消防泵控制柜的机械应急启泵设计探讨

黄 俊 权

(四川国恒建筑设计有限公司, 四川 成都 610041)

消防泵控制柜的机械应急启泵设计探讨

黄 俊 权

(四川国恒建筑设计有限公司, 四川 成都 610041)

基于GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》,讨论了消防泵控制柜增设机械应急启泵功能的几种实施方案,并对实施中应关注的一些问题进行了阐述,以期为相关电气设计人员提供参考。

强制性条文; 机械应急启动; 降压起动; 联锁控制

0 引 言

消防水泵是消防水灭火系统的关键环节,其运行可靠性要求高。特别是近十多年来,城市建设突飞猛进,超高层、超巨型建筑越来越多,这对消防水灭火系统的可靠性提出了更高的要求。

GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》已于2014年10月1日正式发布实施,第11.0.12条规定:消防水泵控制柜应设置机械应急启泵功能,并应保证在控制柜内的控制线路发生故障时由有管理权限的人员在紧急时启动消防水泵。机械应急启动时,应确保消防水泵在报警后5 min内正常工作。

本文从以下几个方面对机械应急启泵展开初步探讨,以期为电气设计人员提供参考。

1 几种实施方案

GB 50974—2014在条文说明中称第11.0.12条为强制性条文,必须严格执行。压力开关、流量开关等弱电信号和硬拉线是通过继电器来自动启动消防泵的。如果弱电信号因故障或继电器等故障,不能自动或手动启动消防泵时,应依靠消防泵房设置的机械应急启动装置启动消防泵。当消防泵控制柜内的控制线路发生故障而不能使消防水泵自动启动时,若立即进行排除,但线路故障的修理会受到人员素质、时间上的限制,所以在消防发生的紧急情况下是不可能进行的。因此条文规定,消防水泵在供电正常的条件下,无论控制线路如何都能强制启动,以保证火灾扑救的及时性。

1.1 方案1

控制柜面上增设紧急控制按钮。该按钮不通过中间继电器而直接接通主回路接触器线圈,闭合主触点通电启泵。依据的是GB 277895.5—2011《固定消防给水设备 消防双动力给水设备》第5.4.2.1条和GB 50974—2014第11.0.8条,可实现应急控制。该方案简单,对传统控制柜的改变最小,但混淆了机械应急启泵与应急启泵,故不能成立。

1.2 方案2

控制柜增设一机械手柄。机械手柄如图1所示。该机械手柄传递的机械力直接作用于继电器,控制触点动作,从而使主回路接触器线圈带电,闭合主触点通电启泵。该方案虽由机械手柄启动,但由于启泵过程仍需通过控制线路,也不满足GB 50974—2014第11.0.12条的要求。

图1 机械手柄

1.3 方案3

在消防泵主回路接触器上并联一旁路接触器。当主回路接触器故障不能正常动作时,通过紧急按钮启用旁路接触器绕开以实现启泵。该方案提升了系统的可靠性,也被美国相关标准NFPA20标准认可为实现控制器的紧急运行控制的选项之一。但由于其机械特征不明显,旁路控制器也是由其柜面上的按钮通过控制电路触发的,与GB 50974—2014第11.0.12条提及的基于控制线路故障的前提要求仍不匹配。

1.4 方案4

在消防泵主回路接触器上并联一旁路手动开关(断路器或刀开关)。该手动开关手柄设在柜面上,紧急情况发生时直接手动合上开关启泵。该方案简单,但由于其动作过程与控制线路无关,手动开关的手柄也属机械,因此说它是落实GB 50974—2014第11.0.12条的一个选项似乎也有道理。NFPA20标准在分类时将其纳入开关电器类,而非机械驱动类。

