消防科学与技术

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马砺, 蒋慧灵, 李阳, 刘树林, 徐阳, 黄霄, 闫小庆

2025 (10): 1441-1450.

摘要 ( 257 )

电气火灾监测预警对火灾防控尤为重要。本文针对电气火灾早期征兆复杂多样、风险预警不精准等问题，对引起电气火灾的短路、过载、接触不良诱发的超温、发光连接、故障电弧等多种故障耦合致灾机理研究进程进行分析，深入比较目前各类故障识别方法和模型，梳理了电气火灾监测预警技术的发展现状。从致灾机理、监测识别技术及其预警系统厘清了当前研究存在的关键问题和技术难点。提出通过开展电气线路故障之间转化致灾场景重现试验，揭示电气火灾本源性故障及转化机制；建立融合电气参量、热解气体、环境等多元信息的电气线路超温危险状态预测模型；研究电气线路发光连接的“电-热-气-光”多源识别与定位技术，提出多因素耦合条件下的电气线路故障电弧监测方法；研究基于云边端协同的电气火灾危险感知能力的智能监测预警系统，构建电气故障致灾图谱和研发AI电气火灾预警智能体等技术是提升监测预警准确率的发展趋势。

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过电流和接触不良对家用单相插座插头温升特性影响研究

王伟峰, 董梦洋, 纪晓涵, 刘亦香, 赵婧昱

2025 (10): 1451-1456.

摘要 ( 86 )

插座插头作为家庭配电系统中最常见的电气连接部件，其运行过程中的过电流与接触不良故障极易引发局部过热，是电气火灾的高频诱因之一。本文以额定电流为10 A和16 A的家用固定式插座插头为研究对象，采用2.5 mm² BV单芯铜导线与1.5 mm² BRV多芯铜导线构建试验系统，分别模拟过电流与接触不良两类典型故障工况，通过红外热像仪与电气故障模拟平台，对插座插头在不同工况下的温升特性及热失效过程进行系统研究。结果表明：当电流超过额定值4倍时，导线与绝缘层出现熔化、炭化及断裂现象，火灾风险显著上升；16 A两极接地插座插头的接触电阻升高至100 Ω时，即使在较低电流下，局部温度亦可突破180 ℃，若电流与电阻同时升高，最高温度可达350 ℃以上。此外，反复过载试验发现，同一插座插头在多次过载过程中，其温升速率持续增加，热疲劳累积显著加剧了热损伤与起火风险。本研究明确了插座插头在典型电气故障条件下的温升临界特性，为家用电气附件的结构设计、安全评估与火灾预警提供了重要的理论支持和试验依据。

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轻微过电流对BVVB护套线热解及绝缘阻抗的影响

盛亚雯, 韩芸, 郭鑫尧, 李阳, 韦臻

2025 (10): 1457-1464.

摘要 ( 63 )

线路超温故障是电气线路中常见的本源性故障类型之一，常由过电流引发，可导致绝缘材料热解、炭化，进而诱发短路击穿、断路等故障。既往研究多关注大过电流下护套线热解特性及击穿行为，而对轻微过电流时线路小幅升温对绝缘材料微观理化性质的影响研究不足。本研究以BVVB聚氯乙烯铜导线为研究对象，通过自制电气故障模拟试验装置制备轻微过电流样品，再使用绝缘阻抗测试仪、同步热分析仪、傅里叶红外光谱仪、场发射扫描电镜等，分析轻微过电流下绝缘材料的绝缘性能变化与微观理化结构之间的联系。结果表明：短期内的轻微过电流并未快速劣化绝缘性能，反而阶段性增强电绝缘能力。热重、红外和电镜结果证明这一现象源于共轭多烯结构的形成。本研究证明，轻微过电流短时间内会导致导线的绝缘性能阶段性增强，通过及时测量导线的绝缘阻抗变化，可以更早地预警电气火灾，及时排除潜在的电气火灾风险。

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多股铜导线局部断股发热引燃规律及熔痕特征研究

王强, 林义轩, 盛亚雯, 李阳, 龚健

2025 (10): 1465-1470.

