淺析消防戰(zhàn)勤保障中心電氣設(shè)計(jì)

引言

消防戰(zhàn)勤保障中心在區(qū)域消防安全工作中扮演著至關(guān)重要的角色，其性質(zhì)屬于特殊的公共建筑項(xiàng)目。鑒于該類(lèi)建筑的獨(dú)特性，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要確保供電的可靠性與安全性，還需緊密結(jié)合消防戰(zhàn)勤保障中心自身的功能特性，保障消防救援人員的出警、日常訓(xùn)練、培訓(xùn)及區(qū)域指揮調(diào)度等各項(xiàng)工作的正常有序開(kāi)展。本文將對(duì)消防戰(zhàn)勤保障中心的電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行深人分析和詳細(xì)闡述。

一、項(xiàng)目概況及規(guī)范依據(jù)

本工程項(xiàng)目不同于常規(guī)消防站，是由成都市與東部新區(qū)聯(lián)合打造的戰(zhàn)勤保障中心。項(xiàng)目坐落于簡(jiǎn)州新城，總建筑面積達(dá) 21150.54m² ，其中地上建筑面積為19769.02m² ，地下建筑面積為 1381.52m² 。具體功能分布如下：1#樓涵蓋消防站業(yè)務(wù)用房、一級(jí)消防站、戰(zhàn)勤保障消防站及消防訓(xùn)練基地；2#樓為多層內(nèi)二類(lèi)普通物資儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)；3#樓為單層丙二類(lèi)智能物資儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)；4#樓為訓(xùn)練塔；5#樓為門(mén)衛(wèi)房。此外，項(xiàng)目還包括消防車(chē)庫(kù)架空層和普通倉(cāng)儲(chǔ)架空區(qū)。

二、變、配電系統(tǒng)

（一）主要負(fù)荷分級(jí)

該項(xiàng)目建筑物不僅供站內(nèi)消防員日常訓(xùn)練使用，還兼具區(qū)域火災(zāi)及其他自然災(zāi)害指揮中心的職能和戰(zhàn)勤保障功能。依據(jù)消防站供電負(fù)荷等級(jí)應(yīng)不低于二級(jí)，并需配置配電室及備用電源的相關(guān)規(guī)定，同時(shí)綜合本項(xiàng)目實(shí)際使用情況及多方專(zhuān)家意見(jiàn)，各子項(xiàng)用電負(fù)荷等級(jí)劃分如下：1#樓設(shè)有消防站、小型宿舍、多層辦公區(qū)和中型食堂。消防站的用電需求，以及門(mén)廳（大堂）用餐區(qū)域的備用照明、冷藏和冷凍設(shè)備、樓梯間、主要走道和通道的照明、安全防范系統(tǒng)，均按二級(jí)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。室外消防用水量為 40L/s ，消防用電同樣按二級(jí)負(fù)荷考慮。2#樓和3#樓均為多層公共建筑，用作小型儲(chǔ)藏型物流設(shè)施，其安全等級(jí)定為三級(jí)，普通用電負(fù)荷亦為三級(jí)。4#樓為單層公共建筑，5#樓則為構(gòu)筑物，兩者的普通用電負(fù)荷均按三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)配置。

（二）工作電源

由市政引入兩路 10kV 電源，這兩路電源分別來(lái)自不同的電網(wǎng)。10kV高壓系統(tǒng)采用單母線分段運(yùn)行方式，兩路高壓電源同時(shí)工作，互為備用。根據(jù)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，在1#樓地下室的高、低壓配電房?jī)?nèi)設(shè)置了兩臺(tái)容量為630kVA 的 10/0.4kV 干式變壓器。低壓系統(tǒng)同樣采用單母線分段運(yùn)行方式。消防用電及保障負(fù)荷用電配備了雙重電源母線段，柴油機(jī)與變壓器的熱備用線路設(shè)有電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以確保在任意時(shí)刻（發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)刻除外雙重電源母線段能夠帶電運(yùn)行。

（三）應(yīng)急電源

為確保一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的穩(wěn)定供電，本工程配備了一座柴油發(fā)電機(jī)房。機(jī)房?jī)?nèi)安裝了1臺(tái)常載功率為 500kW 的快速自啟動(dòng)風(fēng)冷式柴油發(fā)電機(jī)組，并配置了不間斷電源裝置（UPS）。

（四）低壓配電系統(tǒng)

