作用痕迹特征,电池金属外壳的金相组织长大且呈现不均匀分布。     

不同受热温度下一次短路熔珠显微特征分析

为考查冷却条件对导线一次短路熔珠显微组织的影响,实验模拟室内火灾的热环境,对一次短路熔珠进行加热处理,观察温度、加热时间对不同线径铜导线一次短路熔珠金相组织的影响.实验结果表明:温度及加热时问对铜导线一次短路熔珠的金相组织有较大影响,随着温度的升高,时间的增加,在达到某一温度后,细小的柱状晶逐渐长大,一次短路熔珠的细小晶粒变成粗大的柱状晶或胞状晶,有的甚至表现为等轴晶,与铜导线的火烧熔珠的金相组织特征有些相似.     

基于Bayes判别模型的火场中铜导线短路熔痕 定量金相鉴定方法研究

借助计算机图像处理技术,改进了定量金相分析方法,测量了20个一次短路熔痕和20个二次短路熔痕的金相组织,对数据进行了主成分分析,提炼出了晶粒特征因子、气孔特征因子和复合因子三个主成分,基于Bayes判别法建立了火场中短路熔痕定量金相分析判别模型,经自身检验和交互检验,准确率均高于80%,充分满足鉴定要求,为更加有效地应用定量金相法鉴别短路熔痕提供了理论依据。     

BVR多芯铜导线过电流故障下燃烧及火焰传播研究*

为深入研究BVR多芯铜导线过电流故障下燃烧及火焰传播特征,采用堆栈技术分析导线受热形变,并利用高速摄像机记录故障导线发热、熔断及绝缘燃烧现象,研究导线发热形变、熔断时间及燃烧时火焰传播速度与电流值变化关系。结果表明:当I=136 A时,导线不发生熔断,只有当高温线芯直接接触周围可燃物才可引发火灾;当I=153 A时,导线会发生熔断现象,且熔断时间随过电流值升高而缩短;当I=204 A时,导线发生熔断,断路电弧引燃周围热解气体,火焰前沿迅速蔓延至导线两端,平均火焰前沿传播速度达2.2 m/s,平均明火持续时间达8.2 s,整根导线无需外界可燃物即可发生明火燃烧。研究结果可为起火原因认定提供技术指导。     

基于Matlab的短路熔痕凝固过程中熔体温度测算方法*

为解决无法对瞬时凝固的熔痕高温熔体进行测温,从而致使火灾物证鉴定界对短路熔痕组织形成规律无法达成共识的问题,使用高速摄像机采集熔痕形成时熔体的彩色影像,运用Matlab图像色温识别技术,对熔体凝固时的色彩变化进行识别与分析,从而建立测算短路熔痕凝固速率的方法。结果表明:该方法的平均标准差为9.63,标准不确定度为2.55 K,计算结果满足测试要求;在测算的10个熔痕中,灭弧瞬间熔体温度为1 734.03~2 759.15 K,初始冷却速率为-255.16~-86.61 K/ms,凝固时长为46.45~87.99 ms;灭弧时熔体温度与初始冷却速率呈近似正相关关系,与熔痕体积无关。通过此方法测算短路发生时高温熔体的温度变化,可为研究短路故障迸溅熔痕引燃、熔痕组织变化规律提供方法支持。     

基于PCA-BP神经网络的多股铜导线 熔痕定量金相识别方法研究

为实现火灾现场中多股铜导线熔痕的自动识别,采用主成分分析(PCA)和反向传播(BP)神经网络算法对四种多股铜导线熔痕(一次短路熔痕、二次短路熔痕、过负荷熔痕和火烧熔痕)的金相组织进行了识别研究。利用Image-Pro Plus 6.0和Axio-Imaging软件获取每种熔痕30组17维金相组织参数数据,采用PCA对四种熔痕共120组数据降维,获得前6个主成分得分矩阵,建立具有6个输入层节点,10个隐层节点和4个输出节点的神经网络模式识别模型。随机抽取每种熔痕的20组样品的主成分得分矩阵作为训练集,将每种熔痕的剩余10组主成分得分为测试数据,输入最终训练完成的模型进行识别,其识别准确率达到92.5%。实验结果表明采用PCA+BP神经网络的算法,可以较好地实现多股铜导线熔痕识别,为火灾物证鉴定工作提供了有力的工具。     

