消防用電設(shè)備負(fù)荷計(jì)算探討

摘 要：研究了消防用電設(shè)備負(fù)荷計(jì)算的方法。各種消防用電設(shè)備運(yùn)行工況不同，每個(gè)項(xiàng)目供電系統(tǒng)也存在差異，在實(shí)際工程中負(fù)荷計(jì)算容易出錯(cuò)。通過(guò)工程實(shí)例進(jìn)行比較分析，得出消防用電設(shè)備負(fù)荷計(jì)算的實(shí)用方法，可為電氣設(shè)計(jì)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：節(jié)電運(yùn)行; 權(quán)衡判斷; 負(fù)荷計(jì)算; 有功功率; 無(wú)功功率

中圖分類(lèi)號(hào)： TU89文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1674-8417（2024）09-0064-05

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.09.012

0 引 言

當(dāng)消防用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷大于火災(zāi)切除的非消防負(fù)荷時(shí)，應(yīng)按未切除的非消防負(fù)荷加上消防負(fù)荷計(jì)算總負(fù)荷;否則，計(jì)算總負(fù)荷時(shí)不應(yīng)考慮消防負(fù)荷容量［1］。這個(gè)計(jì)算原則眾所周知，但是在實(shí)際工程中由于配電系統(tǒng)形式和消防設(shè)備運(yùn)行狀況的差異，負(fù)荷計(jì)算經(jīng)常會(huì)出錯(cuò)。

1 消防用電設(shè)備的分類(lèi)

根據(jù)消防用電設(shè)備實(shí)際運(yùn)行工況對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類(lèi)。主要消防用電設(shè)備的分類(lèi)如表1所示。

對(duì)于平時(shí)正常運(yùn)行的消防設(shè)備而言，平時(shí)和火災(zāi)狀態(tài)下都在正常工作;這些消防設(shè)備在兩種工況下都應(yīng)該全部計(jì)入總負(fù)荷計(jì)算。平時(shí)節(jié)電運(yùn)行設(shè)備平時(shí)處在節(jié)電狀態(tài)，火災(zāi)時(shí)設(shè)備轉(zhuǎn)入應(yīng)急工作狀態(tài);這些消防設(shè)備平時(shí)負(fù)荷基本上不會(huì)超過(guò)設(shè)備總功率的50%，可按設(shè)備總功率的50%計(jì)入，在火災(zāi)狀態(tài)下應(yīng)按滿(mǎn)負(fù)荷納入計(jì)算?；馂?zāi)時(shí)運(yùn)行設(shè)備平時(shí)不工作，火災(zāi)時(shí)滿(mǎn)負(fù)荷工作;這些設(shè)備平時(shí)負(fù)荷計(jì)算可以不計(jì)入，而火災(zāi)時(shí)應(yīng)按滿(mǎn)負(fù)荷納入計(jì)算［3］。

2 消防用電設(shè)備負(fù)荷計(jì)算的權(quán)衡判斷

由于消防設(shè)備運(yùn)行工況不同，負(fù)荷計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行分類(lèi)計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行權(quán)衡判斷。下文通過(guò)工程實(shí)例來(lái)具體分析。某工程主要消防用電設(shè)備表如表2所示。某工程主要非消防用電設(shè)備表如表3所示。

火災(zāi)時(shí)消防負(fù)荷計(jì)算：P₁=P_X1+P_X2+P_X3+P_X4=450 kW。

平時(shí)非消防負(fù)荷計(jì)算：P₂=P_F1+P_F2+P_F3=400 kW。

通過(guò)以上計(jì)算可知：火災(zāi)時(shí)消防負(fù)荷大于平時(shí)非消防負(fù)荷，但是變壓器或發(fā)電機(jī)負(fù)荷計(jì)算時(shí)不能按消防負(fù)荷（450 kW）來(lái)計(jì)算。因?yàn)橄罆r(shí)負(fù)荷計(jì)算沒(méi)有考慮火災(zāi)不切斷的非消防設(shè)備;平時(shí)負(fù)荷計(jì)算時(shí)沒(méi)有考慮平時(shí)正常運(yùn)行的消防設(shè)備和平時(shí)節(jié)電運(yùn)行的消防設(shè)備。計(jì)入這些用電設(shè)備以后，對(duì)變壓器和發(fā)電機(jī)在兩種工況下實(shí)際運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。平時(shí)變壓器的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算：