摘要 ( 77 )

动物啃咬、挤压等机械破坏，可能造成导线绝缘层和线芯局部缺失，致使局部电阻增大发热而引发电气火灾。本研究利用自制电气火灾故障模拟平台，采用逐根截ZR-BVR多股铜导线局部线芯的方式控制电阻增量，以松木粉为典型可燃物，开展系统的发热引燃研究。通过红外热成像、高速摄像及金相分析手段，获取缺损导线的发热规律、引燃边界条件及熔痕形貌。研究表明，导线缺损部位引燃可燃物的必要条件是：可燃物释放出足量可燃气体，并在导线熔断时产生断路电弧。缺损程度较大或较小时，均无法实现引燃。引燃松木粉所对应的缺损工况主要集中在2股2 cm、4股8~10 cm及5股10 cm等区域。熔痕形貌与极性相关，正极端多呈圆球状，负极端多为尖状。引燃可燃物条件下，熔痕金相组织主要呈现等轴晶、气孔大、界限不清等特征；未引燃时则呈树枝晶，同时界限明显、晶粒本体较小。研究表明导线局部缺损确具引发火灾的潜在危险性。精准识别缺损位置并结合熔痕微观特征分析，可为此类电气火灾的成因判断和责任划分提供有力支撑。

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交流串联故障电弧对低压配电系统上下级电气特性的影响研究

叶艳超, 蒋慧灵, 邓青

2025 (10): 1471-1478.

摘要 ( 87 )

在消防安全领域，电气火灾隐患突出，已成为威胁生命财产安全的主要隐患，现有研究对串联故障电弧与上下级配电系统电气特性的联动探究不足。针对这一现状，本文以消防安全领域的实际需求为导向，聚焦低压配电系统，搭建交流串联故障电弧试验平台，设置 10 种工况，每组重复 3 次，采集故障电弧、上下级配电系统的电气信号。通过对试验数据的预处理，结合波形分析、余弦相似度计算、方差分析等方法，深入剖析三者电气特性的时域特征。研究表明：电弧点的故障时长最长，其次为上级配电系统，下级配电系统最短；故障电弧和上下级配电系统的电流峭度均在1.1~1.9之间波动，整体处于1.5~1.8的范围内，属于扁峭；电压峭度在故障电弧、上下级配电系统间的差异较大，故障电弧的电压峭度明显高于上下级配电系统的电压峭度；下级配电系统的电流冲击因数普遍高于上级配电系统，且两者均高于故障电弧点的电流冲击因数，说明故障电弧引发的瞬时电流冲击在下级系统中表现得更为显著；故障电弧的电压冲击显著高于上下级配电系统，并表现出更大的波动性与不确定性，上下级配电系统的电压相对稳定。通过捕捉故障电弧与低压配电系统电气参数的差异，将这些差异特征融入电气火灾监控系统，可提升系统对故障电弧的识别精度和响应速度，有助于改进低压配电系统故障电弧探测装置和构建低压交流配电系统的火灾风险防控体系。

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配电箱接触不良引发发光连接的动态变化

王林, 葛达辉, 赵艳红, 李阳

2025 (10): 1479-1485.

摘要 ( 60 )

为探究配电箱零排接线端子接触不良所引发的发光连接现象及其温升规律，本研究构建了可模拟接触不良状态的试验平台，系统开展了不同电流与扭矩条件下接线端子‒导线体系的温升试验，揭示了发光连接过程中的温度变化特征与导线宏观形态演变机制。通过控制电流大小与紧固扭矩以模拟不同程度接触不良，对温升过程及表观变化进行了观测与记录。结果表明，发光连接形成后的温升可分为2个典型阶段，且在不同条件下导线宏观变化特征一致；接触不良与电流共同显著影响发热程度：较小电流下接触不良即可引发发光连接，而大电流下温升急剧，火灾危险性显著增大，电气保护装置在该类故障下常无法及时动作，进一步增加火灾风险。本研究明确了接触不良引发端子发热的核心特征与风险机制，为配电箱系统的火灾预警与安全防护提供了试验与理论支撑，对提升配电系统在设计、维护过程中对接触不良类故障的监测与预防能力具有重要价值，并为后续多变量耦合条件下的发光连接研究奠定了基础。

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配网导线单相触树接地故障中炭化通道的演变特性研究

周瑶, 何建波, 柳明贤, 沈雪明, 李自平, 宁文军

2025 (10): 1486-1494.

