消防泵降压起动控制电路的简化设计

曾以雄

（兰州军区司令部工程科研设计所，兰州　730000）



消防泵降压起动控制电路的简化设计

曾以雄

（兰州军区司令部工程科研设计所，兰州730000）

摘要本文对传统2台互备自投消防泵自耦降压起动一次电路进行了简化设计，简化后的自耦降压起动一次电路只使用1台自耦变压器，控制装置的体积可以大为减小、重量也大为降低，对二次控制电路作了相应修改，并对原降压起动二次控制电路存在的一些问题和不足进行了改进。

关键词：消防泵；自耦降压起动；电路简化；节电措施

虽然电动机变频起动和软起动技术已被普遍应用，但是，变频和软起动设备造价高、技术复杂，对管护人员的技术要求也较高，特别是消防泵所处环境潮湿，容易造成设备故障，又会进一步增大工程维护成本。自耦降压起动设备技术简单、造价低，因而，维护简便，可维修性好，尤其作为消防泵起动控制设备，由于设备长期处于“备用”状态，自耦降压起动这种技术简单、价格低廉的控制设备仍受到使用单位的欢迎。特别是2014年新发布的《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116—2013）第3.1.8条关于“水泵控制柜、风机控制柜等消防电气控制装置不应采用变频起动方式”的规定，消防泵自耦降压起动控制设备仍将有较好的生命力。但它也存在着设备体积大、重量大、占地面积大的问题，如果能够简化自耦降压起动控制电路，减少其体积和重量，自耦降压起动技术仍然具有很好的应用前景。下面，以吕光大主编《建筑电气安装工程图册》（水利电力出版社1987年版）之JD13-212控制电路为例，对2台互备自投消防泵自耦降压起动控制电路[1]进行简化设计，供商榷。

1　一次电路简化设计

从功能上考虑，按照要求，降压起动不适合于频繁起动的方式，作为消防泵起动设备，它的工作频繁度很低，从消防泵的工作方式看，一用一备两台泵不会发生同时起动的情况，即使从最不利的情况看，只会发生2台泵短时间依次分别起动，使自耦变压器在短时间内连续工作2次的情况，不属于频繁起动，起动性质并没有发生变化，这种情况也是在自耦变压器技术参数的允许范围内，不会造成电器过热的问题。从可靠性方面考虑，在2台互备自投消防泵起动控制设备中，控制元器件都是按1套设计的，自耦变压器作为起动控制器件，用1台自耦变压器完成一用一备两台泵的降压起动控制是符合控制装置器件配置原则的；而且，自耦变压器是静态工作设备，自身的故障率较低，工作可靠性是可以得到保证的。自耦变压器体积大，重量也大，减少一台自耦变压器后，控制装置的体积和重量可以成倍减小，不便于搬运、安装和维护困难的问题就可以得到很好的解决；消防泵降压起动控制电路经过简化和改进，省去一台自耦变压器后，二次接线有少量变化，但其它元器件的数量没有增加，故障发生概率不会增加。因此，在确保起动控制电路工作可靠性的前提下，从经济合理性出发，力求电路简化，不但可以节省投资，也能减少电能消耗。两台互备自投消防泵自藕降压起动一次电路简化设计如图1所示。图1中，图1（a）为原设计图（JD13-212），图1（b）为简化设计图。

图1　两台互备自投消防泵自藕降压起动一次电路简化设计图

2　二次电路修改设计

一次电路图简化后，二次电路需要进行相应的修改，另外，原控制电路中不仅存在一次电路与二次电路动作一致性不统一的问题，还有使用时间继电器接点直接起动两只交流接触器等不合理的问题，修改设计后一并解决控制电路中存在的这些问题，可以进一步提高控制电路的可靠性。为方便比较，将原两台互备自投消防泵自耦降压起动控制电路图示于图2（因原图所用图形符号不是现行图形符号标准，图2采用现行图形符号对原图重新进行了绘制，并省去了原图中火灾信号回路部分）。

图2　两台互备自投消防泵自藕降压起动控制电路图（原图）

原二次电路图中（见图2），二次回路电源接在公共端L1上，因而存在一次电路与二次电路动作一致性不统一的问题：以1#泵工作2#泵备用为例，在QF1未合闸（或者1#泵存在短路故障而使QF1跳闸）的情况下，这时如自动信号使1#泵起动，1#泵将不能投入工作，但信号却显示1#泵已处于工作状态，因而2#备用泵不会被起动，造成不能正常工作的错误。按照简化的一次电路，修改后的二次控制电路图如图3所示。

