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消防负荷分组设计方案对比 消防用电负荷从哪里分开 柴油发电机消防负荷供电方案

更新时间:2022-05-12 13:37:59 编辑:电气设计网

0 概述

  最近在工作中看到变电所低压侧消防、非消防负荷分组设计方案,做法来源于GB50016-2014《建筑设计防火规范》中10.1.6的条文说明。条文说明中建议变电所从变压器低压侧开始将消防负荷与非消防负荷分为两段母线分别配电,避免消防负荷受非消防负荷故障的影响。这种分组设计的做法在设计行业也算是新生事物,设计人员的看法也各不相同。

  中设协建筑电气工程设计分会主编的《建筑电气设计疑难点解析及强制性条文》中针对是否分组设计在第1.6条中专门做了解释。书中认为对于工程规模较小、消防负荷很少的项目(例如仅有一、两个消防回路)还是可以采用不分组设计,但是当工程规模较大、消防负荷较多时建议设置消防专用母线段,因为如果此时大量的消防负荷与非消防负荷混接在同一个母线段上,当非消防负荷出现故障或合用母线发生短路等故障时,都会影响到其他大量消防负荷供电的可靠性,因此当工程规模较大、消防负荷较多时,建议设置消防专用母线段。但也有业内人士建议“…在二、三线城市消防队员专业素质相对不高的中小项目宜采用分组方案(简单,直接切非);在设有多个变电所的大型项目且消防联动控制设计完备的项目可不采用分组方案”。

  由此可见,一些人员认为工程规模大要分组设计,另一些则认为工程规模大反而不需要分组设计。1传统低压母线不分组设计图1是变电所低压母线不分组设计的传统做法,www.35kv.com参见GB50016-2014《建筑设计防火规范》P374页“负荷不分组设计方案(一)”。每个变压器低压侧设一段母线,两台变压器低压侧的两段母线设母联开关,平时各自分段运行,一路电源故障退出后,母联QF3合闸,由另一路电源带两段母线上的重要负荷继续工作。在火灾时,为了避免建筑内非消防电源导致电气火灾事故扩大,或防止火灾现场触电事故,需要对非消防电源采取切除措施。

2 消防、非消防负荷采用分组设计

  图2是低压母线分组设计方案,消防配电采用专用母线段,参见GB50016-2014《建筑设计防火规范》P375页“负荷分组设计方案(一)”。与图1做法相比,在每台变压器低压侧分设两段母线,分别为消防与非消防母线段。规范编制者认为这种接线的优点是当非消防负荷出现故障或非消防母线故障短路时,不会影响到消防段母线的可靠性,而且在火灾时切除非消防电源非常方便,不会误切重要的消防回路。

3 分组与不分组设计技术比较

  GB50016-2014《建筑设计防火规范》条文说明中对上述两种做法也做了分析比较,即传统的不分组方案主接线简单,造价较低,但是这种方案使消防负荷受非消防负荷故障的影响较大。由于规范并没有说明哪些因素会导致消防负荷受非消防负荷的影响较大。笔者猜想可能有以下几种可能,一是火灾时非消防负荷出线开关损坏,既无法切断非消防电源,线路短路也无法实现跳闸保护的功能,导致变压器低压侧主开关跳闸进而影响本段母线上消防负荷的正常工作;二是火灾时切除非消防电源程序不合理,比如相关人员未能准确切除非消防负荷,甚至直接将变压器低压侧主开关切断,进而导致共用母线上的消防负荷也失去电源。

  另外,如果设计考虑不周全,未设计联动切除非消防电源的措施,低压柜内断路器也未考虑上下级配合。那么当不分组设计时,非消防线路着火造成的短路可能直接把低压侧总开关顶开,造成共用母线上的消防负荷失去电源;此时若采用分组设计,消防母线与非消防母线独立,而且消防设备及线路均采取防火措施,短时间内消防线路不会因为火烧而发生短路,即使未考虑级间配合,变压器低压侧消防母线的总开关也不受影响,此时也可体现分组设计的优点。

  下面从技术角度进一步分析分组做法的其他特点,图3是按照图2的主接线形式补充的一些配电设备,使其更接近工程实际。从图3中可见,由于在每台变压器低压侧出口处分为2个主断路器保护,此处存在电源分配的过程,属于一级配电。

