消防泵控制柜的機(jī)械應(yīng)急啟泵設(shè)計(jì)探討

黃 俊 權(quán)

(四川國恒建筑設(shè)計(jì)有限公司, 四川 成都 610041)

消防泵控制柜的機(jī)械應(yīng)急啟泵設(shè)計(jì)探討

黃 俊 權(quán)

(四川國恒建筑設(shè)計(jì)有限公司, 四川 成都 610041)

基于GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》,討論了消防泵控制柜增設(shè)機(jī)械應(yīng)急啟泵功能的幾種實(shí)施方案,并對實(shí)施中應(yīng)關(guān)注的一些問題進(jìn)行了闡述,以期為相關(guān)電氣設(shè)計(jì)人員提供參考。

強(qiáng)制性條文; 機(jī)械應(yīng)急啟動; 降壓起動; 聯(lián)鎖控制

0 引 言

消防水泵是消防水滅火系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其運(yùn)行可靠性要求高。特別是近十多年來,城市建設(shè)突飛猛進(jìn),超高層、超巨型建筑越來越多,這對消防水滅火系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。

GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》已于2014年10月1日正式發(fā)布實(shí)施,第11.0.12條規(guī)定:消防水泵控制柜應(yīng)設(shè)置機(jī)械應(yīng)急啟泵功能,并應(yīng)保證在控制柜內(nèi)的控制線路發(fā)生故障時(shí)由有管理權(quán)限的人員在緊急時(shí)啟動消防水泵。機(jī)械應(yīng)急啟動時(shí),應(yīng)確保消防水泵在報(bào)警后5 min內(nèi)正常工作。

本文從以下幾個(gè)方面對機(jī)械應(yīng)急啟泵展開初步探討,以期為電氣設(shè)計(jì)人員提供參考。

1 幾種實(shí)施方案

GB 50974—2014在條文說明中稱第11.0.12條為強(qiáng)制性條文,必須嚴(yán)格執(zhí)行。壓力開關(guān)、流量開關(guān)等弱電信號和硬拉線是通過繼電器來自動啟動消防泵的。如果弱電信號因故障或繼電器等故障,不能自動或手動啟動消防泵時(shí),應(yīng)依靠消防泵房設(shè)置的機(jī)械應(yīng)急啟動裝置啟動消防泵。當(dāng)消防泵控制柜內(nèi)的控制線路發(fā)生故障而不能使消防水泵自動啟動時(shí),若立即進(jìn)行排除,但線路故障的修理會受到人員素質(zhì)、時(shí)間上的限制,所以在消防發(fā)生的緊急情況下是不可能進(jìn)行的。因此條文規(guī)定,消防水泵在供電正常的條件下,無論控制線路如何都能強(qiáng)制啟動,以保證火災(zāi)撲救的及時(shí)性。

1.1 方案1

控制柜面上增設(shè)緊急控制按鈕。該按鈕不通過中間繼電器而直接接通主回路接觸器線圈,閉合主觸點(diǎn)通電啟泵。依據(jù)的是GB 277895.5—2011《固定消防給水設(shè)備 消防雙動力給水設(shè)備》第5.4.2.1條和GB 50974—2014第11.0.8條,可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急控制。該方案簡單,對傳統(tǒng)控制柜的改變最小,但混淆了機(jī)械應(yīng)急啟泵與應(yīng)急啟泵,故不能成立。

1.2 方案2

控制柜增設(shè)一機(jī)械手柄。機(jī)械手柄如圖1所示。該機(jī)械手柄傳遞的機(jī)械力直接作用于繼電器,控制觸點(diǎn)動作,從而使主回路接觸器線圈帶電,閉合主觸點(diǎn)通電啟泵。該方案雖由機(jī)械手柄啟動,但由于啟泵過程仍需通過控制線路,也不滿足GB 50974—2014第11.0.12條的要求。