摘要 ( 49 )

配网线路高度较低，周围树木易与线路搭接形成单相触树接地故障（TSF），严重情况下可导致火灾。TSF的一个重要特征是树枝表面炭化通道的形成与发展。观测炭化通道形态可以定性判断故障进程，但仍然缺乏与TSF电气特征量对应的定量关系。基于此，在10 kV试验线路上模拟TSF，借助电气参数测量、高速摄像和红外测温等手段，研究TSF发展全过程中的泄漏电流、燃烧图像和温度分布，建立炭化通道发展形态这一定性特征与泄漏电流这一定量参数的关联性。结果表明，TSF可根据泄漏电流发展特征划分为5个阶段：炭化通道初始发展阶段、横向发展阶段、纵向发展阶段、抑制阶段与引燃/停止阶段。结合电流波形与高速拍摄图像，详细分析了每个阶段内炭化通道的发展形态与成因。结果表明，泄漏电流的变化趋势与炭化通道发展过程存在阶段关联性。针对故障过程中的电阻U形曲线进行了分析，其主要成因来源于炭化通道发展与水分蒸发的时间不同步性。研究结果可为导线单相触树故障的识别与监测提供理论参考。

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基于ReGAT-ResNet的电气线路超温三诱因识别方法研究

李利, 王昊舟, 潘红光, 石珂珂

2025 (10): 1495-1501.

摘要 ( 51 )

当电气线路中出现过载、谐波以及非周期电流等异常工况时，极易导致线路温度异常升高，进而引发电气火灾。快速、准确地识别这些超温诱因，是提升电气火灾预警准确率、保障消防安全的关键。本文提出了一种基于递归图-图注意力机制与残差网络（ReGAT-ResNet）的电气线路超温诱因识别方法，利用超温诱因电流信号的时序依赖性，通过相空间重构将其映射为高维轨迹，并结合递归图方法提取时间动态结构特征，引入图神经网络对图结构数据进行建模，构建了三层图注意力网络（GAT），并通过引入残差连接机制增强了深层特征的稳定传播与融合能力，同时使用全局平均池化与全连接层实现分类预测。利用不同工况下的过载、谐波以及非周期电流试验数据集进行验证和分析，试验结果表明，该模型的诱因识别准确率为99.57%，可为电气火灾的早期预警与消防风险防控提供有效的技术支撑。

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过载和直流分量作用下五芯电缆温度场仿真分析

潘红光, 张亿, 何瑢, 王运涛

2025 (10): 1502-1509.

摘要 ( 44 )

过载和直流分量会增大导体电流的有效值，电流有效值超过最大载流量时会产生附加损耗，导致电缆温度升高甚至引发电气火灾。针对多芯电缆在过载和直流分量下的温度场演变和电气火灾风险评估的问题，本研究利用COMSOL Multiphysics搭建了WDZ-YJY（4×50+1×25）型五芯电缆的电磁-热耦合模型，模拟不同程度过载和直流分量下的电缆温度场。结果表明，正常运行时，缆芯温度为61.61 ℃，随着过载倍数的增加，缆芯温度逐渐升高并最终趋于稳态，当过载1.3倍时，缆芯最高温度达到90.35 ℃；直流分量从1%增加到10%的过程中，缆芯温度呈现小幅度的上升趋势，当直流分量为10%时，缆芯最高温度达到64.56 ℃。过载使电缆温度显著升高，超90 ℃安全限值后易加速绝缘老化，存在引发电气火灾的危险；直流分量的热效应与过载相比较弱，但在高直流分量下，电缆温度升高较明显。该研究有助于评估电缆的运行状态，为电气火灾早期监测系统中的热风险识别和告警阈值设置提供理论支撑，提升复杂运行条件下的多芯电缆状态评估和风险预警能力。

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融合谐波-过载诱因的单芯电缆温升预测研究

李小艳, 刘树林, 赵永秀, 孙龙杰

2025 (10): 1510-1516.

摘要 ( 46 )

针对现有温度预测方法多聚焦于单诱因，忽略谐波与过载的耦合作用对电缆温升的影响，导致预测误差大的问题，以低压单芯电缆为研究对象，基于傅里叶定律和能量守恒定律，构建过载诱因下电缆暂态热平衡方程；引入趋肤效应修正电阻，构建谐波诱因的暂态热平衡方程；通过耦合两种诱因的方程，确定边界条件，建立融合谐波-过载的暂态热平衡数学模型，通过有限差分法对其进行数值求解，深入分析过载、谐波及融合二者的温度演化趋势，并通过COMSOL仿真进行对比验证。结果表明：电缆稳态温度与过载倍数呈非线性增长关系；在各次谐波含量一定时，随着更高次谐波的叠加，电缆温升的幅度逐渐减小；数值结果与仿真结果的误差为1 ℃以内，验证了模型的正确性。

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基于电磁-热耦合的过载工况下低压五芯电缆温度预测

赵永秀, 房家昶, 孔令豪, 刘树林

2025 (10): 1517-1523.

