消防泵降壓起動控制電路的簡化設計

曾以雄

（蘭州軍區司令部工程科研設計所，蘭州　730000）

?

消防泵降壓起動控制電路的簡化設計

曾以雄

（蘭州軍區司令部工程科研設計所，蘭州730000）

摘要本文對傳統2臺互備自投消防泵自耦降壓起動一次電路進行了簡化設計，簡化后的自耦降壓起動一次電路只使用1臺自耦變壓器，控制裝置的體積可以大為減小、重量也大為降低，對二次控制電路作了相應修改，并對原降壓起動二次控制電路存在的一些問題和不足進行了改進。

關鍵詞：消防泵；自耦降壓起動；電路簡化；節電措施

雖然電動機變頻起動和軟起動技術已被普遍應用，但是，變頻和軟起動設備造價高、技術復雜，對管護人員的技術要求也較高，特別是消防泵所處環境潮濕，容易造成設備故障，又會進一步增大工程維護成本。自耦降壓起動設備技術簡單、造價低，因而，維護簡便，可維修性好，尤其作為消防泵起動控制設備，由于設備長期處于“備用”狀態，自耦降壓起動這種技術簡單、價格低廉的控制設備仍受到使用單位的歡迎。特別是2014年新發布的《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116—2013）第3.1.8條關于“水泵控制柜、風機控制柜等消防電氣控制裝置不應采用變頻起動方式”的規定，消防泵自耦降壓起動控制設備仍將有較好的生命力。但它也存在著設備體積大、重量大、占地面積大的問題，如果能夠簡化自耦降壓起動控制電路，減少其體積和重量，自耦降壓起動技術仍然具有很好的應用前景。下面，以呂光大主編《建筑電氣安裝工程圖冊》（水利電力出版社1987年版）之JD13-212控制電路為例，對2臺互備自投消防泵自耦降壓起動控制電路[1]進行簡化設計，供商榷。

1　一次電路簡化設計

從功能上考慮，按照要求，降壓起動不適合于頻繁起動的方式，作為消防泵起動設備，它的工作頻繁度很低，從消防泵的工作方式看，一用一備兩臺泵不會發生同時起動的情況，即使從最不利的情況看，只會發生2臺泵短時間依次分別起動，使自耦變壓器在短時間內連續工作2次的情況，不屬于頻繁起動，起動性質并沒有發生變化，這種情況也是在自耦變壓器技術參數的允許范圍內，不會造成電器過熱的問題。從可靠性方面考慮，在2臺互備自投消防泵起動控制設備中，控制元器件都是按1套設計的，自耦變壓器作為起動控制器件，用1臺自耦變壓器完成一用一備兩臺泵的降壓起動控制是符合控制裝置器件配置原則的；而且，自耦變壓器是靜態工作設備，自身的故障率較低，工作可靠性是可以得到保證的。自耦變壓器體積大，重量也大，減少一臺自耦變壓器后，控制裝置的體積和重量可以成倍減小，不便于搬運、安裝和維護困難的問題就可以得到很好的解決；消防泵降壓起動控制電路經過簡化和改進，省去一臺自耦變壓器后，二次接線有少量變化，但其它元器件的數量沒有增加，故障發生概率不會增加。因此，在確保起動控制電路工作可靠性的前提下，從經濟合理性出發，力求電路簡化，不但可以節省投資，也能減少電能消耗。兩臺互備自投消防泵自藕降壓起動一次電路簡化設計如圖1所示。圖1中，圖1（a）為原設計圖（JD13-212），圖1（b）為簡化設計圖。

圖1　兩臺互備自投消防泵自藕降壓起動一次電路簡化設計圖

2　二次電路修改設計

一次電路圖簡化后，二次電路需要進行相應的修改，另外，原控制電路中不僅存在一次電路與二次電路動作一致性不統一的問題，還有使用時間繼電器接點直接起動兩只交流接觸器等不合理的問題，修改設計后一并解決控制電路中存在的這些問題，可以進一步提高控制電路的可靠性。為方便比較，將原兩臺互備自投消防泵自耦降壓起動控制電路圖示于圖2（因原圖所用圖形符號不是現行圖形符號標準，圖2采用現行圖形符號對原圖重新進行了繪制，并省去了原圖中火災信號回路部分）。

圖2　兩臺互備自投消防泵自藕降壓起動控制電路圖（原圖）

原二次電路圖中（見圖2），二次回路電源接在公共端L1上，因而存在一次電路與二次電路動作一致性不統一的問題：以1#泵工作2#泵備用為例，在QF1未合閘（或者1#泵存在短路故障而使QF1跳閘）的情況下，這時如自動信號使1#泵起動，1#泵將不能投入工作，但信號卻顯示1#泵已處于工作狀態，因而2#備用泵不會被起動，造成不能正常工作的錯誤。按照簡化的一次電路，修改后的二次控制電路圖如圖3所示。