圖1 機(jī)械手柄

1.3 方案3

在消防泵主回路接觸器上并聯(lián)一旁路接觸器。當(dāng)主回路接觸器故障不能正常動作時(shí),通過緊急按鈕啟用旁路接觸器繞開以實(shí)現(xiàn)啟泵。該方案提升了系統(tǒng)的可靠性,也被美國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)NFPA20標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可為實(shí)現(xiàn)控制器的緊急運(yùn)行控制的選項(xiàng)之一。但由于其機(jī)械特征不明顯,旁路控制器也是由其柜面上的按鈕通過控制電路觸發(fā)的,與GB 50974—2014第11.0.12條提及的基于控制線路故障的前提要求仍不匹配。

1.4 方案4

在消防泵主回路接觸器上并聯(lián)一旁路手動開關(guān)(斷路器或刀開關(guān))。該手動開關(guān)手柄設(shè)在柜面上,緊急情況發(fā)生時(shí)直接手動合上開關(guān)啟泵。該方案簡單,但由于其動作過程與控制線路無關(guān),手動開關(guān)的手柄也屬機(jī)械,因此說它是落實(shí)GB 50974—2014第11.0.12條的一個(gè)選項(xiàng)似乎也有道理。NFPA20標(biāo)準(zhǔn)在分類時(shí)將其納入開關(guān)電器類,而非機(jī)械驅(qū)動類。

1.5 方案5

機(jī)械應(yīng)急啟泵控制裝置如圖2所示。該裝置主要包括操作手柄、卡鞘、連動桿、復(fù)位彈簧、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、橫桿、可調(diào)節(jié)絕緣短桿等一套機(jī)械部件。工作原理如下:當(dāng)控制線路發(fā)生障礙,致使消防泵無法啟動時(shí),被授權(quán)者可將柜面上的手柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°,通過相關(guān)機(jī)械傳動,最終可調(diào)節(jié)絕緣短桿將直接擠壓主回路接觸器主觸點(diǎn),強(qiáng)制主觸點(diǎn)由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)入閉合,接通主回路,實(shí)現(xiàn)啟泵。該方案確實(shí)比較純機(jī)械,完全滿足GB 50974—2014第11.0.12條的要求。

圖2 機(jī)械應(yīng)急啟泵控制裝置

該裝置于2008年申獲國家專利(專利號CN201226414Y)。

參照NFPA20第7-5.3.2條,方案5最能滿足GB 50974—2014第11.0.12條的要求。其實(shí),方案4也滿足GB 50974—2014第11.0.12條的要求,但兩者的主要差別在于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的思路不同。

2 幾個(gè)問題

由于以前的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范對消防水泵啟動并無機(jī)械應(yīng)急啟泵的要求,設(shè)計(jì)單位(包含設(shè)計(jì)手冊、國標(biāo)圖集等)在進(jìn)行消防泵控制柜設(shè)計(jì)時(shí)均未考慮該功能,因此,重新設(shè)計(jì)須時(shí)將機(jī)械應(yīng)急啟泵裝置植入原有消防控制柜中,這就面臨機(jī)械系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)如何集成、落地的問題。

新一代控制柜的設(shè)計(jì)和制造不但要滿足GB 50974—2014的要求,還必須符合現(xiàn)行其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)要求,這將使得控制柜的機(jī)電一體化的復(fù)雜程度明顯增加。在將方案(或?qū)＠?轉(zhuǎn)化為適應(yīng)各類工程實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的過程中,以下問題需引起關(guān)注,并加以解決(主要以方案5為例)。

2.1 主備泵的聯(lián)鎖

我國的工程實(shí)際中消防泵通常采用兩泵互為用備的模式運(yùn)行,即兩泵共用一臺控制柜。對于大容量一用一備兩臺水泵,限于柜體尺寸,還會各設(shè)獨(dú)立的控制柜。機(jī)械應(yīng)急啟泵功能裝置與互為備用的兩泵之間是否需要一一對應(yīng)匹配,以實(shí)現(xiàn)一套裝置同時(shí)聯(lián)鎖控制兩泵?原來的互為備用兩泵間的聯(lián)鎖功能要求在機(jī)械應(yīng)急啟泵時(shí)是否仍需滿足?機(jī)械應(yīng)急啟泵時(shí),是否需同時(shí)聯(lián)鎖切除該泵的故障控制電路電源?

