浅谈高层建筑消防用电设备的电源设计

[摘要]：随着国民经济和社会事业的迅速发展，建筑用地越来越多，土地资源越来越珍贵，这促使各类建筑向高层发展，因而高层建筑的消防安全问题越来越引起人们的重视。针对高层建筑火灾发生的特点，高层建筑的防火设计应立足于自防自救，而火灾时消防用电设备的正常运作是灭火自救的保证，因而消防设备的电源设计，是保证消防设施正常运行的关键，直接关系到高层建筑的消防安全。因此本文主要从消防电源设计方面对高层建筑消防用电设备供电的可靠性进行分析，提出初步的解决方案，以保证高层建筑的消防安全。
　　[关键词]消防负荷分级；消防电源设计；应急电源
　　一、引言
　　消防电源及其供电系统是建筑消防设施中最重要的设施之一。消防用电设备是用以保障人身和财产安全的设备，要求其供电电源必须安全可靠。不仅要求在正常情况下，即便在电网检修或故障停电或发生火灾断电等特殊情况时，都要求对其可靠供电，确保其正常运行、发挥其应有的作用。应根据现行的国家标准、规范的要求，对消防负荷的等级进行正确合理的划分，并综合考虑其他影响因素，对消防供电系统进行合理的设计。
　　二、规范对消防电源的要求
　　根据《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称“高规”)规定，高层建筑的消防用电应按现行的国家标准《供配电系统设计规范》的要求设计，一类建筑按一级负荷要求供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。根据《民用建筑电气规范》(JGJ/T16-92)规定一级负荷由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不致于同时停电；一级负荷中特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源即第三个电源；二级负荷的电源应做到当电力变压器发生故障或线路常见故障时，不致中断供电（或中断后迅速恢复），在负荷比较小或地区供电的条件困难时，二级负荷可以由一回6KV以上专用架空线或电缆供电。
　　三、消防电源设计
　　（一）各级负荷供电要求
　　1．特级负荷供电要求。对特级消防负荷除有两个电源供电外，还应增设自备应急电源并严禁将其他负荷接入应急供电系统。
　　2．一级消防负荷的供电要求。一级负荷应有两个独立电源供电。这两个独立电源应符合下列条件之一：首先，是两个电源间无联系；其次，是两个电源间虽有联系，但符合下列要求：第一，发生任一故障时，两个电源的任何部分不致同时受到损坏。第二，发生任何一种故障且保护装置动作正常时，有一个电源不中断供电，并且在发生任何一种故障且主保护装置失灵以致两电源均中断供电后，应能在有人值班的处所完成各种必要的操作，迅速恢复一个电源供电。根据我国现有的实际情况，一级负荷供电可采用以下几种方式：（1）电源来自于两个不同的电厂（2）电源来自于两个不同的区域变电站（3）电源来自于一个区域变电站，但设有自备应急电源。
　　3．二级负荷供电要求。二级负荷宜由两回路供电，且变压器宜有两台。但是如果二级负荷容量较小，或者地区供电条件有限无法提供两回线路时，允许由一回6kV及以上的专用架空线或电缆供电。考虑到电缆发生故障后有时检查故障点和修复时间较长，故当用电缆线路供电时，应采用两根电缆组成的线路供电，并且每根电缆均能承受百分之百的二级负荷。三级负荷对供电没有特殊要求。
　　(二)充分保证消防供电、配电系统的自主性
　　1、消防供电应处于最高供电层次
　　《民用建筑电气设计规范》第24．9．2条规定：“火灾消防及其他防灾系统用电，当建筑物为高压受电时，宜从变压器低压出口处分开自成供电体系，即独立形成防灾供电系统。”消防系统电源的供电负荷等级，在本工程供电系统中应处于最高供电等级，自成供电体系是为了保证消防供电的可靠性。
　　2、消防配电应具有独立性
　　有了可靠的电源，而消防设备的配电线路不可靠，仍不能保证消防设备的安全供电。《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)第9．1．3条规定：“消防用电设备应采用专用的供电回路，”本条规定的供电回路，是指从低压总配电室(包括分配电室)至最末一级配电箱，与一般配电线路应严格分开，但在有的设计中，往往是注意从配电室引至消防控制室配电箱这一段的供电可靠性，而忽视了各层消防用电设备供电的可靠性，如电动防火门、排烟阀等，并没有形成消防专用独立系统。
　　3、按规定设置ATS
