超高層建筑消防水泵供電及控制設計研討

寧永生, 邢 霖

(1.重慶市設計院, 重慶 400015;2.重慶建筑工程職業(yè)學院, 重慶 400072)

0 引 言

近年來,隨著建筑技術的發(fā)展,超過100 m的超高層建筑越來越多,由于超高層建筑本身火災危險性較高,直接影響消防滅火效果的消防水泵的可靠性就顯得尤其重要,而消防水泵的供電及控制的可靠性又是影響消防水泵可靠性的重要因素。因此,本文結合實際工程,從消防水泵的供電可靠性、控制可靠性及維護管理方面進行設計探討。

1 工程概況

某證券大樓總建筑面積約為118 162.99 m2,其中地上建筑面積約為76 222.44 m2,地下建筑面積約為41 940.55 m2,地上39層,地下6F,9F和24F為避難層,建筑總高度為198.6 m,擬建為甲級智能寫字樓,主要包括證券總部辦公和文化區(qū),與證券業(yè)相關的銀行、基金、信托、保險、擔保及律師、會計師、審計師事務所等中介機構辦公區(qū);配套設施為展覽廳、多功能廳、會議、食堂、廚房、健身中心、商務中心、數(shù)據(jù)機房、地下車庫及設備用房等。

在-6F設有一個消防水泵房,在24F避難層設有一個轉輸消防水泵房。在貼鄰消防水泵房均設置一個消防水泵控制室,根據(jù)GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》[1]第11.0.9條“消防水泵控制柜設置在專用消防水泵控制室時,其防護等級不應低于IP30”,故該工程選用防護等級為IP30的消防水泵控制柜。

2 消防水泵的供電系統(tǒng)

2.1 消防水泵的供電電源

該工程為一類高層民用建筑,消防水泵用電屬一級負荷,根據(jù)GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》[2]第3.0.2條規(guī)定“一級負荷應由雙重電源供電,當一電源發(fā)生故障時,另一電源不應同時受到損壞”。該工程采用城市10 kV雙重電源供電,為保證消防設備的供電可靠性,另設置1臺自備消防柴油發(fā)電機組作為備用電源。消防水泵的供電電源由變電所的常用母線和應急母線分別引來2路380 V主供和備供電源,在消防水泵控制室進行雙電源切換。

2.2 消防水泵的供電線路

消防水泵的可靠運行需要確保供電系統(tǒng)能夠正常供電,而消防水泵配電線路連接消防水泵與供電系統(tǒng)。因此,在發(fā)生火災時應充分保證消防水泵配電線路的可靠性、安全性,以便消防設備能夠發(fā)揮應有的作用,從而有效控制火災。消防水泵集中設置在水泵房中,其配電線路主要由兩部分組成,分別是雙回路電源的干線和配至各個消防水泵電動機的配電支線。該工程為超高層建筑,消防水泵的配電線路干線采用的礦物質絕緣電纜由變電所放射式供電,支線采用A級低煙無鹵電纜穿金屬管供電。

2.3 消防水泵供電的末端切換

JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》和GB 50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》均規(guī)定,消防控制室、消防水泵房、防煙和排煙風機房的消防用電設備及消防電梯等的供電,應在其配電線路的最末一級配電箱處設置自動切換裝置?？紤]到該工程為超高層建筑,消防水泵的供電可靠性更加重要,所以消防水泵供電線路末端切換后分成2段母線,消火栓泵和噴淋泵的主、備泵配電線路分別引自2段母線,當一段母線故障或檢修時,另一段母線能保證水泵的供電,提高消防水泵的供電可靠性,如圖1所示。

圖1 消防水泵配電一次線路圖

2.4 消防水泵的過負載保護

該工程消防水泵的短路保護和單相接地保護等保護均按照規(guī)范和常規(guī)做法進行設計,本文僅著重介紹過負載保護。

GB 50054—2011《低壓配電設計規(guī)范》第6.3.6條規(guī)定:“對于突然斷電比過負荷造成的損失更大的線路,該線路的過負荷保護應作用于信號而不應切斷電路”,因此消防水泵不應裝設過載保護切斷裝置。但是消防水泵與其他消防設備不同,消防水泵一用一備,備泵自動投入,為保護水泵(更重要為保證消防用水的需要),消防水泵應切斷電源,讓備泵自動投入運行,同時消防水泵的過負載信號報警至消防控制室。