2.2 中大容量泵的起動

水泵電機(jī)全壓直接起動方式的容量受限于變壓器容量等因素,消防水泵可全壓直接起動的容量更受限于備用應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組容量。因此,在具體工程設(shè)計(jì)中,消防泵能夠采用全壓直接起動的比例很小,而絕大多數(shù)是采用星—三角或自耦變壓器降壓起動方式,這就引出能否將機(jī)械應(yīng)急啟泵裝置擴(kuò)展到機(jī)械應(yīng)急降壓啟泵裝置的課題。

未來的機(jī)械應(yīng)急啟泵是選用與主回路對應(yīng)的多套機(jī)械手工星—三角(或自耦變壓器)降壓起動方案,還是用一套機(jī)械應(yīng)急啟泵裝置將正常時(shí)的降壓起動(或軟啟動)在緊急情況時(shí)強(qiáng)制改為手動全壓起動方案,或是發(fā)明新專利,實(shí)現(xiàn)機(jī)械應(yīng)急自動化星—三角(或自耦變壓器)降壓起泵。前一種方案太復(fù)雜;中間方案對電網(wǎng)沖擊過大或需相關(guān)校核計(jì)算,采取加大備用柴油發(fā)電機(jī)及相關(guān)變壓器容量等措施;后一種方案不易實(shí)現(xiàn)。

2.3 主回路接觸器選型

方案5的機(jī)械應(yīng)急啟泵裝置通過絕緣短桿直接擠壓主回路的接觸器主觸點(diǎn)閉合,以實(shí)現(xiàn)接通主觸點(diǎn)通電啟泵。這就要求主回路的接觸器主觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)必須敞開,其上方不得有防護(hù)蓋板妨礙絕緣短桿的機(jī)械運(yùn)動,即方案5并非與所有型號的接觸器相匹配,在設(shè)計(jì)選型時(shí)需注意這一點(diǎn)。

2.4 信號監(jiān)控

機(jī)械應(yīng)急啟泵裝置被操動時(shí),根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,其動作信號應(yīng)反饋至消防控制室。對于方案4,如果將水泵轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)換成電信號或?qū)⒊鏊晒芩畨鹤兓盘栔苯臃答伒较厥?就更能準(zhǔn)確地反映消防泵的真實(shí)狀態(tài)。

2.5 其 他

除強(qiáng)制啟泵功能外,機(jī)械應(yīng)急啟泵裝置在置入時(shí)尚有一些其他具體要求,如機(jī)械鎖定、主觸點(diǎn)保持、裝置防護(hù)等。

以上問題增加了消防泵控制柜設(shè)計(jì)制造的復(fù)雜性,影響了系統(tǒng)整體可靠性的提升。

3 思 考

GB 50974—2014涉及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工安裝、驗(yàn)收、運(yùn)行維護(hù)等一系列環(huán)節(jié)。要滿足GB 50974—2014第11.0.12條的要求,消防控制柜升級勢在必行。面對機(jī)械傳動設(shè)計(jì),電氣設(shè)計(jì)人員只能寄希望于專業(yè)生產(chǎn)廠家及早推出相關(guān)產(chǎn)品。新一代產(chǎn)品還存在新老功能的兼容、整合、集成、優(yōu)化等技術(shù)難題,要解決這些問題,以使其不但滿足GB 50974—2014,同時(shí)還滿足其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。另外,產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、鑒定、推廣都需要投入和時(shí)間。因此,目前完全適應(yīng)GB 50974—2014第11.0.12要求,又充分兼容傳統(tǒng)電氣起動聯(lián)鎖等功能的消防泵控制柜產(chǎn)品仍在進(jìn)一步研發(fā)完善中。