圖3中，1#、2#泵的起動回路（KM1、KM2、KM4、KM5）電源仍接在公共端L1上，而將各自的運行回路電源分別接在相應電機的保護斷路器后側，即KM3接在QF1后側，KM6接在QF2后側，上述問題便得以解決，二次電路的工作可靠性得到了提高。另外，圖3的二次電路設計還解決了用時間繼電器接點直接起動兩只交流接觸器的問題。圖2中時間繼電器KT2（KT4）的作用，是當工作泵起動失敗后，完成備用泵投入起動的轉換，但該電路中KT2（KT4）的延時閉合觸點直接承擔了備用泵的起動控制，這是不合適的。圖2中，KT2、KT4選用的是JS7-2A時間繼電器，該時間繼電器的接通電流為3A，開斷電流為0.3A。而采取降壓起動的電動機功率一般都在30kW以上，所配用的交流接觸器額定值都在60A以上。仍以原圖JD13-322中老型號CJ10-100為例，該接觸器吸引線圈的起動功率為760VA，吸持功率為105VA，則一只接觸器的起動電流為I1=S/U=495/220=3.45A，吸持電流為I2=105/220=0.48A，由此可知該時間繼電器所承擔的接通電流為Iq=I1=3.45A，開斷電流為Id=2I2=2× 0.48=0.96A，接通電流和開斷電流都超過了它的允許范圍。當接觸器的額定電流更大時，這一情況更為嚴重。圖3分別在KT2、KT4的延時閉合觸點上并聯了一組KM1、KM4常開觸點，以改善它的工作條件。但要從根本上解決這一問題，特別是當接觸器的容量更大時，必須分別加裝一只中間繼電器進行轉換。

圖3　兩臺互備自投消防泵自藕降壓起動控制電路圖（簡化圖）

3　電路工作過程

簡化的控制電路工作過程與原控制電路基本相同。當1#泵工作2#泵備用時，交流接觸器的工作轉換過程如下：KM1吸合→KM2吸合→起動延時→K1吸合→KM1釋放→KM2釋放→KM3吸合→1#泵運轉；如1#泵未起動成功，則過程轉入2#泵：1#泵起動失敗→KM4吸合→KM5吸合→起動延時→K2吸合→KM4釋放→KM5釋放→KM6吸合→2#泵運轉。2#泵為工作泵時，過程類同。當兩臺泵共用一只自耦變壓器后，為了從電路上避免兩臺泵同時起動的情況發生，圖3中KM2與KM5采取了互鎖措施。

4　元器件選配

圖3中，通過KM2、KM4主回路的電流與原電路（圖2）發生了變化，需要重新核算其額定值。根據電動機自耦降壓起動原理[2]，電機降壓后從電網吸取的起動電流IQ與全壓直接起動電流IeQ的關系為

式中：K為自耦變壓器的降壓系數，常用的有80% 和65%兩組。自耦變壓器的電路原理如圖4所示，在忽略損耗的情況下：

即

將式（1）代入式（2）得

式中，I2Q即為KM2、KM5中的通過電流值。式（3）說明，KM2、KM5的額定電流可按KM1、KM4的K倍選擇。

圖4　自耦變壓器電路原理圖

5　結論

消防降壓泵起動控制電路經過以上簡化和改進，省去了一臺自耦變壓器，平時的靜態損耗減少將近一半；簡化和改進后，二次接線有少量變化，但其它元器件的數量沒有增加，其控制裝置的體積和重量可大為下降，整體可靠性得到一定提高，整機成本也大大下降。

參考文獻

[1] 呂光大. 建筑電氣安裝工程圖冊(第二集) 13[M]. 北京: 水利電力出版社, 1993: 13-16.

[2] 吳大榕. 電機學-上冊[M]. 北京: 水利電力出版社, 1959: 314-315.

曾以雄（1962-），男，蘭州軍區司令部工程科研設計所高級工程師，主要從事國防、人防工程設計工作。

中分、合閘定位刻度指示線不可調，分別用綠、紅色油漆劃線表示）。

The Simplified Design of the Voltage-Reduced Starting Control Circuit of Fire Pumps

Zeng Yixiong
(Engineering Research and Design Institute of Lanzhou Military Area Headquarters, Lanzhou730000)

Abstract The thesis provided a simplified design for the auto-induction voltage-reduced starting first control circuit of fire pumps which traditionally using 2 converters. The simplified design needs 1 auto-induction converter only. The design greatly reduced the occupation and weight of the control device as well. We also optimized the relative second control circuit.

Keywords：fire pump; auto-induction voltage-reduced starting; circuit simplification; energy saving

作者簡介