本項(xiàng)目低壓配電系統(tǒng)采用TN－S系統(tǒng)，重要負(fù)荷的配電情況如下。

1.警鈴警燈系統(tǒng)配電。消防站內(nèi)必須設(shè)有警鈴，并在車(chē)庫(kù)大門(mén)一側(cè)安裝車(chē)輛出動(dòng)的警燈和警鈴[2]。因此，在1#樓業(yè)務(wù)樓一層的消防車(chē)庫(kù)架空層、備勤室、餐廳、走道等區(qū)域設(shè)置警燈警鈴系統(tǒng)，由通信指揮室統(tǒng)一控制管理。該系統(tǒng)屬于二級(jí)負(fù)荷，供電由低壓母線及柴油發(fā)電機(jī)共同保障，即使在兩條10kV線路均失電的情況下，柴油發(fā)電機(jī)仍能確保該系統(tǒng)正常工作，滿足相關(guān)規(guī)范對(duì)供電的要求。

2.指揮控制室配電。在1#樓業(yè)務(wù)樓二層設(shè)置了指揮控制室，該指揮控制室具有重要戰(zhàn)略意義，不僅負(fù)責(zé)本消防戰(zhàn)勤保障中心的消防指揮工作，還承擔(dān)該區(qū)域消防及戰(zhàn)勤保障的指揮職責(zé)，需提供不間斷的供電電源。根據(jù)其重要性和實(shí)際使用需求，將該指揮控制室的供電定義為一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。依據(jù)一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的電源要求，采用一臺(tái)變壓器的普通負(fù)荷低壓母線回路和另一臺(tái)變壓器的保障負(fù)荷低壓母線回路在末端配電箱處切換供電，并配備UPS確保電源不間斷。

3.屋頂無(wú)人機(jī)平臺(tái)配電。隨著低空經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，項(xiàng)目使用方提出建立面向無(wú)人機(jī)空中偵察和應(yīng)急投送任務(wù)的功能平臺(tái)。首先，在1#樓業(yè)務(wù)樓屋頂預(yù)留無(wú)人機(jī)地面站與充電模塊位置，安裝兼容直流（200V/400V）和交流（380V/220V）雙模式充電柜，為各型無(wú)人機(jī)提供快速補(bǔ)能;其次，將光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在交流側(cè)后端并入直流微網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)“光伏直充\"模式，最大限度減少能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)損耗；再次，配電室內(nèi)增加專(zhuān)用回路和UPS冗余，為無(wú)人機(jī)調(diào)度系統(tǒng)和地面站通信設(shè)備提供不間斷電源；最后，依托智能能源管理平臺(tái)（EMS），動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)市電與光伏之間的電能分配，并在主網(wǎng)或柴油發(fā)電機(jī)故障時(shí)實(shí)現(xiàn)秒級(jí)切換，確保低空無(wú)人機(jī)平臺(tái)的持續(xù)運(yùn)行。

三、照明系統(tǒng)

（一）光源及燈具

應(yīng)急指揮中心、辦公室、會(huì)議室、消防員備勤室、食堂等場(chǎng)所均選用高效防眩光LED燈，顯色指數(shù)Ra不低于80。閱覽室、會(huì)議室、計(jì)算機(jī)房的照明光源色溫控制在3300K至 5300K 之間，并配備電子鎮(zhèn)流器。門(mén)廳、走廊、廁所等區(qū)域則采用緊湊型節(jié)能熒光燈光源。應(yīng)急照明所用光源需具備快速點(diǎn)燃的特性。

（二）應(yīng)急照明

本項(xiàng)目在1#樓業(yè)務(wù)樓設(shè)有消防控制室，采用集中電源集中控制型系統(tǒng)。把應(yīng)急照明控制器置于消防控制室內(nèi)，而集中電源則分別設(shè)置在各防火分區(qū)的電井內(nèi)。在疏散走道、樓梯間、合用前室、餐廳、廚房、消防車(chē)庫(kù)、體能訓(xùn)練室、高低壓配電房、柴油發(fā)電機(jī)房、消防變電所、消防控制室、消防水泵房、安防監(jiān)控中心等區(qū)域均設(shè)置了應(yīng)急照明。此外，在高低壓配電房、柴油發(fā)電機(jī)房、消防控制室、防排煙機(jī)房、消防水泵房等消防設(shè)備用房配備了備用照明。各場(chǎng)所疏散路徑地面的水平最低照度應(yīng)符合《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51309-2018中表3.2.5的規(guī)定。備用照明及疏散照明的最少持續(xù)供電時(shí)間及最低照度亦需滿足《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB51348-2019中表13.6.6的相關(guān)要求。

四、光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為積極響應(yīng)國(guó)家大力發(fā)展可再生能源的戰(zhàn)略，并根據(jù)《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》GB55015-2021的明確要求，即新建工程建設(shè)項(xiàng)目必須充分考慮可再生能源的利用，本項(xiàng)目特設(shè)計(jì)并建設(shè)了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（一）光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否接入公共電網(wǎng)，可分為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)[3]。這兩者的主要區(qū)別在于交流配電柜處是否配置并網(wǎng)設(shè)備。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在滿足負(fù)載用電需求后，將剩余電能回饋至電網(wǎng)；而獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)則將產(chǎn)生的電能供給負(fù)載及儲(chǔ)能裝置[4。綜合考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量、建筑投資要求、環(huán)境溫度以及日照條件等因素，本項(xiàng)目決定建設(shè)用戶側(cè)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。