　　火灾自动报警、消防通信、等消防用电设备均设有应急电源。当使用的电源故障停电时，被停止供电的重要负荷采用电源自动切换装置(ATS)切换至另一电源。《高层民用建筑设计防火规范》第9．1．2条规定：“高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机等的供电，应在最末一级配电箱处设置自动切换装置。”ATS设在起端(如在变电所低压的第一级配电处)和设在末端相比，末端设ATS时，除了电源故障停电能自动切换外，当配电设备故障或低压线路上发生故障而停电时，末端ATS也能动作，增加了负荷的供电可靠性；起端设ATS时，如果配电设备或低压线路发生故障而停电，该ATS不动作，这样就无法保证负荷的继续供电，所以末端ATS比起端ATS更为可靠。在有的设计中自动切换装置不是设在最末一级配电箱，双电源线路进楼后，总配电箱处设了自动切换装置，而此后是单回路至各层消防配电箱，显然这种设计是不符合要求的。
　　（三）应急电源的选择
　　常用的应急电源有电力系统电源、蓄电池组、自卑柴油发电机组、EPS和UPS等。此处仅对柴油发电机组和EPS、UPS的优缺点作简略的讨论。
　　首先，利用有自起动功能的柴油发电机组作为应急电源。柴油发电机组因具有容量大、可并机运行、连续供电时间长等特点而得到广泛应用，但在具体使用过程中也存在一些问题，值得引起注意，此处简述如下：第一，停电时机组自起动时间需15s左右。因此只能用于疏散照明、备用照明和其它对转换时间要求不高的消防用电设备，而不能用于安全照明（转换时间小于或等于0．5s）和那些对转换时间要求较高的场所的备用照明。第二，过载能力稍弱，选用备用发电机组容量与负载功率比率一般要1．5：1才行，加大了投资。第三，需专人看管，定期维护。且辅助设施造价高，后续运行费用高。第四，存在火灾隐患，因为机组中的油罐本身就是火灾隐患。第五，占地面积稍大。
　　其次，利用蓄电池组作为应急电源。蓄电池组有允许短时电源中断（小于0．1~0．2s）的应急电源装置EPS和不间断电源装置UPS两种。EPS和UPS均是采用了IGBT逆变技术和脉宽调制PWM技术。但工作原理和特点不尽相同。UPS在市电异常转化为电池供电或市电恢复将负载切换至市电时的切换时间均为10ms左右。因此能满足有计算机、自控DCS系统、数据处理系统等不能中断供电的场所。但UPS在电网正常工作事业工作，故寿命相对较短。EPS切换时间也很短，并且只有在电网无电时才进行逆变工作相对寿命较长，尤其能适应电机等电感性负载和各种混合用电负载。UPS的价格较高，约为同容量的EPS的1．5倍。UPS对环境要求较高，只能放在计算机房或空调房间。而EPS比较能适应恶劣的环境。
　　在实际应用中，应急电源系统一般都是几种应急电源的组合方案。对于电力拖动设备，因供电允许中断时间一般都大于15s。采用自备柴油发电机组作为应急电源比较经济。当负荷较大的消防泵采用柴油机或汽油机驱动泵作为消防电源，而其他消防负荷较小时，应急电源可采用EPS。事故应急照明设备一般采用蓄电池组集中或分散供电。对于报警和通讯设备，一般采用UPS、蓄电池组或干电池作为应急电源。
　　四、消防电源供电方式
　　（一）特别重要消防负荷供电方式
　　对特别重要的消防负荷，要有三个电源供电，即有两个完全独立的电源和一个独立于市网电源的三相应急电源组成。
　　(二）一级消防负荷典型供电方式
　　一级消防负荷应有两个独立电源供电。若该地区的电力网有条件提供两个完全独立的高压电源，可采取由接在不同高压电网上的两台变压器，两回消防专用供电线路为基本组成的设计方案。但在我国，目前的实际做法是采用在选择了来自于同一高压电网的两台变压器后，外加一个自备应急电源两回消防专用供电线路作为基本组成的设计方案，以提高消防电源供电的可靠性。
　　(三）二级消防负荷典型供电方式
　　二级消防负荷应有两回供电线路供电。一般采用单电源或双电源的供电方式，可分为：一主一备双变压器双回路供电，和单变压器加其他低压回路双回路供电。
　　五、结语
　　消防供电的设计与施工是楼宇消防工程中工作量较大、要求较高的环节，其重要性排在安全工程的首位。在设计消防电源时，应首先划分消防负荷的用电等级，把消防符合的等级、大小、特点与当地的供电条件和其他非消防负荷的情况及今后的发展要求相结合，经济合理的确定消防电源板设计方案，做到安全可靠、科学合理并且经济实用。
　　参考文献
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　　[4]陈磊,浅谈建筑消防电源设计2008.12

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