消防負(fù)荷分組設(shè)計做法分析

陶云飛

(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京 100044)

消防負(fù)荷分組設(shè)計做法分析

陶云飛

(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京 100044)

變壓器低壓側(cè)母線一般按照不分組設(shè)計，接線簡單且造價低，但是目前出現(xiàn)了分組設(shè)計方案，將消防負(fù)荷、非消防負(fù)荷從變壓器低壓側(cè)開始分為兩段母線供電，形成各自獨(dú)立的系統(tǒng)，這種方案已在規(guī)范中推廣并被設(shè)計人員采用在工程實(shí)例中。通過對消防符合分組設(shè)計方案進(jìn)行分析，提出一些個人看法，以供同行參考。

消防負(fù)荷 可靠性 分組設(shè)計

0 概述

最近在工作中看到變電所低壓側(cè)消防、非消防負(fù)荷分組設(shè)計方案，做法來源于GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中10.1.6的條文說明。條文說明中建議變電所從變壓器低壓側(cè)開始將消防負(fù)荷與非消防負(fù)荷分為兩段母線分別配電，避免消防負(fù)荷受非消防負(fù)荷故障的影響。這種分組設(shè)計的做法在設(shè)計行業(yè)也算是新生事物，設(shè)計人員的看法也各不相同。

中設(shè)協(xié)建筑電氣工程設(shè)計分會主編的《建筑電氣設(shè)計疑難點(diǎn)解析及強(qiáng)制性條文》中針對是否分組設(shè)計在第1.6條中專門做了解釋。書中認(rèn)為對于工程規(guī)模較小、消防負(fù)荷很少的項(xiàng)目(例如僅有一、兩個消防回路)還是可以采用不分組設(shè)計，但是當(dāng)工程規(guī)模較大、消防負(fù)荷較多時建議設(shè)置消防專用母線段，因?yàn)槿绻藭r大量的消防負(fù)荷與非消防負(fù)荷混接在同一個母線段上，當(dāng)非消防負(fù)荷出現(xiàn)故障或合用母線發(fā)生短路等故障時，都會影響到其他大量消防負(fù)荷供電的可靠性，因此當(dāng)工程規(guī)模較大、消防負(fù)荷較多時，建議設(shè)置消防專用母線段。但也有業(yè)內(nèi)人士建議“…在二、三線城市消防隊(duì)員專業(yè)素質(zhì)相對不高的中小項(xiàng)目宜采用分組方案(簡單，直接切非)；在設(shè)有多個變電所的大型項(xiàng)目且消防聯(lián)動控制設(shè)計完備的項(xiàng)目可不采用分組方案”。

由此可見，一些人員認(rèn)為工程規(guī)模大要分組設(shè)計，另一些則認(rèn)為工程規(guī)模大反而不需要分組設(shè)計。中國院張文才總工在《智能建筑電氣技術(shù)》2015年第05期對該規(guī)范條文的來龍去脈做了說明，認(rèn)為做好級間保護(hù)配合才是保證消防供電可靠性的正確措施。

1 傳統(tǒng)低壓母線不分組設(shè)計

圖1是變電所低壓母線不分組設(shè)計的傳統(tǒng)做法，參見GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》P374頁“負(fù)荷不分組設(shè)計方案(一)”。每個變壓器低壓側(cè)設(shè)一段母線，兩臺變壓器低壓側(cè)的兩段母線設(shè)母聯(lián)開關(guān)，平時各自分段運(yùn)行，一路電源故障退出后，母聯(lián)QF3合閘，由另一路電源帶兩段母線上的重要負(fù)荷繼續(xù)工作。

圖1 低壓母線不分組設(shè)計圖示

圖2 低壓母線分組設(shè)計圖示

在火災(zāi)時，為了避免建筑內(nèi)非消防電源導(dǎo)致電氣火災(zāi)事故擴(kuò)大，或防止火災(zāi)現(xiàn)場觸電事故，需要對非消防電源采取切除措施。

2 消防、非消防負(fù)荷采用分組設(shè)計

圖2是低壓母線分組設(shè)計方案，消防配電采用專用母線段，參見GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》P375頁“負(fù)荷分組設(shè)計方案(一)”。與圖1做法相比，在每臺變壓器低壓側(cè)分設(shè)兩段母線，分別為消防與非消防母線段。規(guī)范編制者認(rèn)為這種接線的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)非消防負(fù)荷出現(xiàn)故障或非消防母線故障短路時，不會影響到消防段母線的可靠性，而且在火災(zāi)時切除非消防電源非常方便，不會誤切重要的消防回路。