图3中，1#、2#泵的起动回路（KM1、KM2、KM4、KM5）电源仍接在公共端L1上，而将各自的运行回路电源分别接在相应电机的保护断路器后侧，即KM3接在QF1后侧，KM6接在QF2后侧，上述问题便得以解决，二次电路的工作可靠性得到了提高。另外，图3的二次电路设计还解决了用时间继电器接点直接起动两只交流接触器的问题。图2中时间继电器KT2（KT4）的作用，是当工作泵起动失败后，完成备用泵投入起动的转换，但该电路中KT2（KT4）的延时闭合触点直接承担了备用泵的起动控制，这是不合适的。图2中，KT2、KT4选用的是JS7-2A时间继电器，该时间继电器的接通电流为3A，开断电流为0.3A。而采取降压起动的电动机功率一般都在30kW以上，所配用的交流接触器额定值都在60A以上。仍以原图JD13-322中老型号CJ10-100为例，该接触器吸引线圈的起动功率为760VA，吸持功率为105VA，则一只接触器的起动电流为I1=S/U=495/220=3.45A，吸持电流为I2=105/220=0.48A，由此可知该时间继电器所承担的接通电流为Iq=I1=3.45A，开断电流为Id=2I2=2× 0.48=0.96A，接通电流和开断电流都超过了它的允许范围。当接触器的额定电流更大时，这一情况更为严重。图3分别在KT2、KT4的延时闭合触点上并联了一组KM1、KM4常开触点，以改善它的工作条件。但要从根本上解决这一问题，特别是当接触器的容量更大时，必须分别加装一只中间继电器进行转换。

图3　两台互备自投消防泵自藕降压起动控制电路图（简化图）

3　电路工作过程

简化的控制电路工作过程与原控制电路基本相同。当1#泵工作2#泵备用时，交流接触器的工作转换过程如下：KM1吸合→KM2吸合→起动延时→K1吸合→KM1释放→KM2释放→KM3吸合→1#泵运转；如1#泵未起动成功，则过程转入2#泵：1#泵起动失败→KM4吸合→KM5吸合→起动延时→K2吸合→KM4释放→KM5释放→KM6吸合→2#泵运转。2#泵为工作泵时，过程类同。当两台泵共用一只自耦变压器后，为了从电路上避免两台泵同时起动的情况发生，图3中KM2与KM5采取了互锁措施。

4　元器件选配

图3中，通过KM2、KM4主回路的电流与原电路（图2）发生了变化，需要重新核算其额定值。根据电动机自耦降压起动原理[2]，电机降压后从电网吸取的起动电流IQ与全压直接起动电流IeQ的关系为

式中：K为自耦变压器的降压系数，常用的有80% 和65%两组。自耦变压器的电路原理如图4所示，在忽略损耗的情况下：

即

将式（1）代入式（2）得

式中，I2Q即为KM2、KM5中的通过电流值。式（3）说明，KM2、KM5的额定电流可按KM1、KM4的K倍选择。

图4　自耦变压器电路原理图

5　结论

消防降压泵起动控制电路经过以上简化和改进，省去了一台自耦变压器，平时的静态损耗减少将近一半；简化和改进后，二次接线有少量变化，但其它元器件的数量没有增加，其控制装置的体积和重量可大为下降，整体可靠性得到一定提高，整机成本也大大下降。

参考文献

[1] 吕光大. 建筑电气安装工程图册(第二集) 13[M]. 北京: 水利电力出版社, 1993: 13-16.

[2] 吴大榕. 电机学-上册[M]. 北京: 水利电力出版社, 1959: 314-315.

曾以雄（1962-），男，兰州军区司令部工程科研设计所高级工程师，主要从事国防、人防工程设计工作。

中分、合闸定位刻度指示线不可调，分别用绿、红色油漆划线表示）。

The Simplified Design of the Voltage-Reduced Starting Control Circuit of Fire Pumps

Zeng Yixiong
(Engineering Research and Design Institute of Lanzhou Military Area Headquarters, Lanzhou730000)

Abstract The thesis provided a simplified design for the auto-induction voltage-reduced starting first control circuit of fire pumps which traditionally using 2 converters. The simplified design needs 1 auto-induction converter only. The design greatly reduced the occupation and weight of the control device as well. We also optimized the relative second control circuit.

Keywords：fire pump; auto-induction voltage-reduced starting; circuit simplification; energy saving

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