P₃=P₂+P_X1+0.5（P_X2+P_X3）=525 kW。

火災(zāi)時(shí)變壓器的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算：

P₄=P₁+P_F1=500 kW。

平時(shí)停電發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算：

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

火災(zāi)時(shí)斷電發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算：

P₆=P₄=500 kW。

發(fā)現(xiàn)變壓器平時(shí)的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷比消防時(shí)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷還要大（P₃＞P₄）。如果按照火災(zāi)時(shí)消防負(fù)荷（P₁）來(lái)選擇變壓器，那容量肯定是不夠的。主要的原因還是平時(shí)正常運(yùn)行消防設(shè)備和平時(shí)節(jié)電運(yùn)行消防設(shè)備平時(shí)也在工作，這些消防負(fù)荷影響了權(quán)衡判斷的結(jié)果。在做權(quán)衡判斷時(shí)應(yīng)該取兩種工況下實(shí)際運(yùn)行用電負(fù)荷較大者，或者取火災(zāi)時(shí)切除的非消防負(fù)荷和投入的消防負(fù)荷之間較大者計(jì)入負(fù)荷計(jì)算。變壓器火災(zāi)時(shí)投入的消防負(fù)荷計(jì)算：

P₇=0.5（P_X2+P_X3）+P_X4=325 kW。

變壓器火災(zāi)時(shí)切除的非消防負(fù)荷計(jì)算：

P₈=P_F2+P_F3=350 kW。

通過(guò)計(jì)算可知，火災(zāi)時(shí)投入的消防負(fù)荷比火災(zāi)時(shí)切斷的非消防負(fù)荷要?。≒7＜P8），變壓器負(fù)荷計(jì)算時(shí)應(yīng)按平時(shí)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷（525 kW）進(jìn)行計(jì)算。變壓器負(fù)荷計(jì)算的權(quán)衡判斷如表4所示。

另外，平時(shí)消防送（補(bǔ)）風(fēng)機(jī)和雙速排煙風(fēng)機(jī)在低速運(yùn)行，而且基本上都是雙電源供電，所以平時(shí)停電起動(dòng)發(fā)電機(jī)后這些用電設(shè)備仍在正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在平時(shí)停電狀態(tài)下發(fā)電機(jī)負(fù)荷計(jì)算時(shí)這些設(shè)備不能遺漏。綜上所述，平時(shí)正常運(yùn)行的消防設(shè)備和火災(zāi)不切斷的非消防設(shè)備在兩種工況下都要納入負(fù)荷計(jì)算，但是不參入權(quán)衡判斷之中。平時(shí)節(jié)電運(yùn)行消防設(shè)備只能按照其總功率的50%計(jì)入權(quán)衡判斷。

3 消防用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算

首先從配電系統(tǒng)開(kāi)始分析消防用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算。例如，某工程主電源為一路10 kV市政進(jìn)線，設(shè)置1臺(tái)變壓器和1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組。供電方案一如圖1所示。

從圖1可知，所有消防設(shè)備和非消防設(shè)備共用電源（變壓器和發(fā)電機(jī)），負(fù)荷計(jì)算時(shí)可按照火災(zāi)時(shí)投入的消防負(fù)荷和火災(zāi)時(shí)切除的非消防負(fù)荷之間較大者計(jì)入即可。