3 分組與不分組設(shè)計技術(shù)比較

GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》條文說明中對上述兩種做法也做了分析比較，即傳統(tǒng)的不分組方案主接線簡單，造價較低，但是這種方案使消防負(fù)荷受非消防負(fù)荷故障的影響較大。由于規(guī)范并沒有說明哪些因素會導(dǎo)致消防負(fù)荷受非消防負(fù)荷的影響較大。筆者猜想可能有以下幾種可能，一是火災(zāi)時非消防負(fù)荷出線開關(guān)損壞，既無法切斷非消防電源，線路短路也無法實(shí)現(xiàn)跳閘保護(hù)的功能，導(dǎo)致變壓器低壓側(cè)主開關(guān)跳閘進(jìn)而影響本段母線上消防負(fù)荷的正常工作；二是火災(zāi)時切除非消防電源程序不合理，比如相關(guān)人員未能準(zhǔn)確切除非消防負(fù)荷，甚至直接將變壓器低壓側(cè)主開關(guān)切斷，進(jìn)而導(dǎo)致共用母線上的消防負(fù)荷也失去電源。

另外，如果設(shè)計考慮不周全，未設(shè)計聯(lián)動切除非消防電源的措施，低壓柜內(nèi)斷路器也未考慮上下級配合。那么當(dāng)不分組設(shè)計時，非消防線路著火造成的短路可能直接把低壓側(cè)總開關(guān)頂開，造成共用母線上的消防負(fù)荷失去電源；此時若采用分組設(shè)計，消防母線與非消防母線獨(dú)立，而且消防設(shè)備及線路均采取防火措施，短時間內(nèi)消防線路不會因?yàn)榛馃l(fā)生短路，即使未考慮級間配合，變壓器低壓側(cè)消防母線的總開關(guān)也不受影響，此時也可體現(xiàn)分組設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)。

下面從技術(shù)角度進(jìn)一步分析分組做法的其他特點(diǎn)，圖3是按照圖2的主接線形式補(bǔ)充的一些配電設(shè)備，使其更接近工程實(shí)際。從圖3中可見，由于在每臺變壓器低壓側(cè)出口處分為2個主斷路器保護(hù)，此處存在電源分配的過程，屬于一級配電。這兩個主斷路器與下級母線上的出口斷路器之間電流級差勢必變小，會導(dǎo)致級間保護(hù)配合難度加大。

從圖3中還可以看出，末端設(shè)備房中的消防類設(shè)備配電級數(shù)多達(dá)四級，對于非消防負(fù)荷很可能達(dá)到5級甚至6級，這與規(guī)范要求的供配電系統(tǒng)應(yīng)簡單可靠，低壓不宜多于三級的內(nèi)容相違背，配電級數(shù)多，系統(tǒng)保護(hù)復(fù)雜，故障率也會增加。

圖3 分組設(shè)計配電系統(tǒng)

另外，當(dāng)火災(zāi)時，通過切除圖3中所示的虛線框內(nèi)的非消防負(fù)荷，來保證消防負(fù)荷不受影響。此時，兩路電源的低壓側(cè)消防母線段沒有設(shè)母聯(lián)，當(dāng)一路電源故障時，雖然有另一路電源保證供電，但是此時雙路電源末端互投失去意義，兩路電纜到末端的線路其實(shí)只有一路有電，而不分組設(shè)計即使一路電源故障，可以通過母聯(lián)合閘，仍然保證雙回路電纜在末端互投，可以更能經(jīng)受火場的考驗(yàn)。

再則，筆者認(rèn)為這種接線方案的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以方便準(zhǔn)確地切斷非消防負(fù)荷總開關(guān)。因?yàn)椴环纸M設(shè)計時，逐個切除非消防負(fù)荷會引起誤操作把重要負(fù)荷切除。但根據(jù)GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中的解釋，只要不是供電線路發(fā)生的火災(zāi)，都可以先不切斷電源，尤其是正常照明的電源。正常照明、生活水泵等非消防電源只要在水系統(tǒng)動作前切斷，就不會引起觸電事故及二次災(zāi)害，而其他沒必要繼續(xù)工作的電源或切斷后也不會帶來損失的非消防電源，可以在確認(rèn)火災(zāi)后立即切斷。由此可見，對非消防負(fù)荷分回路切斷比較合理，圖省事直接切除非消防負(fù)荷總開關(guān)的做法不可取。實(shí)際工程中，可以通過火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動控制切除非消防電源，可以將非消防電源分為幾類，在消控室按類別分階段切除，不存在誤切的問題。有人建議采用分組設(shè)計，可將照明、生活泵及客梯等掛在消防段母線上，，但是這些非消防負(fù)荷與消防負(fù)荷共用母線后又與編者的“消防負(fù)荷受非消防負(fù)荷故障的影響較大”相絀。

綜合上述，不分組設(shè)計與分組設(shè)計的優(yōu)缺點(diǎn)對比如表1所示。

從表1對比可以看出消防、非消防負(fù)荷分組設(shè)計有許多弊端，在業(yè)內(nèi)未達(dá)成普遍共識時，在現(xiàn)階段最好還是采用傳統(tǒng)做法。