基于CNN_LSTM模型的复杂支路故障电弧检测*

在低压交流配电系统中,当多支路并联的复杂系统的某1支路中出现串联电弧故障时,识别难度大幅提升。为了预防此类情况引发的电气火灾,提出1种卷积神经网络(CNN)与长短时记忆网络(LSTM)结合的串联故障电弧检测方法。首先,搭建实验平台用以采集不同负载在不同支路下发生故障时和正常工作时的干路电流数据;然后,构建CNN_LSTM模型并做出相应改进,将电流数据直接输入到模型中,由模型自主提取波形特征并进行分类。研究结果表明:该方法可以快速、准确地识别出电弧故障,准确率达99.04%以上,且能够较为准确地检测出是哪类负载所在的支路发生电弧故障,准确率达97.90%,可为复杂支路下的电弧故障识别研究提供参考。     

Numerical simulation and experimental study on metallographic structure characteristics of melting trace caused by overcurrent fault of copper wire

The microscopic characteristics of melting trace caused by copper wire fault are an important basis for the physical evidence identification of electrical fires. Metallography is an important method in electrical fire research, and computer-aided quantitative analysis on metallographic structure is common in materials aspect. In this study, the metallographic structure and phase composition characteristics of melting trace caused by overcurrent fault were explored with the aid of a metallographic microscope and an X-ray diffractometer (XRD). The results show that the grains are mainly slender dendritic and columnar crystals when the current is 128 A, while they are coarse dendritic and cellular crystals when the current is greater than 192 A; the average grain diameter of melting trace of copper wire grows with the increase in current. The main phases of melting trace caused by overcurrent fault of copper wire are α-Cu base and Cu₂O, and the new phases Cu₄Si and Cu₂Mg are formed when the current is higher than 160 A. In addition, the solidification process of metallographic structure of copper wire under different currents was simulated by the Procast software. It is found that the simulation results are basically in agreement with the experimental data, which suggests that this model can effectively predict the microstructure characteristics of melting trace of copper wire under different currents. The research results can provide a sound basis for the physical evidence identification of electrical fire and improve the accuracy and scientificity of electrical fire investigation.     

碳电极直径与负载特性对故障电弧断路器响应时间影响研究

为解决故障电弧断路器动作响应滞后、效率低等问题,基于电气火灾多发原因与防控实验装置、功率因素可调式负载柜,搭建故障电弧模拟实验台,研究故障电弧断路器响应时间影响因素,利用功率分析仪统计断路器响应时间。研究结果表明：纯电阻电路中,断路器响应时间随碳电极直径增大而缩短;在负载功率P=800,2 000 W条件下,碳电极直径D≥2 mm时,断路器瞬时保护率达100%;负载功率P=3 200 W时,断路器瞬时保护率小于50%;碳电极直径D为1,2 mm时,断路器最佳负载功率保护区间分别为[1 200,1 600] W,[800,2 400] W,碳电极直径为2 mm的保护区间范围较宽,安全可靠性更高;感性电路中,断路器响应时间随功率因数减小而延迟,功率因数对断路器动作响应时间的影响随负载功率增加而降低。研究结果可为故障电弧断路器响应时间的设定提供参考。     

在运有载分接开关故障多维统计分析

为加强分接开关故障的事前预防与隐患排查,保障电力系统的安全稳定运行,根据故障类型、产品类型和应用环境等维度,对国家电网公司在运分接开关进行故障统计分析.研究结果表明:分接开关发生"分接头不同步"的概率相对最高,二次回路的继电器故障频次最高;真空灭弧分接开关的故障概率略低于绝缘油灭弧分接开关;气候湿润地区、昼夜温差大地区...     

着床后引燃对电弧迸溅熔珠组织特征的影响

为探究迸溅熔珠着床后的热交换过程对其组织特征的影响,建立基于着床后高温迸溅熔珠的动态测温方法,从而揭示迸溅熔珠着床后引燃与否对其组织特征形成的影响规律。研究结果表明：引燃可燃物的熔珠受火焰热反馈和铜氧化放热的共同作用,着床后其温度出现反复波动,延长迸溅熔珠的冷却凝固时间,组织呈等轴状;无法引燃可燃物的熔珠在可测范围内,短暂升温后降温速率持续上升,组织更易呈现树枝状或胞状。研究结果可为准确认定电气故障电弧迸溅熔珠引发火灾提供技术支持。     

消防射水对导线火烧熔痕金相组织的影响

模拟火灾现场,制作不同线径铜导线的火烧熔珠,然后在不同温度下对熔珠进行冷却.利用金相显微镜对火烧熔珠的金相组织进行观察,发现铜导线火烧熔痕在不同温度下经消防射水冷却后,会出现类似一次短路和二次短路熔痕的金相组织.