GB 50974—2014第11.0.12是基于控制線路出現(xiàn)故障功能失效,而主回路電源仍正常的前提下實(shí)施的,其宗旨在于提高消防給水系統(tǒng)的可靠性。如主回路電源供電不正常(發(fā)生斷電、欠壓、器件損害等故障),該功能毫無作用。對于最普遍的電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),互為備用的兩臺電動機(jī)的啟動控制回路一一對應(yīng),控制電源也由各自主回路引接,相互間沒有直接聯(lián)系;控制回路同時(shí)出現(xiàn)故障的概率很低,且消防泵及其電路已被要求設(shè)置自動巡檢監(jiān)控功能,控制回路的故障應(yīng)得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決。因此,機(jī)械應(yīng)急啟泵對整個(gè)系統(tǒng)總可靠度的提升很有限(內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動系統(tǒng)因不用外接主電源不受此限制),對于超大、超高等救火難度大或特別重要的建筑來說還是有意義的。鑒于消防泵主電源是以建筑不同類別按一級特別重要、一級、二級甚至三級負(fù)荷分等級供電的,而電源因素對系統(tǒng)可靠性的影響權(quán)重明顯要大得多。因此,對于供電級別不高(如二、三級)的消防控制柜,其增設(shè)機(jī)械應(yīng)急啟泵功能的意義合理性、必要性、適用性需商榷。

一些國外發(fā)達(dá)國家通常不設(shè)消防備用泵，故其要求在消防泵上設(shè)機(jī)械應(yīng)急啟泵功能的作用意義就大多了。

GB 50974—2014第11.0.12為強(qiáng)制性條文,而GB 50116—2013第5.4.2.4條明確規(guī)定了機(jī)械應(yīng)急啟泵適用范圍為發(fā)動機(jī)消防泵組(即內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動水泵的組合),兩國標(biāo)要求明顯不統(tǒng)一,本文認(rèn)為后者更契合實(shí)際。

4 結(jié) 語

當(dāng)前國內(nèi)消防泵控制柜相關(guān)技術(shù)還不夠充分,產(chǎn)品在研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、完善、系列化等方面尚未完全成熟,GB 50974—2014在“適用范圍”和“強(qiáng)制性”等方面論證似乎略顯倉促,有進(jìn)一步討論商榷的必要。建議盡快出臺權(quán)威、明確的“名詞解釋”以及實(shí)施方案指南,以期盡量縮短過渡期。

[1] GB 50947—2014 消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50116—2013 火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].[3] GB 278985—2011 固定消防給水水設(shè)備 消防雙動力給水設(shè)備[S].

[4] GB/T 21208—2007 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 固定式消防泵驅(qū)動器的控制器[S].

[5] IEC/TS 62091:2003 驅(qū)動器用控制器 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備[S].

[6] 桂斌.消防負(fù)荷供電分析[J].現(xiàn)代建筑電氣,2014,4(9):22-27,

[7] 孫青格.具有緊急啟動消防泵機(jī)械裝置的消防給水設(shè)備控制柜:中國,201226414 Y[P].2008.

【辦刊宗旨】

以現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和智能建筑技術(shù)為引導(dǎo)，引領(lǐng)建筑電氣技術(shù)不斷開拓自主知識創(chuàng)新，向著高效、節(jié)能和綠色的目標(biāo)和方向發(fā)展。及時(shí)、全面地報(bào)道國內(nèi)外建筑電氣最新研究成果和行業(yè)信息，為建筑電氣的研究與開發(fā)、產(chǎn)品制造與應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域打造一流的技術(shù)交流和信息傳遞平臺。

捕捉行業(yè)熱點(diǎn) 引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展

學(xué)術(shù)交流的園地 產(chǎn)品推介的平臺

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

黃俊權(quán)(1964—),男,教授級高級工程師,從事建筑電氣設(shè)計(jì)。

TU 998.1

B

1674-8417(2015)01-0043-04

2014-11-26