一起商用冷柜火灾残骸物证鉴定研究

王 粤，陈清光，袁 智，黄安清，莫善军

(1.广东省安全生产技术中心，广州，510060；2.中山大学工学院，广州，510006；(3.中山大学广东省消防科学技术重点实验室，广州，510006)



一起商用冷柜火灾残骸物证鉴定研究

王 粤1，陈清光1，袁 智1，黄安清1，莫善军2,3*

(1.广东省安全生产技术中心，广州，510060；2.中山大学工学院，广州，510006；(3.中山大学广东省消防科学技术重点实验室，广州，510006)

为完整地描述火灾事件发生及发展，确保火灾物证鉴定结论与现场勘验相符合，以一起商用冷柜火灾残骸物证鉴定为例，采用划分物证残骸的电气故障区域、利用金相法与电气故障传播时序分析法等方法进行综合鉴定，确定该冷柜的故障点、起火原因，并构建电气火灾发生、发展的蔓延过程。可为火灾物证鉴定技术研究工作提供一定的参考。

电气火灾；火灾残骸；物证鉴定；时序分析；一次短路

0 引言

目前，我国火灾事故频繁发生，由电气引起的火灾占火灾总数的30%以上[1]，其中，广东、浙江等发达省份火灾起数与死亡人数均高于其他省份[2]。针对火灾事故调查，美国著名的《柯克火灾调查》[3]在电气火灾成因调查中，仅仅描述了电气短路会形成熔珠；美国NFPA所著的《火灾和爆炸调查指南》[4]虽然描述了若干种熔珠的形态，但并未对熔珠成因进行详细分析。

我国的公安部沈阳消防研究所[5]等单位主要承担了电气火灾物证鉴定技术的研究工作，总结出短路、过载、接触不良、漏电等电气火灾主要成因，并提出GB/T27905、GB16840等国家标准。GB/T27905主要探讨了电气线路[6]、小功率异步电机[7]等火灾物证痕迹检查方法。GB16840分别从宏观法[8]、剩磁法[9]、成分分析法[10]、金相法[11]、电气火灾物证识别和提取方法[12]、SEM微观形貌分析法[13]等方法判断电气火灾形成的原因。

在实际的鉴定过程中，宏观法与金相法应用最为广泛。鉴定技术人员将现场提取的短路熔珠进行金相分析，判断是否为一次短路、二次短路。火灾物证提取与鉴定的过程可能会出现这样两种矛盾的情况：(1)电气线路在某处发生高能量的一次短路，若该短路点的导线线径较细，无法承载高能量，短路点的铜导线线端部经高温作用下熔化并汽化，无法凝固形成一次短路熔痕；(2)该短路点导线线径较粗，可以短时承载高能量负荷，并喷溅出大量的短路熔珠，而火调人员只能提取有限的熔珠，经鉴定后却为二次短路熔珠。上述两种情况均不意味着短路点处不是故障点，出现鉴定结论与现场勘验不符。

此外，在火灾原因认定上，现场勘验认定的点火源与鉴定的痕迹不对称。尤其是一次短路痕迹，火调人员不仅用于确定起火原因，还据此反推认定起火点，结果造成勘查的起火点与反向推定起火点不相符，现场勘验与技术鉴定脱节[14]。

为避免上述三种情况的发生，对于电气故障的诊断，阮等[15]认为，先构造功能结构层次图，再基于此图，依据故障现象及提示或经验进行判断，将故障的范围尽可能地缩小(子功能)；接着，对此“子功能”进行原理或工作过程分析，提出可能性的故障点；然后，对故障点的可能性进行大小分析，指出大小并列出顺序；最后，一一进行技术检测，便可查出故障点的所在。对于电气火灾鉴定技术，潘等[16]认为按照火灾现场的电气原理图将火灾中电气残留物有机联系起来，将各种电气火灾原因技术鉴定方法鉴定的结果用电气故障传播时序分析方法加以验证，将局部特征分析结果与电气故障传播时序分析相结合，构成电气火灾综合鉴定技术的核心内容。

综上，针对实际的电气火灾物证鉴定与现场勘验可能缺乏逻辑性，本文以一起商用冷柜火灾残骸物证鉴定为例，通过划分物证残骸的电气故障区域、利用金相法与电气故障传播时序分析法等，构建火灾发生、发展、蔓延的过程。