  这两个主断路器与下级母线上的出口断路器之间电流级差势必变小,会导致级间保护配合难度加大。

  从图3中还可以看出,末端设备房中的消防类设备配电级数多达四级,对于非消防负荷很可能达到5级甚至6级,这与规范要求的供配电系统应简单可靠,低压不宜多于三级的内容相违背,配电级数多,系统保护复杂,故障率也会增加另外,当火灾时,通过切除图3中所示的虚线框内的非消防负荷,来保证消防负荷不受影响。此时,两路电源的低压侧消防母线段没有设母联,当一路电源故障时,虽然有另一路电源保证供电,但是此时双路电源末端互投失去意义,两路电缆到末端的线路其实只有一路有电,而不分组设计即使一路电源故障,可以通过母联合闸,仍然保证双回路电缆在末端互投,可以更能经受火场的考验。

  再则,笔者认为这种接线方案的另一个优点是可以方便准确地切断非消防负荷总开关。因为不分组设计时,逐个切除非消防负荷会引起误操作把重要负荷切除。但根据GB50016-2014《建筑设计防火规范》中的解释,只要不是供电线路发生的火灾,都可以先不切断电源,尤其是正常照明的电源。

  正常照明、生活水泵等非消防电源只要在水系统动作前切断,就不会引起触电事故及二次灾害,而其他没必要继续工作的电源或切断后也不会带来损失的非消防电源,可以在确认火灾后立即切断。由此可见,对非消防负荷分回路切断比较合理,图省事直接切除非消防负荷总开关的做法不可取。实际工程中,可以通过火灾报警系统联动控制切除非消防电源,可以将非消防电源分为几类,在消控室按类别分阶段切除,不存在误切的问题。有人建议采用分组设计,可将照明、生活泵及客梯等挂在消防段母线上,,但是这些非消防负荷与消防负荷共用母线后又与编者的“消防负荷受非消防负荷故障的影响较大”相绌。

  综合上述,不分组设计与分组设计的优缺点对比如表1所示。

  从表1对比可以看出消防、非消防负荷分组设计有许多弊端,在业内未达成普遍共识时,在现阶段最好还是采用传统做法。

4 含柴油发电机的不分组设

  带有柴油发电机的配电系统也存在上述消防负荷是否分组设计的问题。如图4所示,是传统不分组设计接线方案。柴发作为第三路电源,用于特别重要的工程中,将消防与保障负荷分为两段母线设计;也可以将消防与保障负荷共用一段母线设计,此时柴发只需引出供电回路至消防及保障母线段。

5 含柴油发电机的分组设计

  图5是摘自规范中的含柴发的低压分组设计接线图。火灾时,切除中间部分的非消防电源配电系统,优缺点与图2相同,只是多了柴发作为备用电源。

  6 提高供电可靠性的其他措施

  为了提高消防设备供电可靠性,各类规范或技术手册给出了许多技术措施,比如上文所说的消防负荷采用专用母线段其目的就是为了提高消防供电可靠性。另外,增设消防电源监控系统、采用矿物绝缘电缆或采用消防专用电气竖井等措施也能提高消防设备的供电可靠性,但是都会增加系统的复杂程度或带来成本的增加。是否有简单的方法既能提高供电可靠性,又能不增加投资成本呢,本人提出下列两个问题供同仁们思考。

  第一,规范要求的消防设备双路电源末端互投的要求是否可以降低。如果说以前是考虑电缆的防火性能差,难以满足火灾时供电持续性的要求,故而采用双路电源末端互投,那么现在消防设备普遍采用矿物绝缘电缆供电,线路的防火性能有了保证,是否可以不必采用双路电源末端互投?双路电源只在变电所低压侧通过母联完成,由变电所引出到消防设备末端配电箱只采用单路矿物绝缘电缆,这样设计既经济也满足火灾时供电持续性的要求。

  第二,充分利用IT系统供电可靠性高的特点,将火灾时的TN-S配电系统转换为IT系统。我们常规的TN-S配电系统可以采用如图6所示一点接地形式,在火灾时,切断一点接地处的接地线,临时将低压配电系统的接地形式转换为IT系统。由于IT系统电源中性点不接地,当第一次发生单相接地故障时系统可以继续工作,而且当人体单相触电也不会发生伤害事故,故采取这种措施后在灭火期间系统供电的可靠性及安全性得到了提高。

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