消防用电设备负荷计算探讨

摘 要：研究了消防用电设备负荷计算的方法。各种消防用电设备运行工况不同，每个项目供电系统也存在差异，在实际工程中负荷计算容易出错。通过工程实例进行比较分析，得出消防用电设备负荷计算的实用方法，可为电气设计人员提供参考。

关键词：节电运行; 权衡判断; 负荷计算; 有功功率; 无功功率

中图分类号： TU89文献标志码： A 文章编号： 1674-8417（2024）09-0064-05

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.09.012

0 引 言

当消防用电设备的计算负荷大于火灾切除的非消防负荷时，应按未切除的非消防负荷加上消防负荷计算总负荷;否则，计算总负荷时不应考虑消防负荷容量［1］。这个计算原则众所周知，但是在实际工程中由于配电系统形式和消防设备运行状况的差异，负荷计算经常会出错。

1 消防用电设备的分类

根据消防用电设备实际运行工况对其进行简单的分类。主要消防用电设备的分类如表1所示。

对于平时正常运行的消防设备而言，平时和火灾状态下都在正常工作;这些消防设备在两种工况下都应该全部计入总负荷计算。平时节电运行设备平时处在节电状态，火灾时设备转入应急工作状态;这些消防设备平时负荷基本上不会超过设备总功率的50%，可按设备总功率的50%计入，在火灾状态下应按满负荷纳入计算。火灾时运行设备平时不工作，火灾时满负荷工作;这些设备平时负荷计算可以不计入，而火灾时应按满负荷纳入计算［3］。

2 消防用电设备负荷计算的权衡判断

由于消防设备运行工况不同，负荷计算时需要进行分类计算，并根据计算结果进行权衡判断。下文通过工程实例来具体分析。某工程主要消防用电设备表如表2所示。某工程主要非消防用电设备表如表3所示。

火灾时消防负荷计算：P₁=P_X1+P_X2+P_X3+P_X4=450 kW。

平时非消防负荷计算：P₂=P_F1+P_F2+P_F3=400 kW。

通过以上计算可知：火灾时消防负荷大于平时非消防负荷，但是变压器或发电机负荷计算时不能按消防负荷（450 kW）来计算。因为消防时负荷计算没有考虑火灾不切断的非消防设备;平时负荷计算时没有考虑平时正常运行的消防设备和平时节电运行的消防设备。计入这些用电设备以后，对变压器和发电机在两种工况下实际运行的设备进行负荷计算。平时变压器的实际运行负荷计算：

P₃=P₂+P_X1+0.5（P_X2+P_X3）=525 kW。

火灾时变压器的实际运行负荷计算：

P₄=P₁+P_F1=500 kW。

平时停电发电机的实际运行负荷计算：

P₅= P_F1+P_F2+P_X1+P_X2+0.5P_X3=280 kW。

火灾时断电发电机的实际运行负荷计算：

P₆=P₄=500 kW。

发现变压器平时的实际运行负荷比消防时实际运行负荷还要大（P₃＞P₄）。如果按照火灾时消防负荷（P₁）来选择变压器，那容量肯定是不够的。主要的原因还是平时正常运行消防设备和平时节电运行消防设备平时也在工作，这些消防负荷影响了权衡判断的结果。在做权衡判断时应该取两种工况下实际运行用电负荷较大者，或者取火灾时切除的非消防负荷和投入的消防负荷之间较大者计入负荷计算。变压器火灾时投入的消防负荷计算：

P₇=0.5（P_X2+P_X3）+P_X4=325 kW。

变压器火灾时切除的非消防负荷计算：

P₈=P_F2+P_F3=350 kW。

通过计算可知，火灾时投入的消防负荷比火灾时切断的非消防负荷要小（P7＜P8），变压器负荷计算时应按平时实际运行负荷（525 kW）进行计算。变压器负荷计算的权衡判断如表4所示。

另外，平时消防送（补）风机和双速排烟风机在低速运行，而且基本上都是双电源供电，所以平时停电起动发电机后这些用电设备仍在正常运转。在平时停电状态下发电机负荷计算时这些设备不能遗漏。综上所述，平时正常运行的消防设备和火灾不切断的非消防设备在两种工况下都要纳入负荷计算，但是不参入权衡判断之中。平时节电运行消防设备只能按照其总功率的50%计入权衡判断。