1.5 方案5

机械应急启泵控制装置如图2所示。该装置主要包括操作手柄、卡鞘、连动杆、复位弹簧、旋转开关、横杆、可调节绝缘短杆等一套机械部件。工作原理如下:当控制线路发生障碍,致使消防泵无法启动时,被授权者可将柜面上的手柄逆时针旋转90°,通过相关机械传动,最终可调节绝缘短杆将直接挤压主回路接触器主触点,强制主触点由断开状态转入闭合,接通主回路,实现启泵。该方案确实比较纯机械,完全满足GB 50974—2014第11.0.12条的要求。

图2 机械应急启泵控制装置

该装置于2008年申获国家专利(专利号CN201226414Y)。

参照NFPA20第7-5.3.2条,方案5最能满足GB 50974—2014第11.0.12条的要求。其实,方案4也满足GB 50974—2014第11.0.12条的要求,但两者的主要差别在于实现目标的思路不同。

2 几个问题

由于以前的相关设计规范对消防水泵启动并无机械应急启泵的要求,设计单位(包含设计手册、国标图集等)在进行消防泵控制柜设计时均未考虑该功能,因此,重新设计须时将机械应急启泵装置植入原有消防控制柜中,这就面临机械系统与电气系统如何集成、落地的问题。

新一代控制柜的设计和制造不但要满足GB 50974—2014的要求,还必须符合现行其他标准规范的相关要求,这将使得控制柜的机电一体化的复杂程度明显增加。在将方案(或专利)转化为适应各类工程实际应用设计和产品的过程中,以下问题需引起关注,并加以解决(主要以方案5为例)。

2.1 主备泵的联锁

我国的工程实际中消防泵通常采用两泵互为用备的模式运行,即两泵共用一台控制柜。对于大容量一用一备两台水泵,限于柜体尺寸,还会各设独立的控制柜。机械应急启泵功能装置与互为备用的两泵之间是否需要一一对应匹配,以实现一套装置同时联锁控制两泵?原来的互为备用两泵间的联锁功能要求在机械应急启泵时是否仍需满足?机械应急启泵时,是否需同时联锁切除该泵的故障控制电路电源?

2.2 中大容量泵的起动

水泵电机全压直接起动方式的容量受限于变压器容量等因素,消防水泵可全压直接起动的容量更受限于备用应急柴油发电机组容量。因此,在具体工程设计中,消防泵能够采用全压直接起动的比例很小,而绝大多数是采用星—三角或自耦变压器降压起动方式,这就引出能否将机械应急启泵装置扩展到机械应急降压启泵装置的课题。

未来的机械应急启泵是选用与主回路对应的多套机械手工星—三角(或自耦变压器)降压起动方案,还是用一套机械应急启泵装置将正常时的降压起动(或软启动)在紧急情况时强制改为手动全压起动方案,或是发明新专利,实现机械应急自动化星—三角(或自耦变压器)降压起泵。前一种方案太复杂;中间方案对电网冲击过大或需相关校核计算,采取加大备用柴油发电机及相关变压器容量等措施;后一种方案不易实现。

2.3 主回路接触器选型

方案5的机械应急启泵装置通过绝缘短杆直接挤压主回路的接触器主触点闭合,以实现接通主触点通电启泵。这就要求主回路的接触器主触点的结构必须敞开,其上方不得有防护盖板妨碍绝缘短杆的机械运动,即方案5并非与所有型号的接触器相匹配,在设计选型时需注意这一点。

2.4 信号监控

机械应急启泵装置被操动时,根据GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》要求,其动作信号应反馈至消防控制室。对于方案4,如果将水泵转动信号转换成电信号或将出水干管水压变化信号直接反馈到消控室,就更能准确地反映消防泵的真实状态。

