消防用電設備負荷計算探討
2024-12-17 00:00:00劉博超張海濤張朋輝張曉輝
現代建筑電氣 2024年9期
摘 要：研究了消防用電設備負荷計算的方法。各種消防用電設備運行工況不同，每個項目供電系統也存在差異，在實際工程中負荷計算容易出錯。通過工程實例進行比較分析，得出消防用電設備負荷計算的實用方法，可為電氣設計人員提供參考。
關鍵詞：節電運行; 權衡判斷; 負荷計算; 有功功率; 無功功率
中圖分類號： TU89文獻標志碼： A 文章編號： 1674-8417（2024）09-0064-05
DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.09.012
0 引 言
當消防用電設備的計算負荷大于火災切除的非消防負荷時，應按未切除的非消防負荷加上消防負荷計算總負荷;否則，計算總負荷時不應考慮消防負荷容量［1］。這個計算原則眾所周知，但是在實際工程中由于配電系統形式和消防設備運行狀況的差異，負荷計算經常會出錯。
1 消防用電設備的分類
根據消防用電設備實際運行工況對其進行簡單的分類。主要消防用電設備的分類如表1所示。
對于平時正常運行的消防設備而言，平時和火災狀態下都在正常工作;這些消防設備在兩種工況下都應該全部計入總負荷計算。平時節電運行設備平時處在節電狀態，火災時設備轉入應急工作狀態;這些消防設備平時負荷基本上不會超過設備總功率的50%，可按設備總功率的50%計入，在火災狀態下應按滿負荷納入計算。火災時運行設備平時不工作，火災時滿負荷工作;這些設備平時負荷計算可以不計入，而火災時應按滿負荷納入計算［3］。
2 消防用電設備負荷計算的權衡判斷
由于消防設備運行工況不同，負荷計算時需要進行分類計算，并根據計算結果進行權衡判斷。下文通過工程實例來具體分析。某工程主要消防用電設備表如表2所示。某工程主要非消防用電設備表如表3所示。
火災時消防負荷計算：P1=PX1+PX2+PX3+PX4=450 kW。
平時非消防負荷計算：P2=PF1+PF2+PF3=400 kW。
通過以上計算可知：火災時消防負荷大于平時非消防負荷，但是變壓器或發電機負荷計算時不能按消防負荷（450 kW）來計算。因為消防時負荷計算沒有考慮火災不切斷的非消防設備;平時負荷計算時沒有考慮平時正常運行的消防設備和平時節電運行的消防設備。計入這些用電設備以后，對變壓器和發電機在兩種工況下實際運行的設備進行負荷計算。平時變壓器的實際運行負荷計算：
P3=P2+PX1+0.5（PX2+PX3）=525 kW。
火災時變壓器的實際運行負荷計算：
P4=P1+PF1=500 kW。
平時停電發電機的實際運行負荷計算：
P5= PF1+PF2+PX1+PX2+0.5PX3=280 kW。
火災時斷電發電機的實際運行負荷計算：
P6=P4=500 kW。
發現變壓器平時的實際運行負荷比消防時實際運行負荷還要大（P3＞P4）。如果按照火災時消防負荷（P1）來選擇變壓器，那容量肯定是不夠的。主要的原因還是平時正常運行消防設備和平時節電運行消防設備平時也在工作，這些消防負荷影響了權衡判斷的結果。在做權衡判斷時應該取兩種工況下實際運行用電負荷較大者，或者取火災時切除的非消防負荷和投入的消防負荷之間較大者計入負荷計算。變壓器火災時投入的消防負荷計算：
P7=0.5（PX2+PX3）+PX4=325 kW。
變壓器火災時切除的非消防負荷計算：
P8=PF2+PF3=350 kW。
通過計算可知，火災時投入的消防負荷比火災時切斷的非消防負荷要小（P7＜P8），變壓器負荷計算時應按平時實際運行負荷（525 kW）進行計算。變壓器負荷計算的權衡判斷如表4所示。
另外，平時消防送（補）風機和雙速排煙風機在低速運行，而且基本上都是雙電源供電，所以平時停電起動發電機后這些用電設備仍在正常運轉。在平時停電狀態下發電機負荷計算時這些設備不能遺漏。綜上所述，平時正常運行的消防設備和火災不切斷的非消防設備在兩種工況下都要納入負荷計算，但是不參入權衡判斷之中。平時節電運行消防設備只能按照其總功率的50%計入權衡判斷。
3 消防用電設備的負荷計算
