高层建筑消防供配电设计探讨

摘要：本文针对当前我国高层建筑的常见的消防供配电的设计情况进行分析，对于高层消防供配电设计以及相应的消防系统设计中存在的问题进行了探讨，并就此提出了相关解决办法，以供同行参考。
关键词：高层建筑 供配电 消防电源 方案
1 消防供配电设计对于高层建筑的重要性
由于我国城市化进程不断推进，造成了城镇土地资源的紧张和短缺，这就促使了高层建筑有了很好地发展空间，并且有效地缓解了土地资源方面的紧张局面。由此可见，高层建筑还会在以后很长时间内得到更大的发展。高层消防供配电设计的是否科学，直接影响到人身财产安全。科学合理的设计方案可以有效地避免因火灾造成的无谓损失，故此，高层建筑的供配电设计具有举足轻重的意义。
2 高层建筑消防配电
2.1 高层建筑中常见的消防配电方案 当前，在高层建筑中最为常见的消防供配电方式有如下四种形式：放射式、树干式、链式、混合式。①放射式配电的主要优点是：如果某一线路发生故障，其他线路不会受到影响。此外，放射式供电方式的设备相对集中，管理方便，有很强的供电可靠性。其缺点是：对于有色金属的消耗量很大，出线多、开关设备多，无论是前期投资和后期运行费用都相对较高，而且该配电方式较适用于容量大的单台设备。②树干式配电的特点是：干线发生故障影响范围大。如能配有备用干线，并能实现有效切换，就可以很好地提高供电的可靠性。该方式较适合于分布均匀的范围内。③链式供电的特点：该方式和树干式较为相似，供电可靠性方面比树干式更低，一旦其中一台设备发生故障，会直接影响到后面的设备。④混合式配电主要是指放射式与树干式这两种配电方式。混合式配电属于我国当前高层建筑中较常见的配电方式。
2.2 高层建筑中较为常见的配电问题 ①部分消防设备未采用专用消防电源。尤其是消防控制室与消防泵往往采用的是一般负荷线路作为电源。一旦发生火灾，高层建筑的主要电源被切断，会直接导致消防设备的瘫痪，其产生的损失将不可衡量。②消防水泵等互为备用的消防设备如在末端集中的两电源互投，未采用不同设备都要从消防配电室进行放射式供电。有的直接从配电室引出主线，之后，在末端进行并联。如果发生主线故障，会直接导致互备用的设备都会同时失去电源，无法实现设备的预期工作效果。③不符合规定要求，消防联动设备的配电采用共用方式。未按规定末端的配电箱设置两路自动切换装置。有的虽然设置该装置，但该装置的质量较差，可靠性不高。如遇火灾，无法保证备用电源及时自动切换，直接造成供电的中断。更有甚者，装置采用手动切换方式，火灾放生后，需要消防人员到场后，才能进行人工电源的切换。如果发生火灾，该装置会直接造成时间上的延误，进而造成巨大损失。
2.3 解决高层建筑供配电问题的方案 ①在高层建筑内，要实现工作电源与应急电源的独立性。保证各自电源的系统性。实现了分开供电后都要配有正常的工作电源和应急配电的系统。同时，要确保消防的一类负荷在遇到火灾后，及时由应急电源进行持续供电，还要保证系统内的二类负荷实现快速的切换与供电。②供电方式的选择：对高层建筑消防配电设计和安装时，需要在用电量大或者消防用电设备集中处（消防控制室，消防水泵），从配电室开始就需采用放射式供电，还要保证主用设备与备用设备保持供电线路上的各自独立。③如果实现消防系统各设备的配电共用，需在末端配电箱设置两路自动切换装置，且需安装高质量电源自动切换装置。如果必须安装手动式切换装置，需将其设置于设备配电箱内。如遇紧急情况，便于消防员第一时间内找到，并及时进行切换。
3 高层建筑的消防电气配线存在的问题以及解决方法