1 残骸鉴定技术分析

广州某商铺发生火灾，经现场勘察，已排除其他着火原因，确认起火部位为商用冷柜，下文将对冷柜进行鉴定。

图1 冷柜残骸整体图 Fig.1 Overall view of refrigerator debris

1.1 残骸整体痕迹分析

图1(a)、图1(b)为从火灾现场提取的冷柜残骸物证，冷柜正面过火严重，背面无过火痕迹。推测火源在冷柜正面。对冷柜残骸整体进行切块分析，将其分为三个部分：金属外框左侧A区、金属外框的右侧B区、冷柜下侧C区、上侧D区。金属外框左侧A区烧损严重，呈铁锈色，附着于外框的塑料炭化明显；金属外框的右侧B区过火痕迹较轻，其中右上侧B1处塑料有烟熏痕迹，右下侧B2处塑料完好。上部D1处塑料烧出孔洞，D2处塑料燃烧较少，即D1处经火场作用久于D2处。从残骸整体燃烧痕迹来看，左侧A处、D1处普遍比右侧B处、D2处燃烧更严重。说明左侧燃烧时间较右侧更长，或者说左侧更接近于火源。然而，金属外框周围A区、B区、D区均未见明显的火源物质。冷柜下侧为电机及电气控制线路部分，燃烧痕迹明显，电机及电气控制线路有可能成为电火源。因此，初步推断冷柜的起火部位为下侧C区。

图2 冷柜机底部Fig.2 Bottom of refrigerator debris

1.2 残骸局部痕迹分析

图2(a)为冷柜样机底部，E区、F区分别对应于图2(b)中的E1+E2区、F1+F2区。E区为冷柜的控制电路区；F区为电源进线、门灯控制区，这两个部位均可能成为电火源。过火痕迹显示：左侧E1处烧损严重，随着靠近中线，烧损痕迹逐渐减轻，炭化痕迹逐渐加重；右侧F1处则呈明显炭化区域，随着靠近右侧边框，炭化塑料残留物逐渐增多。左侧E2处塑料烧出孔洞；右侧F2处有大量的塑料残骸，残骸经高温作用，呈熔瘤状。将E1处与E2处，F1处与F2处对比，下侧的E2处、F2处均比上侧相应的E1处、F1处烧损严重。火势蔓延痕迹为冷柜底部左下侧往上侧及右侧蔓延，即由E区附近的火源向周围蔓延。因此，推断E区为电火源区域。

将图2(b)中E区、F区的残骸拆解得到图3(a),可清晰观察左侧E区导线绝缘材料烧毁，导线裸露；右侧F区绝缘材料大量存在，且绝缘材料经高温作用呈熔瘤状，燃烧蔓延由左往右，即由E区蔓延至F区。图3(b)是图3(a)的展开，在导线R1处、导线R2处、电路板R3处发现金属熔痕。图3(c)为R2处、R3处金属熔痕的相对位置，其中R2熔痕直径相对较小。

图4所示的电路板位于E2区后方，其残骸过火痕迹明显。G区元件内部完好，无爆裂迹象，表面经高温作用，使得金属严重变色，并附着大量燃烧灰烬。电路板边角H1区、H2区、H3区经火场作用变色较轻，部分保持完好，表明经高温作用时间较短。燃烧灰烬由G区向边角H1区、H2区、H3区减轻，且G区与H1、H2、H3区中间存在圆弧状微白色的过渡区。H4处导线绝缘皮完全烧毁，导线裸露，变色严重，表面经火场作用时间较长。因而推测，火势由G区向H1区、H2区、H3区蔓延，电火源在右上侧的G区或G区附近。

图4 电路板残骸Fig.4 Wreckage of circuit board

1.3 熔痕分析

图5为从导线及电路板导线中提取的金属熔痕。R1处熔痕为多股铜导线线端部珠状熔痕，该熔珠直径为多股铜导线线径的1～2倍，光泽性差，其金相组织为粗大柱状晶，熔珠内部气孔少且小，短路熔珠与导线衔接处的过渡区界限不明显。参照GB/T16840.1-2008和GB16840.4-1997进行综合判定，R1处熔珠为二次短路熔珠，即钢导线在外界火焰作用下，导致绝缘皮失效发生短路后残留的痕迹[11]。R2处熔痕为多股铜导线线端部熔痕，熔珠歪在一侧，直径为多股铜导线线径的1～2倍，表面有大量炭迹，光泽性差，其金相组织为粗大柱状晶，熔珠内部无气孔，R2处熔珠综合判定为二次短路熔珠。R3处熔痕为多股铜导线线端部珠状熔痕，直径为多股铜导线线径的1～2倍，熔珠圆润，表面被炭迹覆盖，无金属光泽，熔珠边缘金相组织为细小的胞状晶和柱状晶，晶界较细，熔珠边缘的金相磨面内气孔小，且较整齐，R3处熔珠综合判定为一次短路熔珠，即钢导线因自身故障于火灾发生之前形成的短路熔化痕迹[11]。

