超高层建筑消防水泵供电及控制设计研讨

宁永生, 邢 霖

(1.重庆市设计院, 重庆 400015;2.重庆建筑工程职业学院, 重庆 400072)

0 引 言

近年来,随着建筑技术的发展,超过100 m的超高层建筑越来越多,由于超高层建筑本身火灾危险性较高,直接影响消防灭火效果的消防水泵的可靠性就显得尤其重要,而消防水泵的供电及控制的可靠性又是影响消防水泵可靠性的重要因素。因此,本文结合实际工程,从消防水泵的供电可靠性、控制可靠性及维护管理方面进行设计探讨。

1 工程概况

某证券大楼总建筑面积约为118 162.99 m2,其中地上建筑面积约为76 222.44 m2,地下建筑面积约为41 940.55 m2,地上39层,地下6F,9F和24F为避难层,建筑总高度为198.6 m,拟建为甲级智能写字楼,主要包括证券总部办公和文化区,与证券业相关的银行、基金、信托、保险、担保及律师、会计师、审计师事务所等中介机构办公区;配套设施为展览厅、多功能厅、会议、食堂、厨房、健身中心、商务中心、数据机房、地下车库及设备用房等。

在-6F设有一个消防水泵房,在24F避难层设有一个转输消防水泵房。在贴邻消防水泵房均设置一个消防水泵控制室,根据GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》[1]第11.0.9条“消防水泵控制柜设置在专用消防水泵控制室时,其防护等级不应低于IP30”,故该工程选用防护等级为IP30的消防水泵控制柜。

2 消防水泵的供电系统

2.1 消防水泵的供电电源

该工程为一类高层民用建筑,消防水泵用电属一级负荷,根据GB 50052—2009《供配电系统设计规范》[2]第3.0.2条规定“一级负荷应由双重电源供电,当一电源发生故障时,另一电源不应同时受到损坏”。该工程采用城市10 kV双重电源供电,为保证消防设备的供电可靠性,另设置1台自备消防柴油发电机组作为备用电源。消防水泵的供电电源由变电所的常用母线和应急母线分别引来2路380 V主供和备供电源,在消防水泵控制室进行双电源切换。

2.2 消防水泵的供电线路

消防水泵的可靠运行需要确保供电系统能够正常供电,而消防水泵配电线路连接消防水泵与供电系统。因此,在发生火灾时应充分保证消防水泵配电线路的可靠性、安全性,以便消防设备能够发挥应有的作用,从而有效控制火灾。消防水泵集中设置在水泵房中,其配电线路主要由两部分组成,分别是双回路电源的干线和配至各个消防水泵电动机的配电支线。该工程为超高层建筑,消防水泵的配电线路干线采用的矿物质绝缘电缆由变电所放射式供电,支线采用A级低烟无卤电缆穿金属管供电。

2.3 消防水泵供电的末端切换

JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》和GB 50016—2014《建筑设计防火规范》均规定,消防控制室、消防水泵房、防烟和排烟风机房的消防用电设备及消防电梯等的供电,应在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。考虑到该工程为超高层建筑,消防水泵的供电可靠性更加重要,所以消防水泵供电线路末端切换后分成2段母线,消火栓泵和喷淋泵的主、备泵配电线路分别引自2段母线,当一段母线故障或检修时,另一段母线能保证水泵的供电,提高消防水泵的供电可靠性,如图1所示。

图1 消防水泵配电一次线路图

2.4 消防水泵的过负载保护

该工程消防水泵的短路保护和单相接地保护等保护均按照规范和常规做法进行设计,本文仅着重介绍过负载保护。

GB 50054—2011《低压配电设计规范》第6.3.6条规定:“对于突然断电比过负荷造成的损失更大的线路,该线路的过负荷保护应作用于信号而不应切断电路”,因此消防水泵不应装设过载保护切断装置。但是消防水泵与其他消防设备不同,消防水泵一用一备,备泵自动投入,为保护水泵(更重要为保证消防用水的需要),消防水泵应切断电源,让备泵自动投入运行,同时消防水泵的过负载信号报警至消防控制室。