3.1 高层建筑的消防电气线路导线在选择上缺乏安全依据 现行的标准对于相仿配电线路的耐温与时间限度上规范不明确。这就直接造成了施工单位为了降低成本，增加收益而直接购买普通导线。这大大降低了导线的防火性能，更有甚者直接购买劣质或者假冒产品。
3.2 忽视了消防电气配线的防火涂料有效期 当前，防火漆是对消防配线的主要保护方式，而很多防火涂料的有效期很短，通常只有几年。我国的相关规范没有对这方面进行规定。这直接导致了相关部门与厂家对此重视不够，大大增加了火灾发生的危险系数。
3.3 消防电气线路系统所选用产品不符合相关要求 尽管在设计源头做好规范，仍无法避免少量假冒伪劣的导线或者开关设备的流入。这种未能达到国家规定标准的产品极大的提高了火灾产生的风险。
根据对上述问题的总结与分析，我们看出根源是相关规范的不健全和不完善。这就需要我们逐步完善相关规范，对于消防配线在耐温与时间限度等方面提出严格规定。同时，高层建筑的投资者必须提高认识，不要因为消防配线的投资相对较小而忽视管理。如因配线引发火灾事故，所造成的损失将不可估量。同时还需做好相应线路的日常保养工作。
4 高层建筑的消防电源配置——对消防电源要求要进行规范
4.1 较为常用的消防电源 ①双电源高压单母线不分段的供电。双电源高压单母线不分段的供电方式。主要采用两回路高压电源的同时供电，运行时保证一备一用。采用这种方式可以直接减少中间联络柜和一个电压互感器柜，其优点是：减少了基建投资，直接减小了高压配电室的建筑面积。缺点是：该方式需要两路都保证100%的负荷用电，如母线发生故障，会直接造成整个系统停电。因其供电的可靠性较低，通常不建议在高层建筑内使用。②双电源高压单母线的分段供电。双电源高压单母线的供电方式同样采用两回路高压电源的同时供电，做到相互间的备用。优点是：该方式供电可靠性高，易于实现消防用电设备两个电源在最末一级切换的规定。这种接线方式是目前较为常用的方式。③此外还有三电源高压单母线分段供电，因该方式使用较少，不做过多阐述。
4.2 高层建筑配置柴油发电机组 消防设备供电应按《供配电系统设计规范》—GB50052-95的具体要求进行设计。在该规范中，一级负荷特别是重要负荷的规定未涉及到消防负荷。只是规定系统需保证两个电源。“高规”明确规定一类高层建筑消防用电需符合一级负荷供电要求。并且保证在最末级配电箱位置设自动切换装置，这样才能很好地保证消防设施的供电可靠性。目前，通常在高层建筑消防负荷中，都未能配置柴油发电机组。实际工作中，通常直接从电网引接两路10KV进线电源供电，其本质并不是两个电源供电。停电可能是系统内部或者电网故障造成的，由于电网在主网电压上实现的是并网形式，所以取回几路电源，其本质都不是两路电源。如果实现上述目的有非常大的难度。这就凸显出柴油发电机组的优势。由于其投资小，使用灵活等特性，高层建筑供电设计宜采用该方式。
5 高层建筑消防系统设计的主要内容
5.1 高层建筑中火灾报警探测器的设计 火灾报警系统中的探测设备主要是探测器。探测器的主要工作原理是将高层建筑物内所有范围内的火灾信号通过网络快速报警控制器，进而马上发射出报警信号。当前，感温探测器、感烟探测器、感光探测器与可燃气体探测器是当前最为常见的几类探测装置。此外在选型与布设上，还需依据建筑物的实际高度、环境湿度以及其他具体情况进行有目的的选择。在设计工作中需注意如下方面。①要保证火灾报警探测器和控制器同属一个生产厂家。②在产品选择上还要首选质量过硬的厂家，确保产品有质量保证和产品的后续服务。这样才能保证产品在使用上的稳定性。③智能的探测器是当前在消防电气设计中较为常见的。该探测器可随时依据环境进行自我调整，可有效地保证自身的灵敏程度。同时，该探测器的工作情况能实时在计算机上得到显示。