图5 熔痕外观及金相图Fig.5 Appearance of melted mark and metallurgical structure

1.4 电气故障传播时序及火灾蔓延分析

根据前文所述，对商用冷柜进行整体综合判断认定：

(1)冷柜的故障区域为：冷柜底部电路板；故障点为：电路板R3处；起火原因：R3处发生一次短路。

(2)电气故障传播时序为：R3处发生一次短路、燃烧，并向四周蔓延→电路板燃烧(H1-H4)→燃烧R2引发二次短路→E区烧损重→F区烧损轻→燃烧R1引发二次短路，见图3(b)。

(3)电气火灾蔓延痕迹为：对于冷柜整体而言，图2(e)所示：由E2区处后方的电气短路→纵向向上燃烧蔓延至E1处→进而向上左侧A区金属外边框及塑料燃烧，见图1(a)→向上燃烧D1处烧出孔洞→向左D2处燃烧较轻→向下熏黑B1处→B2处无明显过火；E2处短路→横向向左燃烧蔓延至F2处、F1处→B2处无明显过火。

1.5 小结

首先，商用冷柜残骸在整体勘察后，将对电气故障区域划分，推断出故障区域为电路板。其次，利用金相法对故障点R1处、R2处、R3处判别，判断故障点的短路属性。最后，验证R3处一次短路，R1处、R2处二次短路故障点，是否满足电气故障传播时序、火灾残骸的燃烧痕迹。从而最终确定故障点、起火方式、蔓延过程。

因此，对于电气火灾物证的鉴定，除利用GB16840等鉴定方法，还需将电气痕迹物证同其他痕迹物证联系，形成以起火点为中心向四周蔓延的立体分布体系，才能揭示火灾发生和发展过程中的燃烧规律及其变化[17]，确保鉴定结论与现场勘验结果相符。

2 结论

(1)通过对火灾物证残骸痕迹的分析，从整体勘察至局部排查，划分出残骸的电气故障区域，逐步缩小故障点范围，提出可能的故障点，并根据故障点短路熔痕的金相组织，对假设的故障点进行验证。

(2)将已验证的故障点与电气故障传播时序分析相结合，构建以起火点为中心，向时间、空间四个维度方向蔓延的立体图形，同时火势蔓延过程与故障点发生的依次顺序需满足逻辑自洽，才能揭示整个火灾发生、发展、蔓延的过程，确保鉴定结论与现场勘验一致。

[1] 余琼芳. 基于小波分析及数据融合的电气火灾预报系统及应用研究[D]. 秦皇岛: 燕山大学, 2013: 2-4.

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[6] GB/T 27905.4-2011,火灾物证痕迹检查方法第4部分:电气线路[S].

[7] GB/T 27905.5-2011,火灾物证痕迹检查方法第5部分:小功率异步电机[S].

[8] GB/T 16840.1-2008,电气火灾痕迹物证技术鉴定方法第1部分:宏观法[S].

[9] GB 16840.2-1997,电气火灾痕迹物证技术鉴定方法第2部分:剩磁法[S].

[10] GB 16840.3-1997,电气火灾痕迹物证技术鉴定方法第3部分:成分分析法[S].

[11] GB 16840.4-1997, 电气火灾原因技术鉴定方法第4部分:金相法[S].

[12] GB/T 16840.5-2012,电气火灾原因技术鉴定方法第5部分:电气火灾物证识别和提取方法[S].

[13] GB/T 16840.6-2012,电气火灾原因技术鉴定方法第6部分:SEM微观形貌分析法[S].

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A case study on evidence identification of commercial freezer debris

WANG Yue1, CHEN Qingguang1, YUAN Zhi1, HUANG Anqing1, MO Shanjun2,3

(1. Guangdong Technology Center of Work Safety, Guangzhou 510060, China;2. School of Engineering, SunYat-Sen University, Guangzhou 510006, China;3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Fire Science and Technology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510006, China)

This paper takes the debris identification of a commercial freezer as an example for complete description of the development process of a fire incident. A comprehensive evidence identification method is used. The method first partitions the electrical fault areas, and then uses metallographic method and time series analysis of electrical fault propagation for evidence identification. By this method the fault point and cause of fire are identified, and the process of fire spreading is inferred.

Electric fire；Fire debris；Evidence identification；Time series analysis；Primary short circuited

2016-01-10；修改日期：2016-04-12

广东省省级科技计划项目(2013B031500008、2014B030301034)；广州市科技计划项目(2014Y2-00069)。

王粤(1986-)，男，硕士，广东省安全生产技术中心工程师，主要从事事故鉴定、安全生产方面的研究。

莫善军，E-mail:442767390@qq.com

1004-5309(2016)-00114-05

10.3969/j.issn.1004-5309.2016.02.09

X934；X915.5

A