摘要 ( 58 )

针对传统热路模型在预测低压五芯电缆过载温度时因多相热源耦合、几何非均匀性及电阻温度效应导致的精度不足问题，建立一种基于电磁-热耦合的二维暂态温度场有限元模型。以YJV 5.0×2.5 mm²低压电缆为研究对象，通过求解麦克斯韦与暂态热传导方程，结合Galerkin弱形式离散和隐式欧拉时间积分算法，得到不同工况下的电缆温度演化趋势。结果表明，三相对称工况下B相是绝缘失效高风险区域，环境温度从15 ℃升高至40 ℃，缆芯稳态时温升为27.53 ℃，损耗增幅为18.68%；负载电流由15 A升高至35 A，缆芯稳态时温升为81.1 ℃，损耗增幅为37.18%。试验结果表明，模型预测外护套温度平均绝对误差小于3%，且3 600 s暂态仿真可在5 min内完成。该模型解决了传统方法对多物理场耦合的简化局限，可应用于电气火灾危险排查与过热警报，为电缆载流量动态评估、超温预警及过热保护提供理论依据。

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基于概率报警的电气火灾综合预警方法研究

王菁川, 李明, 吴建彬

2025 (10): 1524-1529.

摘要 ( 118 )

电气火灾作为我国主要的火灾类型之一，长期威胁着人民生命和财产安全。传统基于固定阈值的报警系统在复杂多变的用电环境中适应性差、误报和漏报率高，限制了预警效果。本文针对这一问题，提出了一种概率报警模型的电气火灾综合预警方法。该方法基于贝叶斯网络与长短期记忆神经网络（LSTM）构建了双层动态风险评估框架，能够对线路超温、发光连接及故障电弧等关键隐患特征进行联合建模和时序分析。研究设计了相应的预警指标体系及数据采集处理方案，开发了集数据分析、风险评估与预警推送于一体的综合预警平台。通过小样本试验验证，结果表明该方法能够有效区分正常与故障工况，显著提升了预警准确率和自适应能力，为智能化监测预警系统建设提供了新路径。

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基于多特征融合神经网络的发光连接故障识别技术

杨鹏涛, 吕亮, 朱恺, 汲胜昌, 徐阳

2025 (10): 1530-1539.

摘要 ( 52 )

电气线路中因接触不良引起的发光连接故障极易诱发电气火灾，但发生发光连接故障的位置常常是未知的。为了解决检测困扰，搭建了发光连接试验平台，将检测重点聚焦为发光连接试验回路的回路电流，提取其时域、频域及时频域特征。针对实际场景中样本量少、数据不平衡问题，建立基于Wasserstein梯度惩罚生成对抗网络，用于数据增强。最后搭建一维卷积神经网络，对实验室得到的新样本进行识别。试验结果表明：发光连接故障与正常状态的回路电流在5~15 kHz特征频段可以进行区分。所搭建的发光连接故障识别模型训练准确率达99.93%，成功实现了实验室得到的15组回路状态的故障识别。

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数字孪生电气火灾早期智能监测系统设计与应用

皮芳思, 吴建彬, 田泽

2025 (10): 1540-1546.

摘要 ( 75 )

针对电气火灾隐蔽性强、预警不及时等问题，设计了一种融合数字孪生技术的电气火灾早期智能监测系统。系统构建在“云-边-端”一体化架构的基础上，深入融合数字孪生五维模型理论，集成多维感知、人工智能与大数据分析等关键技术，实现从数据采集、边缘分析到云端融合的全流程智能化。通过前端设备采集电气系统的多维运行数据，边缘计算模块实现实时处理与预警响应，云端平台整合配电系统的数字模型、孪生数据、电气绝缘老化预测模型及风险评估模型，全面展现电气系统的运行态势与潜在风险，并通过“风险一张图”的形式直观地呈现火灾风险分布，实现三级配电系统数字孪生模型的精准刻画，增强了电气火灾的主动感知与智能防控能力，为电气系统提供全方位安全保障。

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基于EWT-WOA-ELM的电气线路发光连接诊断方法

吕亮, 杨鹏涛, 朱恺, 徐阳, 汲胜昌

2025 (10): 1547-1559.