5.2 火灾报警控制器的设计 火灾报警控制器可以为探测器直接提供电源，同时及时接受探测器所传递出的传递信号。此后，把处理器部分的有效计算结果进行转化和输出。当前，我国采用的报警器有：总线制与模拟量输入的报警控制器为主。这样的报警器具有施工布线方便简洁、内部结构可实现模块化，以及能够进行故障的自我诊断，并能实现智能报警的目的。相关的控制器在设计工作中需注意如下方面：①由于自动报警系统比较复杂，其涉及到的探测器、报警按钮与联动装置以及报警显示装置的编码纷繁复杂。在进行设计工作中，需要依据实际情况灵活配置。②要科学的研究定位，在一发火灾部位设置探测器。这样一旦发生火灾，智能报警系统就可以及时诊断，确定火灾发生点，并能同步显示与值班室显示屏，便于工作人员及时查看定位。③电源是控制器运行的能源，稳定的供电电源必不可少。同时还必须备有电源模块。一旦发生断电现象，方便备用电源马上进行工作，可以有效地避免缺电造成的对火灾监控不利的弊端。④控制器需要做到及时有效地对所有探测器进行控制。这就要求相应的编程要涉及到所有探测器，并做好对岸测点之间的相互逻辑控制。相应的程序编写完毕后，要做好使用前的调试工作，根据结果进行使用前的必要调整。如果需要，可以进行相应的火灾模拟，这样可以很好地鉴定其是否具有很好地实用性。
5.3 高层建筑火灾报警联动系统方面的设计 在整个火灾报警系统当中，还包括对应的联动执行机构方面的设计。还需考虑到如下部位和系统：防火门与排烟阀以及送风阀。电梯与空调的排烟风机。消火栓系统和自动喷水系统以及干粉灭火等相应系统。
报警系统中的联动装置在设计时工作开战时，要考虑到如下几个方面：①火灾发生后需要有充足的水源，这就需要设置两台消防水泵，并做到护卫备用。此外还需有独立的电源供电，这是实现电源质量的重要保证。②为了实现消防按钮连接线在意外情况下还能实现消防泵的正常使用，还需更多的利用其常开的触点来有效提高相应线路的可靠性。③高层建筑出现火灾后，如果实现人员的及时疏散，必须做好相应的防火门的启闭。这就需要联动系统采用二次控制，及时经过相应模块将防火卷帘进行快速自动下落，消防监控室要及时掌握相关控制型号。
5.4 高层建筑的火灾自动报警系统 高层建筑自动火灾报警系统要做到显示火灾探测器、消防按钮、手动报警按钮、水流指示器、湿式报警阀、安全信号阀等等相关设备的火灾报警以及故障报警。还要及时显示重点保护部位以及疏散通道、消防设备等的所在位置。实时显示系统电源的供电状态。要在相应部位（商铺、疏散通道、住宅门厅、前室公共区域、风机房、电气竖井、电梯机房、物管用房和其他设备用房）设置感烟探测器。要在地下车库部位设置感温式探测器。在相应部位（变配电所、以及柴油发电机房这些气体灭火场所、用于疏散的防火卷帘门两侧）设感温与感烟探测器。在商业厨房内需要设置可燃气体探测器。同时，以上所述区域范围内还需根据要求配备手动的火灾报警按钮和消火栓的人工按钮。
6 结束语
综上说书，高层建筑是以后城市发展的主要方向。各种更为高大的建筑逐渐耸立于各个城市。这就不断给高层的消防电气、供配电等方面设计提出更多有待解决的问题。但伴随着科学技术的快速发展以及计算机技术的发展。必将实现消防供配电设计的智能化发展方向。并且系统的发展方向也是朝着智能、模块与结构三个方向不断发展。所有这些技术上的进步都为人们提供了更多的生命财产方面的安全保障。
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作者简介：
叶丽娜（1981-），女，天津人，毕业于沈阳建筑工程学院，现任职马建国际建筑设计顾问有限公司，工程师。