首先從配電系統開始分析消防用電設備的負荷計算。例如，某工程主電源為一路10 kV市政進線，設置1臺變壓器和1臺柴油發電機組。供電方案一如圖1所示。
從圖1可知，所有消防設備和非消防設備共用電源（變壓器和發電機），負荷計算時可按照火災時投入的消防負荷和火災時切除的非消防負荷之間較大者計入即可。
如果這個項目設置有兩臺或兩臺以上變壓器時，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。發電機只有1臺，其負荷計算方法與方案一完全相同。而變壓器負荷計算就不同，需要分情況來討論。當1#樓火災時，1#變壓器負荷計算方法與方案一相同。如果2#樓火災時，消防聯動只會切除2#樓相關部位的非消防電源，而不會切除其他樓的非消防電源［4］（1#樓）。1#樓的非消防用電設備與小區共用的消防用電設備（消防泵、噴淋泵和消防控制室）有同時工作的可能。所以1#變壓器負荷計算時，其所供的消防泵、噴淋泵及消防控制室用電設備必須計入平時負荷計算。
消防泵和噴淋泵平時不運行，如果正常計入
負荷計算，變壓器的安裝容量可能會變大、變壓器平時負荷率較低。這樣不僅增加了建設和運行成本，還很不節能。下文還是以圖2為例進行計算分析：假設1#和2#變壓器容量均為S=1 000 kVA，平時運行負荷率為80%，電容器補償后功率因數為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#樓火災時1#變壓器負荷計算表如表5所示。
平時運行設備視在功率：Sc=80%S=800 kVA
平時運行設備有功功率：Pc=Sccosa=760 kW
功率因數cosa=0.95時對應的tga=0.33
平時運行設備無功功率：Qc=Pctga=250.8 kvar
從表5的計算數據可以看出來，1 000 kVA的變壓器平時負荷率80%，火災時負荷率可能會達到107%，有過載而斷電的風險。如果把變壓器容量改成1 250 kVA，雖然火災時負荷率滿足要求，但是平時的負荷率只有64%;負荷率明顯偏低，投資大、損耗大，不夠經濟［5］。因此，需要對這個供電方案進行優化設計，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。消防負荷供電方案調整后，2#樓火災時1#變壓器負荷計算表如表6所示。1#樓火災時2#變壓器負荷計算表如表7所示。
經過計算可知：1#樓或2#樓火災，2#變壓器或1#變壓器的負荷率都會升高，但設備用電容量都沒有超過變壓器的額定容量，變壓器沒有過載的風險。當然就不會因為計入消防泵和噴淋泵用電容量而增加變壓器的容量。
4 結 語
消防用電設備負荷計算時必須先按照設備的實際運行工況進行分類計算，再按照平時運行設備容量和火災時運行設備容量之間較大者選擇變壓器和發電機容量。在供配電系統設計時，火災時投入運行的一些大功率消防設備盡量由不同的變壓器來供電，避免火災時因變壓器過載而斷電的風險。
［1］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.民用建筑電氣設計標準：GB 51348—2019［S］.北京：中國建筑工業出版社，2019.
［2］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.消防應急照明和疏散指示系統技術標準：GB 51309—2018［S］.北京：中國計劃出版社，2018.
［3］ 中國建筑標準設計研究院.民用建筑電氣設計計算及示例：12SDX101-2［M］.北京：中國計劃出版社，2012.
［4］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.火災自動報警系統設計規范：GB 50116—2013［S］.北京：中國計劃出版社，2013.
［5］ 中國航空規劃設計研究總院有限公司.工業與民用供配電設計手冊［M］.第4版.北京：中國電力出版社，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