2.5 其 他

除强制启泵功能外,机械应急启泵装置在置入时尚有一些其他具体要求,如机械锁定、主触点保持、装置防护等。

以上问题增加了消防泵控制柜设计制造的复杂性,影响了系统整体可靠性的提升。

3 思 考

GB 50974—2014涉及设计、生产、施工安装、验收、运行维护等一系列环节。要满足GB 50974—2014第11.0.12条的要求,消防控制柜升级势在必行。面对机械传动设计,电气设计人员只能寄希望于专业生产厂家及早推出相关产品。新一代产品还存在新老功能的兼容、整合、集成、优化等技术难题,要解决这些问题,以使其不但满足GB 50974—2014,同时还满足其他相关标准规范的要求。另外,产品设计、生产、检验、鉴定、推广都需要投入和时间。因此,目前完全适应GB 50974—2014第11.0.12要求,又充分兼容传统电气起动联锁等功能的消防泵控制柜产品仍在进一步研发完善中。

GB 50974—2014第11.0.12是基于控制线路出现故障功能失效,而主回路电源仍正常的前提下实施的,其宗旨在于提高消防给水系统的可靠性。如主回路电源供电不正常(发生断电、欠压、器件损害等故障),该功能毫无作用。对于最普遍的电动机驱动系统,互为备用的两台电动机的启动控制回路一一对应,控制电源也由各自主回路引接,相互间没有直接联系;控制回路同时出现故障的概率很低,且消防泵及其电路已被要求设置自动巡检监控功能,控制回路的故障应得以及时发现并解决。因此,机械应急启泵对整个系统总可靠度的提升很有限(内燃机直接驱动系统因不用外接主电源不受此限制),对于超大、超高等救火难度大或特别重要的建筑来说还是有意义的。鉴于消防泵主电源是以建筑不同类别按一级特别重要、一级、二级甚至三级负荷分等级供电的,而电源因素对系统可靠性的影响权重明显要大得多。因此,对于供电级别不高(如二、三级)的消防控制柜,其增设机械应急启泵功能的意义合理性、必要性、适用性需商榷。

一些国外发达国家通常不设消防备用泵，故其要求在消防泵上设机械应急启泵功能的作用意义就大多了。

GB 50974—2014第11.0.12为强制性条文,而GB 50116—2013第5.4.2.4条明确规定了机械应急启泵适用范围为发动机消防泵组(即内燃机直接驱动水泵的组合),两国标要求明显不统一,本文认为后者更契合实际。

4 结 语

当前国内消防泵控制柜相关技术还不够充分,产品在研发、生产、检验、完善、系列化等方面尚未完全成熟,GB 50974—2014在“适用范围”和“强制性”等方面论证似乎略显仓促,有进一步讨论商榷的必要。建议尽快出台权威、明确的“名词解释”以及实施方案指南,以期尽量缩短过渡期。

[1] GB 50947—2014 消防给水及消火栓系统技术规范[S].

[2] GB 50116—2013 火灾自动报警系统设计规范[S].[3] GB 278985—2011 固定消防给水水设备 消防双动力给水设备[S].

[4] GB/T 21208—2007 低压开关设备和控制设备 固定式消防泵驱动器的控制器[S].

[5] IEC/TS 62091:2003 驱动器用控制器 低压开关设备和控制设备[S].

[6] 桂斌.消防负荷供电分析[J].现代建筑电气,2014,4(9):22-27,

[7] 孙青格.具有紧急启动消防泵机械装置的消防给水设备控制柜:中国,201226414 Y[P].2008.

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Discussion About Mechanical Emergency Pump of Fire Pump Control Cabinet

HUANG Junquan

(Sichuan Gohen Architecture Design Co., Ltd., Chengdu 610041, China)

Based on GB 50974—2014,this paper discussed several implementation plans of the function of mechanical emergency pump of fire pump control cabinet and expounded some problems that should be attention to.It can provide

for related electrical designers.

compulsive clause; mechanical emergency start-up; step-down start-up; interlocking control

黄俊权(1964—),男,教授级高级工程师,从事建筑电气设计。

TU 998.1

B

1674-8417(2015)01-0043-04

2014-11-26