3 消防水泵的控制

根據(jù)GB 50974—2014和GB 50116—2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》[3]對消防水泵的啟停控制要求,該工程消防水泵沒有設置自動停泵的控制功能,停泵由具有工程管理權限的工作人員根據(jù)火災撲救情況確定。消防水泵采用以下4種啟動方式:① 消防水泵由消防水泵(消火栓泵、噴淋泵)出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關或報警閥壓力開關等開關信號直接自動啟動消防水泵,消防水泵房內的壓力開關信號引至消防水泵控制柜內;② 消防控制室手動啟停,消防控制室具有下列控制和顯示功能:消防控制盤設置專用線路連接的手動直接啟泵按鈕,消防控制盤能顯示消防水泵的運行狀態(tài),消防控制盤能顯示消防水池、高位消防水箱等高水位、低水位的報警信號和正常水位信號;③ 在消防水泵控制箱設置就地啟停消防水泵按鈕;④ 在消防水泵控制箱設置消防報警模塊總線啟動消防水泵[4]。

該工程為超高層建筑,消防給水分區(qū)供水,在24F避難層設有轉輸消防水泵,轉輸泵在消防水泵啟動后再啟動。消防水泵控制柜設有機械應急啟泵功能,在控制柜內的控制線路發(fā)生故障時由專業(yè)管理人員直接啟動消防水泵。

由于規(guī)范要求消防水泵不宜采用有源器件啟動,該工程消防水泵功率比較大,所以采用星三角和降壓啟動(見圖1)。消防水泵的電氣控制特別強調以下要求:① 2臺消防水泵可以任意選一臺作為主泵,另一臺作為備泵,主泵因故不能啟動、運行時,備用泵應能自動投入運行;② 任一臺消防水泵在檢修期間發(fā)生火災時,另一臺消防水泵應能正常啟動、運行;③ 控制電源接在消防水泵主斷路器進線端子處,檢修電氣控制線路和調試時,斷開主斷路器,可避免消防水泵運轉,也不影響另一臺泵啟動、運行。消防水泵的控制原理圖如圖2所示。

圖2 消防水泵控制原理圖

4 消防水泵的維護管理

4.1 消防水泵自動巡檢系統(tǒng)

根據(jù)GB 50974—2014的要求,該工程設有消防水泵巡檢系統(tǒng),具有以下功能:① 巡檢周期設為7 d,且能按需要(≤7 d)任意設定;② 以低頻交流電源逐臺驅動每臺消防水泵,使每臺消防水泵低速轉動的時間≥2 min;③ 對消防水泵控制柜一次回路中的主要低壓器件進行巡檢,并檢查器件的動作狀態(tài);④ 當有啟泵信號時,立即退出巡檢,進入工作狀態(tài);⑤ 發(fā)現(xiàn)故障時,有聲光報警,并記錄和儲存故障信息;⑥ 自動巡檢時,檢查電源自動切換的功能。

消防水泵的自動巡檢為管理者提供一個良好的管理平臺,避免人為原因造成消防水泵在消防用水時因為設備的銹蝕或損壞而無法正常工作。自動巡檢最大的優(yōu)點是管理者不用特意去對消防水泵進行巡檢,系統(tǒng)可以根據(jù)設定對消防設備進行檢查,并把檢測報告記錄通知給管理者。

4.2 消防泵的定期維護保養(yǎng)

消防水泵應有管理、檢查檢測、維護保養(yǎng)的操作規(guī)程,應保證系統(tǒng)處于準工作狀態(tài)。消防水泵的維護管理在自動巡檢外應符合下列規(guī)定:① 每月應手動啟動消防水泵運轉一次,并應檢查電源的情況;② 每周應模擬消防水泵自動控制的條件,自動啟動消防水泵運轉一次,并自動記錄自動巡檢情況,每月應檢測記錄;③ 每日應對穩(wěn)壓泵的停泵啟泵壓力和啟泵次數(shù)等進行檢查,并記錄運行情況;④ 每季度應對消防水泵的出流量和壓力進行一次試驗;⑤ 消防水泵系統(tǒng)發(fā)生故障,需停水進行修理前,應向主管值班人員報告,并應征得維護負責人的同意,同時現(xiàn)場監(jiān)督,在采取防范措施后再施工。

5 結 語

與高層建筑相比,超高層建筑的消防給水系統(tǒng)更加復雜,消防水泵的配電、控制要求也有很大的不同,消防水泵的配電、控制對消防水泵的可靠性起著決定性的作用。結合實際項目,針對規(guī)范的要求對超高層建筑消防水泵的供電電源、供電線路、過負載保護、控制、消防聯(lián)動及維護管理等方面進行設計探討,以期為同類工程提供參考。

[1]消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范:GB50974—2014[S].

[2]供配電系統(tǒng)設計規(guī)范:GB50052—2009[S].

[3]火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范:GB50116—2013[S].

[4]郝秦峰.《淺析GB50974—2014中消防水泵的自動啟動》[J].給水排水,2015,41(6):123-128.