论文总字数：19070字

摘 要

本文首先对高层配电系统的组成进行了研究，包括降压变电所、配电线路以及用电设备，并对各组成部分进行分析，研究了各组成部分在配电系统中起到的作用，并研究不同的配电方式、中性点接地方式，分析继电保护的基本要求，分析常用的继电保护装置；然后对能引起火灾的各种典型故障进行了解和分析；接着对典型高层建筑低压配电线路进行分析，构造出其原理图，利用Matlab中的Simulink仿真软件建立其模型，根据仿真结果和波形，归纳出各种故障模式的特点。然后通过使用电流表和电压互感器在故障点获得电压电流变化情况，可以和上面仿真的结果进行对比，识别具体是哪一种电气故障。

关键词：高层建筑 电气火灾 电气故障 故障模式

Analysis of Tall Building Electrical Fire Fault and Its Pattern Recognition

Abstract

This paper first studied the composition of high-level distribution system, Including the buck substation, distribution lines and electrical equipment,and analyzes each component, and research the function of each component in the distribution system ,and research different ways of distribution, and research grounding modes, analyzes the basic requirements of the relay protection, analyzes the commonly used relay protection device;And then can cause all kinds of understanding and analysis of the typical fault of fire;Then analyze the typical high-rise building low voltage distribution circuit, its principle diagram is constructed, using Simulink of Matlab simulation software to establish the model, according to the simulation results and waveforms, summing up the characteristics of various failure modes;Then by using the current meter and the voltge transformer in the fault point to obtain the voltage and current changes,can be compared with the results of the simulation results,identify specific which one kind of electrical failure.

Key Words: High building; Electrical fire; Electrical fault; Failure mode

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 本文主要研究工作 2

1.4 本章小结 3

第二章 高层建筑电气线路配电系统 4

2.1 高层建筑配电系统的构成 4

2.2 低压配电系统的接地形式 5

2.3 低压供配电系统的方式 5

2.4 继电保护基本要求 7

2.5 常用的继电保护装置 7

2.5.1 熔断器 8

2.5.2 低压断路器 8

2.6 本章小结 8

第三章 建筑电气火灾故障原因分析 9

3.1 电气火灾故障形式 9

3.1.1 短路火灾原因分析 9

3.1.2 不同性质短路火灾分析 9

3.1.3 接触不良火灾原因分析 9

3.1.4 过载原因分析 10

3.2 电气火灾发生的基本原理和能量传播形式 10

3.2.1 电气火灾发生的基本原理 10

当前电气火灾发生的基本原理有3个： 10

3.2.2 电气能量传播形式 11

3.3 本章小结 11

第四章 高层建筑配电线路的故障仿真 12

4.1 Matlab/Simulink介绍 12

4.2 仿真模型 13

4.3 故障仿真与分析 15

4.3.1 单相接地仿真分析 15

4.3.2 两相相间短路故障仿真与分析 21

4.3.3 两相接地短路故障仿真与分析 27

4.3.4 三相短路仿真与分析 32

4.3.5 接触不良故障仿真与分析 40

4.3.6 过载故障仿真与分析 44

4.4 电气故障模式识别 46

4.5本章小结 47

致谢 49

参考文献 50

第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

在当今的21世纪，社会高速发展，电能在人民生活与工业发展中所占的比重越来越大，人们对供电的安全性和质量的要求也日益提高。与此同时，因为错误使用电能而引起的电气火灾对社会造成的破坏也是十分的庞大^[1]。

就目前的情况来看，我们要面临的电气火灾情势十分严峻。根据火灾部门的统计，从1993到2002年为止，在全国各地发生了超过20万起的电气火灾事故，同时电气火灾也夺走了很多人的生命，据调查统计，在2000年到2002年2年时间内就有3215人死亡^[2][3]。

电气火灾故障的定义是：在供配电设备、电气线路、以及用电设备的运行中出现故障，电能转化为大量的热能形式散发出去，如电火花、电弧、高温。在这篇论文中我们讨论的由各种各样原因引发的高层建筑电气火灾故障，都是在交流输电线路上出现的，一般交流电压大小是380V/220V，频率都是 50Hz不变。短路、过载、接触不良是引发电气火灾的主要原因，其中，短路是最常见的故障形式^[4][5]。

目前的情况就是：电气火灾故障频发，我们总是后知后觉，但是亡羊补牢为时已晚，我们应该思考我们能做些什么，工作的重点是什么。其实很简单，电气火灾发生了，我们首要任务就是找到起火原因，之后就是做预防工作，这需要我们采取正确的措施，要有行动力，最终目的就是保护人民生命安全，建设安全用电的社会^[6][7]。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

目前国外主要研究造成短路、接触不良、过载的原因，并加以详细的分析。20世纪70年代，瑞士、美国、日本等国家已经取得了初步成果。例如，日本研究出火烧熔痕、一次和二次短路熔痕的外观检查方法，这是根据导线熔痕的特征判定的；美国的研究成果是金相检验技术，该技术是靠微观结构知识为支撑的，简单来说就是从火灾中取证，通过分析铜导线在火灾中熔痕的特征，来判断火灾发生的原因；瑞士通过大量时间人力的努力钻研出了表面分析法，这种方法是通过从火灾中取证导线，分析其表面物质来判断是什么原因形成了熔痕，也就是什么原因引发了电气火灾^[10][11]。

1.2.2 国内研究现状

在国内，火灾调查的重要组成部分之一是火灾原因认定，是火灾调查部门经过多方调查取证后为火灾原因下定论。若不仔细观察现场事故中的每一处细节，都有可能在最后给出错误的火灾原因认定。首先第一步，我们必须找到起火点在哪里，这是重中之重，否则之后的工作无法进行，我们可以通过分析火灾后燃烧后残留的物质来大致推测火灾是如何发生，火势是如何蔓延的，这样可以找到起火点。其次，必须在起火点处查清起火源，提取残留物进行技术检验, 将检验结果与现场实际相结合才能查清火灾原因。随着时代的前进，火灾原因认定技术也越来越先进，越来越科学。经过几代人的努力，目前使用的火灾原因认定方法可以分为以下几种：成分分析法、宏观分析法、金相分析法、模拟试验法、综合分析法等。这些方法是通过大量的实践摸索出来的，在火灾原因认定中发挥了巨大作用^[12][13]。

1.3 本文主要研究工作

（1）首先根据高层建筑配电系统的组成，分析各组成部分的原理和作用，并了解不同的配电方式。

（2）从建筑电气火灾发生的原理出发， 对能引起火灾的各种典型故障进行了解和分析。

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