表1 變電所低壓母線不分組設(shè)計和分組設(shè)計的優(yōu)缺點(diǎn)比較

4 含柴油發(fā)電機(jī)的不分組設(shè)計

帶有柴油發(fā)電機(jī)的配電系統(tǒng)也存在上述消防負(fù)荷是否分組設(shè)計的問題。如圖4所示，是傳統(tǒng)不分組設(shè)計接線方案。柴發(fā)作為第三路電源，用于特別重要的工程中，將消防與保障負(fù)荷分為兩段母線設(shè)計；也可以將消防與保障負(fù)荷共用一段母線設(shè)計，此時柴發(fā)只需引出供電回路至消防及保障母線段。

圖4 含柴發(fā)的低壓不分組設(shè)計

5 含柴油發(fā)電機(jī)的分組設(shè)計

圖5是摘自規(guī)范中的含柴發(fā)的低壓分組設(shè)計接線圖?；馂?zāi)時，切除中間部分的非消防電源配電系統(tǒng)，優(yōu)缺點(diǎn)與圖2相同，只是多了柴發(fā)作為備用電源。

圖5 含柴發(fā)的低壓分組設(shè)計

6 提高供電可靠性的其他措施

為了提高消防設(shè)備供電可靠性，各類規(guī)范或技術(shù)手冊給出了許多技術(shù)措施，比如上文所說的消防負(fù)荷采用專用母線段其目的就是為了提高消防供電可靠性。另外，增設(shè)消防電源監(jiān)控系統(tǒng)、采用礦物絕緣電纜或采用消防專用電氣豎井等措施也能提高消防設(shè)備的供電可靠性，但是都會增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度或帶來成本的增加。是否有簡單的方法既能提高供電可靠性，又能不增加投資成本呢，本人提出下列兩個問題供同仁們思考。

第一，規(guī)范要求的消防設(shè)備雙路電源末端互投的要求是否可以降低。如果說以前是考慮電纜的防火性能差，難以滿足火災(zāi)時供電持續(xù)性的要求，故而采用雙路電源末端互投，那么現(xiàn)在消防設(shè)備普遍采用礦物絕緣電纜供電，線路的防火性能有了保證，是否可以不必采用雙路電源末端互投？雙路電源只在變電所低壓側(cè)通過母聯(lián)完成，由變電所引出到消防設(shè)備末端配電箱只采用單路礦物絕緣電纜，這樣設(shè)計既經(jīng)濟(jì)也滿足火災(zāi)時供電持續(xù)性的要求。

第二，充分利用IT系統(tǒng)供電可靠性高的特點(diǎn)，將火災(zāi)時的TN-S配電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為IT系統(tǒng)。我們常

規(guī)的TN-S配電系統(tǒng)可以采用如圖6所示一點(diǎn)接地形式，在火災(zāi)時，切斷一點(diǎn)接地處的接地線，臨時將低壓配電系統(tǒng)的接地形式轉(zhuǎn)換為IT系統(tǒng)。由于IT系統(tǒng)電源中性點(diǎn)不接地，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生單相接地故障時系統(tǒng)可以繼續(xù)工作，而且當(dāng)人體單相觸電也不會發(fā)生傷害事故，故采取這種措施后在滅火期間系統(tǒng)供電的可靠性及安全性得到了提高。這是本人的不成熟想法供業(yè)內(nèi)同行探討。

圖6 兩組變壓器互為備用供電系統(tǒng)一點(diǎn)接地示意圖

7 結(jié)束語

綜上所述，本人認(rèn)為變壓器低壓側(cè)消防、非消防負(fù)荷分組設(shè)計并不一定能提高消防設(shè)備供電可靠性，反而有一些弊端。提高供電可靠性除了要求設(shè)計人員精心設(shè)計外，平時的維護(hù)管理及從業(yè)人員的業(yè)務(wù)水平也很關(guān)鍵。上述為本人的一家之言，有不對的地方請同仁批評指正。

[1] 中國勘察設(shè)計協(xié)會建筑電氣工程設(shè)計分會主編.建筑電氣設(shè)計疑難點(diǎn)解析及強(qiáng)制性條文[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

[2] GB 50016-2014 建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2014.

[3] 張文才.關(guān)于《建筑設(shè)計防火規(guī)范》相關(guān)條文的解析[J].智能建筑電氣技術(shù)，2015,9(5)：40-44

[4] GB 50116-2013 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2013.

AnalysisofFireLoadGroupingDesignPractice

Tao Yunfei

Transformer low voltage side bus according to the grouping design, general wiring simple and low cost, but the grouping design at present, the fire load and fire load from the low voltage side of transformer can be divided into two bus power supply, the formation of independent system, this scheme has been popularized in the specification and to be used in engineering design personnel, this article to talk about their own views，Through analyzed the metdod of fierload grouping design,some views are put forward for designers reference.

fire load, reliability, group design