（二）光伏組件及逆變器選擇

系統(tǒng)采用 580Wp 單晶硅組件，峰值功率達(dá) 580Wp ，組件有效面積約為 3m² ，轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 22.5% 。綜合考慮系統(tǒng)效率、組串連接等多重因素，本系統(tǒng)選用了 50kW 八路輸入逆變器，其額定輸出電流為76A，最大輸出電流可達(dá) 84A 。

（三）光伏組件串設(shè)計(jì)

在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏組件的發(fā)電功率不僅受到光照強(qiáng)度的影響，還會(huì)根據(jù)環(huán)境溫度變化而變化[5-7]。根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50797－2012 公式6.4.2-1、2及逆變器允許的最大直流輸入電壓和逆變器MPPT電壓最大、最小值，光伏組件串的串聯(lián)數(shù)為：

式中， K_ν 為光伏組件的開(kāi)路電壓溫度系數(shù)，取 -0.0035 ：K_ν^′ 為光伏組件的工作電壓溫度系數(shù)，取 -0.0045;N 為光伏組件的串聯(lián)數(shù)，取整； χ_t 為光伏組件工作條件下的極限低溫 η（C） ，取 - 10°C ： t^′ 為光伏組件工作條件下的極限高溫 （C） ，取 40% 5 V_dcmax 為逆變器允許的最大直流輸入電壓（V），取 1100V;V_mpptmin 為逆變器MPPT電壓最大值（V），取 1000V;V_mpptmax 為逆變器MPPT電壓最小值（V），取200V;V_pc 為光伏組件的開(kāi)路電壓（V），取 52.21V;V_pm 為光伏組件的工作電壓（V），取 44.06V 。計(jì)算得到光伏組件串的串聯(lián)數(shù)，并根據(jù)光伏組件在建筑屋頂?shù)膶?shí)際布局排布及安裝情況，取整得光伏組件串的串聯(lián)數(shù)為16。

（四）發(fā)電量計(jì)算

成都市海拔高度 498m ，日平均氣溫約為 17.8^cC ，最佳安裝角度 16^° ，水平面年總輻射量 937kW?h/m² .a。根據(jù)《成都市公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)導(dǎo)則》第9.2.2-1條的規(guī)定：采用屋頂分布式光伏時(shí)，屋頂可安裝光伏發(fā)電面積占屋頂總面積的比例不宜低于 30% 。本項(xiàng)目屋頂面積為7600m² ，因此可計(jì)算得出光伏系統(tǒng)組件有效安裝面積為：

S=7600×30%=2280m²

根據(jù)所選光伏發(fā)電組件可得光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量為：

根據(jù)規(guī)范《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50797-2012公式6.6.2，可計(jì)算得光伏并網(wǎng)年發(fā)電量為：

式中， H_?A 為水平面太陽(yáng)能總輻照量（ kW?h/m² ，峰值小時(shí)數(shù)），取 937kW?h/m² E_P 為上網(wǎng)發(fā)電量 （kW?h）;E_s 為標(biāo)準(zhǔn)條件下的輻照度（常數(shù) τ=1kW?h/m² ）； P_AZ 為組件安裝容量 ; K 為綜合效率系數(shù)，取 0.85 。

結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某消防戰(zhàn)勤保障中心工程項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)實(shí)例，詳細(xì)介紹了變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，深人分析了該消防戰(zhàn)勤保障中心的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的解決方案。相較于常見(jiàn)的民用建筑工程項(xiàng)目，可供借鑒的消防戰(zhàn)勤保障中心工程項(xiàng)目實(shí)例較為稀缺。通過(guò)本文的闡述與分析，為今后類(lèi)似的消防站項(xiàng)目提供有益的參考。

參考文獻(xiàn)

[1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.《城市消防站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB51054-2014[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

[2]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)》GB51348-2019[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

[3］中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50797-2012[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.

[4］中華人民共和國(guó)公安部.《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014（2018年版）[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2018.

[5］中華人民共和國(guó)應(yīng)急管理部.《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB51309-2018[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2018.

[6]陳帥.城市消防站電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)探討[J].現(xiàn)代建筑電氣，2023（04）：5-9.

[7]趙映，鄧子昂.某火電廠消防站電氣設(shè)計(jì)淺析[J].南方能源建設(shè)，2017（04）：84-88.