3 消防水泵的控制

根据GB 50974—2014和GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》[3]对消防水泵的启停控制要求,该工程消防水泵没有设置自动停泵的控制功能,停泵由具有工程管理权限的工作人员根据火灾扑救情况确定。消防水泵采用以下4种启动方式:① 消防水泵由消防水泵(消火栓泵、喷淋泵)出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关或报警阀压力开关等开关信号直接自动启动消防水泵,消防水泵房内的压力开关信号引至消防水泵控制柜内;② 消防控制室手动启停,消防控制室具有下列控制和显示功能:消防控制盘设置专用线路连接的手动直接启泵按钮,消防控制盘能显示消防水泵的运行状态,消防控制盘能显示消防水池、高位消防水箱等高水位、低水位的报警信号和正常水位信号;③ 在消防水泵控制箱设置就地启停消防水泵按钮;④ 在消防水泵控制箱设置消防报警模块总线启动消防水泵[4]。

该工程为超高层建筑,消防给水分区供水,在24F避难层设有转输消防水泵,转输泵在消防水泵启动后再启动。消防水泵控制柜设有机械应急启泵功能,在控制柜内的控制线路发生故障时由专业管理人员直接启动消防水泵。

由于规范要求消防水泵不宜采用有源器件启动,该工程消防水泵功率比较大,所以采用星三角和降压启动(见图1)。消防水泵的电气控制特别强调以下要求:① 2台消防水泵可以任意选一台作为主泵,另一台作为备泵,主泵因故不能启动、运行时,备用泵应能自动投入运行;② 任一台消防水泵在检修期间发生火灾时,另一台消防水泵应能正常启动、运行;③ 控制电源接在消防水泵主断路器进线端子处,检修电气控制线路和调试时,断开主断路器,可避免消防水泵运转,也不影响另一台泵启动、运行。消防水泵的控制原理图如图2所示。

图2 消防水泵控制原理图

4 消防水泵的维护管理

4.1 消防水泵自动巡检系统

根据GB 50974—2014的要求,该工程设有消防水泵巡检系统,具有以下功能:① 巡检周期设为7 d,且能按需要(≤7 d)任意设定;② 以低频交流电源逐台驱动每台消防水泵,使每台消防水泵低速转动的时间≥2 min;③ 对消防水泵控制柜一次回路中的主要低压器件进行巡检,并检查器件的动作状态;④ 当有启泵信号时,立即退出巡检,进入工作状态;⑤ 发现故障时,有声光报警,并记录和储存故障信息;⑥ 自动巡检时,检查电源自动切换的功能。

消防水泵的自动巡检为管理者提供一个良好的管理平台,避免人为原因造成消防水泵在消防用水时因为设备的锈蚀或损坏而无法正常工作。自动巡检最大的优点是管理者不用特意去对消防水泵进行巡检,系统可以根据设定对消防设备进行检查,并把检测报告记录通知给管理者。

4.2 消防泵的定期维护保养

消防水泵应有管理、检查检测、维护保养的操作规程,应保证系统处于准工作状态。消防水泵的维护管理在自动巡检外应符合下列规定:① 每月应手动启动消防水泵运转一次,并应检查电源的情况;② 每周应模拟消防水泵自动控制的条件,自动启动消防水泵运转一次,并自动记录自动巡检情况,每月应检测记录;③ 每日应对稳压泵的停泵启泵压力和启泵次数等进行检查,并记录运行情况;④ 每季度应对消防水泵的出流量和压力进行一次试验;⑤ 消防水泵系统发生故障,需停水进行修理前,应向主管值班人员报告,并应征得维护负责人的同意,同时现场监督,在采取防范措施后再施工。

5 结 语

与高层建筑相比,超高层建筑的消防给水系统更加复杂,消防水泵的配电、控制要求也有很大的不同,消防水泵的配电、控制对消防水泵的可靠性起着决定性的作用。结合实际项目,针对规范的要求对超高层建筑消防水泵的供电电源、供电线路、过负载保护、控制、消防联动及维护管理等方面进行设计探讨,以期为同类工程提供参考。

[1]消防给水及消火栓系统技术规范:GB50974—2014[S].

[2]供配电系统设计规范:GB50052—2009[S].

[3]火灾自动报警系统设计规范:GB50116—2013[S].

[4]郝秦峰.《浅析GB50974—2014中消防水泵的自动启动》[J].给水排水,2015,41(6):123-128.