地下建筑电气火灾的原因分析和防范措施探讨

张永平

(西安市临潼区公安消防大队，陕西西安 710600)

1 某地下建筑电气火灾的原因分析

为了探讨地下建筑电气火灾的具体原因，笔者以某地下建筑工程的电气施工为例，从高低压配电的角度对火灾产生的原因进行探讨。

1．1 案例工程基本情况

某大型高层建筑占地面积143 500m2，建筑面积2 439 900m2，地上18层，地下1层，地下1层是做地下车库和人防物资库，其地下部分分为A，B，C三个区域:

1)引入两路10 kV的专用电源，用于承担工程的所有用电负荷，采用一级供电等级，用于应急照明、电梯、消防用电、通讯机房、设备监控、变电配所等。

2)工程有4台功率不等的柴油发电机组，其中2台置于B区的南面，1台置于B区的北面，功率皆为1 500 kW，用于本区域的应急负荷供电;1台置于A区的南面，功率为800 kW，负责整个区域的应急负荷供电。

3)10 kV线路装置了继电保护装置，譬如B区域将RCS-9611A-BJ的继电保护装置装配在总变配电所，为10 kV配电线路提供三相定时限过、零序、电流速断等保护。

1．2 案例工程电气火灾的原因预测

以上是案例工程电气设备的基本配置，笔者经过现场勘查，认为其高低压配电系统存在短路、漏电、接触不良、过载等安全隐患，而且任何一个隐患因素，都有可能造成电气火灾。

1)工程现场湿度高，加快线路和设备绝缘体的老化速度，一旦电气设备各个电位的导电位置和金属体触碰，必然造成短路。电气线路在发生短路故障之后，短路的回路电流量会骤然增大，并产生电弧和高温，很有可能点燃短路位置的可燃物，可见潜伏非常大的电气火灾事故隐患。

2)工程现场很多电气设备，可能会在长期潮湿、高温、多尘环境的影响下，而逐渐丧失绝缘性。此时电流会泄漏到线路外，如果接触到建筑物或者其他接地物体，就会在漏电的路径范围内，产生高温、电弧和电火花，从而酿成漏电火灾，尤其是低压配电线路的漏电火灾，是所有线路电气火灾中最难防范的一种。

3)工程现场有很多种类的电气设备，线路非常复杂，其中不乏高负荷的线路，但没有具体的措施控制线路电流的安全载流量，因此不排斥会出现电路电流超标的情况。线路电流的超荷载瞬间，产生的高温极有可能烧坏线路的绝缘外壳，进而点燃周围的可燃物体，也有可能造成线路短路等故障，而这些故障都是诱发电气线路火灾的重要因素。

4)工程现场导线之间、导线与配电之间、输配电设备之间，存在接触不良的情况，纠正这些错误之前，笔者在现场做了局部的小实验，发现存在以上接触不良情况的线路，会有通电回路电流的作用，接触位置的温度、电弧等都存在异常迹象，所擦出的火花足以点燃周围的可燃物，具有酿成接触不良火灾的可能性。

2 地下建筑电气火灾的防范措施

鉴于上文案例工程提到的高低压配电电气火灾的具体原因，笔者认为有必要从高低压配电的角度，制定具体的电气火灾防范措施。

2．1 高低压配电柜的设置

高低压配电柜是安全配电的关键，也是电气火灾防范的最基础保障，案例工程中的高低压配电柜设置，要综合考虑施工现场的客观环境条件:

1)本工程的高压配电柜建议采用KYN28-12型铠装中置式交流金属封闭开关柜，这种型号的高压配电柜，其中断路器采用12 kV，3．15 kA 的真空断路器;额定电压为 3 kV，6 kV，10 kV;额定电流为 630 A，1 250 A，1 600 A，2 000 A，2 500 A，3 150 A;额定频率为 50 Hz;额定短时耐受电流为20 kA，25 kA，31．5 kA，40 kA;额定峰值耐受电流为50 kA，63 kA，80 kA，100 kA;额定工频的极间和极对地耐受电压为42 kA/min;额定工频的断口间耐受电压为48 kV/min;额定雷击极间和极对地冲击耐受电压为75 kV;额定雷击断口间冲击耐受电压为85 kV;额定短路持续时间为4 s。

2)本工程的低压配电柜建议采用MNS型抽屉式低压开关柜，这种开关柜在短路的时候，可以减轻回路电流的负荷，并在发生火灾时，将非消防设备的电源切断。笔者觉得这种设备不仅结构通用性强，而且以电器区、电缆区、母线区明朗的区域划分，提高设备运行的可靠性和便利性。经检验，测定MNS型抽屉式低压开关柜的额定工作电压为AC380V，AC660V;额定绝缘电压为AC660V;额定频率为50 Hz;水平主母线的额定工作电流为630 A～4 000 A;垂直支母线的额定工作电流为1 000 A～1 300 A;水平母线额定短时耐受电流为50 kA，80 kA，105 kA;垂直母线额定短时耐受电流为50 kA，80 kA。