摘要 ( 42 )

接触不良是低压线路中常见的火灾诱因，接触不良达到一定高温后会引发电气线路发生发光连接故障，具有极大的火灾隐患。为了对电气线路发光连接故障进行诊断，提出了基于经验小波变换（EWT）的时频域特征提取方法，并基于融合特征集，使用鲸鱼优化算法（WOA）获取了极限学习机（ELM）的最优输入权值和隐含阈值，并提出了基于EWT-WOA-ELM的神经网络模型。结果表明：模型的最优隐含层神经元个数为18，本模型交叉验证平均准确率和平均交叉熵损失分别为96%和0.623 9，实现了不同工况下对正常状态、发光连接阶段前期和末期的故障诊断。采取不同试验室的数据使用本模型进行验证，发现模型识别状态与实际状态一致。

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基于时域反射法的电力电缆局部过热缺陷定位方法

郑建康, 褚子平, 张辉, 齐浚楷, 孙海琳

2025 (10): 1560-1565.

摘要 ( 44 )

为了研究因电力电缆过热引发火灾的早期预警方法，搭建了基于时域反射法的电缆局部过热缺陷定位试验平台，开展了离线与在线定位试验，利用定位误差评估时域反射法的定位性能。结果表明：离线定位试验可实现定位误差不超过1.86%，具有良好的定位效果。为了实现在线定位，在电缆与时域反射仪之间配置了高通滤波器，以抑制工频干扰并保证高频脉冲的传输。将该高通滤波器设计为一个五阶的巴特沃斯高通滤波器，其截止频率为221.1 Hz, 在50 Hz处衰减60.21 dB，经仿真与试验验证，满足设计指标。在线定位试验发现，测试信号注入效率仍然较高，测得定位误差为7.8%。研究成果对于避免突发性大面积停电事故，有效提高消防工作效率，降低电缆通道火灾发生概率具有重要意义。

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采用电容电流隔离法防止配电网单相接地引起山林火灾

刘健, 张小庆, 常小强, 张志华, 杨过

2025 (10): 1566-1572.

摘要 ( 48 )

为了防止因穿越山林高火险区域的配电网单相接地故障引发山林火灾，论述了单相接地引发山林火灾的引燃条件，分析了单相接地时零序电压与系统电容电流的关系，提出一种对于中性点不接地、经消弧线圈接地和经小电阻接地系统都适用的防止配电网单相接地引起山林火灾的方法：采取隔离变压器将存在山火风险的配电线段的电容电流与系统电容电流隔离，在隔离变压器的下游配置一台具有自动化功能的智能开关，以降低有山火风险的线路区段的电容电流，从而提高单相接地检测的抗过渡电阻能力，防止因单相接地故障引起山火。讨论了差异化的隔离变压器与智能开关配置策略、继电保护配合和断线处理等技术问题。给出了真型试验结果和案例分析，表明所建议方法的可行性。

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压缩空气泡沫扑灭受限空间变压器火灾有效性研究

王雅妮, 王立永, 叶宽, 赵金龙

2025 (10): 1573-1578.

摘要 ( 63 )

为研究压缩空气泡沫（CAFS）抑制地下受限空间变压器火灾的有效性，开展了不同变压器火灾场景下110 kV实尺度灭火试验，分析了受限空间不同区域泡沫液质量、析液时间、灭火过程、特征温度等参数变化规律。冷喷结果表明：喷射出的泡沫能够快速覆盖保护区域，变压器顶部区域泡沫覆盖量最大，最大覆盖量可达50 kg/（m2·min），这主要是由于CAFS喷淋管中3/4喷口朝向变压器顶部；泡沫的25%析液时间为220 s。灭火测试效果表明：CAFS能够扑灭受限空间不同场景的变压器火灾，扑灭最不利火灾场景的时间为14 s；CAFS对于泡沫覆盖区域冷却效果显著，对于泡沫液无法直接作用区域冷却效果较差，实际应用中建议采取其他措施辅助降温。

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家庭用电负载下故障电弧断路器性能评价技术研究

陈斌, 马楠, 马俊铭, 陈钦佩

2025 (10): 1579-1584.

摘要 ( 58 )

电弧故障引发的电气火灾事故时有发生。本文对比分析市面上电弧故障保护装置的检测算法，选取典型家庭用电特征负载，并建立故障电弧断路器性能量化评价体系，通过创新性地引入并量化分断时间变异系数、分断时间快慢和误脱扣次数3个关键性能指标，基于熵权法进行权重分配，提出了一种基于性能量化的评价方法。以基于傅里叶变换检测方法、小波变换检测方法以及结合人工神经网络检测算法的故障电弧断路器为实例验证，并依据国家标准GB/T 31143-2014及本文的性能量化评价方法进行测试。验证结果筛选出对特定家用特征负载发生失效的故障电弧断路器，表明本文提出的性能量化评价体系能够有效衡量故障电弧断路器在典型家庭用电特征负载下的性能，为家庭用户的实际用电场景提供指导。

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