如果這個(gè)項(xiàng)目設(shè)置有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上變壓器時(shí)，消防泵和噴淋泵都由1#變壓器供電，供電方案二如圖2所示。發(fā)電機(jī)只有1臺(tái)，其負(fù)荷計(jì)算方法與方案一完全相同。而變壓器負(fù)荷計(jì)算就不同，需要分情況來(lái)討論。當(dāng)1#樓火災(zāi)時(shí)，1#變壓器負(fù)荷計(jì)算方法與方案一相同。如果2#樓火災(zāi)時(shí)，消防聯(lián)動(dòng)只會(huì)切除2#樓相關(guān)部位的非消防電源，而不會(huì)切除其他樓的非消防電源［4］（1#樓）。1#樓的非消防用電設(shè)備與小區(qū)共用的消防用電設(shè)備（消防泵、噴淋泵和消防控制室）有同時(shí)工作的可能。所以1#變壓器負(fù)荷計(jì)算時(shí)，其所供的消防泵、噴淋泵及消防控制室用電設(shè)備必須計(jì)入平時(shí)負(fù)荷計(jì)算。

消防泵和噴淋泵平時(shí)不運(yùn)行，如果正常計(jì)入

負(fù)荷計(jì)算，變壓器的安裝容量可能會(huì)變大、變壓器平時(shí)負(fù)荷率較低。這樣不僅增加了建設(shè)和運(yùn)行成本，還很不節(jié)能。下文還是以圖2為例進(jìn)行計(jì)算分析：假設(shè)1#和2#變壓器容量均為S=1 000 kVA，平時(shí)運(yùn)行負(fù)荷率為80%，電容器補(bǔ)償后功率因數(shù)為cosa=0.95。消防泵一用一備，功率為90 kW;噴淋泵一用一備，功率為110 kW。2#樓火災(zāi)時(shí)1#變壓器負(fù)荷計(jì)算表如表5所示。

平時(shí)運(yùn)行設(shè)備視在功率：S_c=80%S=800 kVA

平時(shí)運(yùn)行設(shè)備有功功率：P_c=S_ccosa=760 kW

功率因數(shù)cosa=0.95時(shí)對(duì)應(yīng)的tga=0.33

平時(shí)運(yùn)行設(shè)備無(wú)功功率：Q_c=P_ctga=250.8 kvar

從表5的計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出來(lái)，1 000 kVA的變壓器平時(shí)負(fù)荷率80%，火災(zāi)時(shí)負(fù)荷率可能會(huì)達(dá)到107%，有過(guò)載而斷電的風(fēng)險(xiǎn)。如果把變壓器容量改成1 250 kVA，雖然火災(zāi)時(shí)負(fù)荷率滿(mǎn)足要求，但是平時(shí)的負(fù)荷率只有64%;負(fù)荷率明顯偏低，投資大、損耗大，不夠經(jīng)濟(jì)［5］。因此，需要對(duì)這個(gè)供電方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，比如：消防泵還是由1#變壓器供電，噴淋泵改由2#變壓器供電。消防負(fù)荷供電方案調(diào)整后，2#樓火災(zāi)時(shí)1#變壓器負(fù)荷計(jì)算表如表6所示。1#樓火災(zāi)時(shí)2#變壓器負(fù)荷計(jì)算表如表7所示。

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知：1#樓或2#樓火災(zāi)，2#變壓器或1#變壓器的負(fù)荷率都會(huì)升高，但設(shè)備用電容量都沒(méi)有超過(guò)變壓器的額定容量，變壓器沒(méi)有過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然就不會(huì)因?yàn)橛?jì)入消防泵和噴淋泵用電容量而增加變壓器的容量。

4 結(jié) 語(yǔ)

消防用電設(shè)備負(fù)荷計(jì)算時(shí)必須先按照設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行分類(lèi)計(jì)算，再按照平時(shí)運(yùn)行設(shè)備容量和火災(zāi)時(shí)運(yùn)行設(shè)備容量之間較大者選擇變壓器和發(fā)電機(jī)容量。在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，火災(zāi)時(shí)投入運(yùn)行的一些大功率消防設(shè)備盡量由不同的變壓器來(lái)供電，避免火災(zāi)時(shí)因變壓器過(guò)載而斷電的風(fēng)險(xiǎn)。

［1］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 51348—2019［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

［2］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB 51309—2018［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2018.

［3］ 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.民用建筑電氣設(shè)計(jì)計(jì)算及示例：12SDX101-2［M］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.

［4］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50116—2013［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

［5］ 中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第4版.北京：中國(guó)電力出版社，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