第一章绪论
1.1课题的背景和意义
按照起火原因引发重特大电气火灾的具体原因所占比例，对1997年-2004年我国重特大电气火灾中有详细信息可查的444起火灾案例进行统计的数据详见表1.2。从统计数据分析表明:引发重特大电气火灾最多的是线路(即电线或电缆)，所占百分比高达52.0%，其中绝大部分是低压线路电气火灾。电气火灾的起火原因多为短路、过负荷、接触不良、过热、漏电等故障性电气火灾，其相加所占比例达到73%，其中，短路是引发重特大电气火灾最严重的故障形式，所占百分比高达42%。电气火灾无论发生起数和直接经济损失都占据了各类火灾之首位，由于电气产品的不断推陈出新和电气故障形式的多种多样，电气火灾形成疑难火灾的比率较高。面对严峻的电气火灾形势，查清起火原因，及时采取有效措施，有效地预防类似火灾事故的再次发生，保障人民生命安全，减少社会财产的损失是目前火灾调查和技术鉴定工作的重点。但是目前已有的各种鉴定方法均具有一定的局限性，且相互之间的协同性也还存在一些问题，影响了各种电气火灾鉴定方法更好地发挥作用。为进一步提高我国电气火灾鉴定能力、技术水平和国际地位，给消防部队准确认定起火原因提供依据，指导火灾现场调查人员有针对性的提取电气火灾物证，急需开展电气火灾更深层次的火灾模式和传播特征的研究。
大量实验研究表明，在电气火灾中，电气熔痕形成的先后时序不仅与火灾过程相关，还与电气局部故障(如短路、过电流等)密切相关。电气故障传播有明显的时序规律，如果借助电气故障传播时序分析方法，分析火灾发生过程中电气设备、电气线路和残留物形成特征是非常有帮助的。为此，提出以电气故障分析与各种电气火灾鉴定方法相结合为核心的电气火灾综合鉴定技术理论。本课题来源于公安部，是十一五重大项目。是针对社会公益性服务中火灾原因调查与鉴定而进行的一项研究。通过研究低压线路常见电气火灾产生的原因、分析认定的方法，得到对电气火灾整体性分析研究的具体方法，提高人们对低压线路电气火灾问题的认识，促进我国线路电气火灾分析、认定、预防技术水平的提高。本课题研究成功后将直接应用在消防部门的火灾原因调查和痕迹物证鉴定机构，直接体现的是社会效益。它将为提高火灾现场物证提取和原因认定的准确率，拓展痕迹物证鉴定技术和方法的适应性，分清火灾责任，最大程度的避免类似火灾的再次发生发挥极其重要的作用。对保障国家安全、促进社会可持续发展及提升我国相关产业竞争力也起到一定的作用。
1.2国内外研究现状
针对电气火灾日益突出的问题，国内外学者进行了大量的研究工作。当前国内学者对电气火灾的成因和预防措施等问题的研究较多，但没有在整体上对电气火灾产生的原因、分析认定方法以及相关预防措施进行全面系统的研究。相对来说，国外的研究内容更为广泛，且在电气火灾的原因认定等方面对电气火灾进行了较为深入的研究。但对用电气故障传播时序分析方法来对火灾原因进行鉴定还未有较深入的研究。
第二章典型的低压配电系统
为了分析典型建筑电气火灾故障，那么我们首先应研究典型建筑配电系统，即线路和设备的组成及连接方式。
2.1低压配电系统的组成
典型建筑中的用电设备大致可分为两类:一类是需要接在三相电源上才能正常工作的三相用电设备，如三相电机、风机水泵及空调机等，其每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等，为三相对称性负载;另一类是只需接在单相电源上就能正常工作的单相用电设备，如照明灯、家用电器、电脑等，它们可以接在三相电源中的任意一相相电压或线电压上，对于电源来说，多个单相用电设备也组成三相负载，但各相阻抗一般难以相等，往往是三相非对称负载。
第三章 建筑电气火灾故障原因分析 .................25-38
3.1 电气火灾中电气故障型式.............. 25-35
3.1.1 短路火灾原因分析 ..............25-27
3.1.2 不同性质短路火灾分析 ..............27-30
3.1.3 接触不良火灾原因分析 ..............30-32
3.1.4 过载原因分析 ..............32-34
3.1.5 漏电原因分析 ..............34-35
3.2 电气火灾发生的基本原理和能量传播形式.............. 35-37
3.2.1 电气火灾发生的基本原理 ..............35-36
3.2.2 电气能量传播.............. 36-37
3.3 本章小结.............. 37-38
第四章 低压配电线路的故障仿真.............. 38-60
4.1 仿真工具 Matlab/Simulink简介 ..............38
4.2 仿真模型..............38-40
4.3 故障仿真与分析 ..............40-59
4.3.1 单相接地故障仿真与分析.............. 40-43
4.3.2 两相相间短路故障仿真与分析 ..............43-47
4.3.3 两相接地短路故障仿真与分析 ..............47-49
4.3.4 三相短路故障仿真与分析 ..............49-53
4.3.5 接触不良故障仿真与分析 ..............53-56
4.3.6 过载故障仿真与分析.............. 56-59
4.4 本章小结.............. 59-60
第五章 基于人工神经网络的故障识别.............. 60-72
5.1 人工神经网络简述.............. 60-65
5.1.1 概述 ..............60-62
5.1.2 BP神经网络基本原理 ..............62-65
5.2 神经网络的设计.............. 65-71
5.2.1 样本数据的采集.............. 65
5.2.2 网络结构的确定.............. 65-67
5.2.3 网络的训练.............. 67-71
5.3 本章小结 ..............71-72
结论
电能在当今社会是不可缺少的。但因电能使用不当引发火灾(即电气火灾)事故频频发生。给人民的生命和财产造成了巨大的损失。因此，查清起火原因，有效地预防类似火灾事故的再次发生，是目前火灾调查和技术鉴定工作的重点。论文在查阅大量国内外资料的基础上，对能引起火灾的典型电气故障进行了仿真分析，并对故障进行模式识别，为电气火灾调查和技术鉴定提供了参考依据。主要结论如下:
(1)对典型低压配电系统各组成部分进行了分析，对不同的接地形式及配电系统的方式的分析，得出常用的较为安全的方式即:TN一C一S即四线半系统。其特点是三相电源直接接地、末级供电变压器中性点直接接地。对各种继电保护装置的研究，得出各级断路器动作特性应能彼此协调配合，按选择性动作。大多数情况下，系统运行是安全的。
(2)对电气火灾发生的机理进行分析，得出几种典型的电气火灾故障原因，包括短路、接触不良、过载、漏电。并对各种故障进行详细分析。首次提出电气能量的传播，线路过负载能引起线路短路、接触不良、漏电等故障，接触不良能引起短路等故障，短路故障能引起过电流过电压等故障。
(3)建立了Matlab仿真故障模型，对短路、接触不良、过载故障进行仿真分析，通过仿真，确定了不同地点发生各种故障的现象，归纳出各种故障模式的特点。
(4)提出基于人工神经网络的故障判断的方法，火灾原因的鉴定方法有很多，但各种方法都有其局限性，本文通过对火灾发生后的现象及各保护电器的动作情况建立人工神经网络计算模型，采用带动量的批处理梯度下降法学习算法的BP神经网络，具有精度高、收敛快等优点，初步获得了火灾发生的原因，再结合其它的方法，一定能找到引起火灾的真正原因。
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