2．2 低压配电系统的施工方法

案例工程低压配电系统需要在维护、供电安全方面等角度入手，建筑电气主接线的施工是低压配电系统施工的主要内容之一，除了要确定配电系统的地位、进出线回路数，还要测定设备的负荷特点，确保接线的安全性、可靠性、灵活性和经济性。

1)放射式接线施工。案例工程A区电气设备的容量大，而且负荷集中，某些电气设备需要以集中连锁的模式，才能够正常启动和启停，另外A区放置腐蚀性介质和爆炸物，该区域没有设置低压配电设备，所以可以采用这种接线施工方法。

2)树干式接线施工。案例工程B区电气设备的容量比较小，而且负荷的分布相对较为均匀，对供电的可靠性要求不会特别严格，因此可以采用树干式接线施工的方式。

3)环式接线施工。案例工程C区要求配电具有较高的可靠性，即无论任何一个线路出现故障，都不会造成大面积停电。这种接线施工方式是在树干式接线的基础上，将树干式配电干线的尾端和电源端连接，形成环式的配电模式。

以上三种低压配电系统接线施工方式，是在针对A，B，C区接线施工存在安全隐患问题的基础上，而“量身定制”的接线方式，有效地防止高低压配电系统火灾事故发生。

2．3 高压配电系统的施工方法

案例工程的高压配电系统为10 kV，其施工的重点是继电保护，工程采用了RCS-9611A-BJ继电保护装置，起到了三段定时限过流保护的效果。其具体的施工方法如下:

1)继电保护的整定施工。首先是电流速断保护效果的实现，可以采用瞬时电流速断保护整定和灵敏度检验的方式，整定的目的是确保外部出现短路的时候，躲过线路末端的故障，可以根据线路末端短路时的最大短路电流和相关系数予以确定，在整合之后，需要检验其灵敏度，其检验的依据包括配电系统的等效相电势、单位长度线路正序阻抗、系统最小运行的等值对抗。其次是定时限过电流保护整定，根据保护最大负荷电流、可靠系数、返回系数、负荷自启动系数等进行确定，在检验其灵敏度的时候，要求检查被保护的线路末端是否短路。

2)零序电流保护施工，由于本工程10 kV高压配电系统的网络线路复杂，需要采用零序电流保护的方式，全面提高系统的可靠性。这种方法的基本原理是消除接地系统短路时的零序电流分量，其施工的方法是零序电流保护的整定。案例工程的A区，B区，C区的具体施工方法为:

A区的零序电流保护施工，需要根据可靠系数，预测线路末端接地出现短路时，所流过的最大零序电流，其中对其保护的最小范围必须大于保护线路长度的0．15倍，而且整定时的动作延时为0。

B区的零序电流保护施工，需要利用可靠系数，然后根据实际情况选取分支系数的最小值，以及A区相邻线路的零序保护整定值，根据整定值的大小，判断灵敏系数是否符合规定，必要时对该区零序的灵敏度进行校检，而关于零序电流保护的动作时间，需要结合时限级差分情况控制，这是零序电流保护施工的后备保护措施。

C区的零序电流保护施工，是在B区零序电流保护的基础上，当下一条线路出口躲开位置存在三相短路问题，根据流过保护装置的不平衡最大电流，整定零序电流的保护，其依据包括四个方面:a．非周期的分量系数;b．电流互感器的同性系数;c．电流互感器10%以内的误差大小;d．三相短路于下一级线路末端的最大电流。至于C区零序灵敏度的检验，有近后备保护和远后备保护两种方式，鉴于C区采用环形网络的模式，因此要按照阶梯原则选取某一线路配合B区的保护，作为动作时限的起始点。

以上A，B，C区是案例工程划分的三个区域，各个区域的继电保护整定施工和零序电流保护施工，能够在最大限度范围内消除施工的火灾隐患因素，譬如接触不良火灾，C区的环形网络零序电流保护施工，通过与B区线路的配合，提高线路之间的接触水平，从而控制接触不良火灾的发生。

3 结语

地下建筑电气设备长期处于潮湿、高温、多尘的地下环境中，低压配电线路容易出现短路或者漏电的故障，从而酿成电气火灾。为了控制火灾的发生，笔者通过对某地下工程建筑电气施工现场进行调查研究，发现高低压配电系统存在短路、漏电、接触不良、过载等安全隐患，都是导致电气火灾发生的诱因。鉴于这些原因，笔者认为要合理设置高低压配电柜，为电气火灾防范提供基础保障，并分别根据施工实际情况，制定具体的低压配电系统和高压配电系统施工方法。

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