3 消防用电设备的负荷计算

首先从配电系统开始分析消防用电设备的负荷计算。例如，某工程主电源为一路10 kV市政进线，设置1台变压器和1台柴油发电机组。供电方案一如图1所示。

从图1可知，所有消防设备和非消防设备共用电源（变压器和发电机），负荷计算时可按照火灾时投入的消防负荷和火灾时切除的非消防负荷之间较大者计入即可。

如果这个项目设置有两台或两台以上变压器时，消防泵和喷淋泵都由1#变压器供电，供电方案二如图2所示。发电机只有1台，其负荷计算方法与方案一完全相同。而变压器负荷计算就不同，需要分情况来讨论。当1#楼火灾时，1#变压器负荷计算方法与方案一相同。如果2#楼火灾时，消防联动只会切除2#楼相关部位的非消防电源，而不会切除其他楼的非消防电源［4］（1#楼）。1#楼的非消防用电设备与小区共用的消防用电设备（消防泵、喷淋泵和消防控制室）有同时工作的可能。所以1#变压器负荷计算时，其所供的消防泵、喷淋泵及消防控制室用电设备必须计入平时负荷计算。

消防泵和喷淋泵平时不运行，如果正常计入

负荷计算，变压器的安装容量可能会变大、变压器平时负荷率较低。这样不仅增加了建设和运行成本，还很不节能。下文还是以图2为例进行计算分析：假设1#和2#变压器容量均为S=1 000 kVA，平时运行负荷率为80%，电容器补偿后功率因数为cosa=0.95。消防泵一用一备，功率为90 kW;喷淋泵一用一备，功率为110 kW。2#楼火灾时1#变压器负荷计算表如表5所示。

平时运行设备视在功率：S_c=80%S=800 kVA

平时运行设备有功功率：P_c=S_ccosa=760 kW

功率因数cosa=0.95时对应的tga=0.33

平时运行设备无功功率：Q_c=P_ctga=250.8 kvar

从表5的计算数据可以看出来，1 000 kVA的变压器平时负荷率80%，火灾时负荷率可能会达到107%，有过载而断电的风险。如果把变压器容量改成1 250 kVA，虽然火灾时负荷率满足要求，但是平时的负荷率只有64%;负荷率明显偏低，投资大、损耗大，不够经济［5］。因此，需要对这个供电方案进行优化设计，比如：消防泵还是由1#变压器供电，喷淋泵改由2#变压器供电。消防负荷供电方案调整后，2#楼火灾时1#变压器负荷计算表如表6所示。1#楼火灾时2#变压器负荷计算表如表7所示。

经过计算可知：1#楼或2#楼火灾，2#变压器或1#变压器的负荷率都会升高，但设备用电容量都没有超过变压器的额定容量，变压器没有过载的风险。当然就不会因为计入消防泵和喷淋泵用电容量而增加变压器的容量。

4 结 语

消防用电设备负荷计算时必须先按照设备的实际运行工况进行分类计算，再按照平时运行设备容量和火灾时运行设备容量之间较大者选择变压器和发电机容量。在供配电系统设计时，火灾时投入运行的一些大功率消防设备尽量由不同的变压器来供电，避免火灾时因变压器过载而断电的风险。

［1］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.民用建筑电气设计标准：GB 51348—2019［S］.北京：中国建筑工业出版社，2019.

［2］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.消防应急照明和疏散指示系统技术标准：GB 51309—2018［S］.北京：中国计划出版社，2018.

［3］ 中国建筑标准设计研究院.民用建筑电气设计计算及示例：12SDX101-2［M］.北京：中国计划出版社，2012.

［4］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.火灾自动报警系统设计规范：GB 50116—2013［S］.北京：中国计划出版社，2013.

［5］ 中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册［M］.第4版.北京：中国电力出版社，2016.

收稿日期： 20240711

Discussion on Load Calculation of Fire Electrical Equipment

LIU Bochao， ZHANG Haitao， ZHANG Penghui， ZHANG Xiaohui

（China United Northwest Institute for Engineering Design amp; Research Co.， Ltd.， Xian 710077， China） Abstract：

Research on the method of load calculation of fire-fighting electrical equipment.The operating conditions of various fire-fighting electrical equipment are different，and the power supply system of each project is different，so the load calculation is prone to errors in actual projects.This paper compares and analyzes engineering examples to illustrate the practical method of load calculation of fire-fighting electrical equipment，which can provide reference for electrical designers.Key words：

energy-saving operation; comparative judgme; load calculation; active power; reactive power