消防負荷分組設計做法分析

陶云飛

(中國建筑設計院有限公司，北京 100044)

消防負荷分組設計做法分析

陶云飛

(中國建筑設計院有限公司，北京 100044)

變壓器低壓側母線一般按照不分組設計，接線簡單且造價低，但是目前出現了分組設計方案，將消防負荷、非消防負荷從變壓器低壓側開始分為兩段母線供電，形成各自獨立的系統，這種方案已在規范中推廣并被設計人員采用在工程實例中。通過對消防符合分組設計方案進行分析，提出一些個人看法，以供同行參考。

消防負荷 可靠性 分組設計

0 概述

最近在工作中看到變電所低壓側消防、非消防負荷分組設計方案，做法來源于GB 50016-2014《建筑設計防火規范》中10.1.6的條文說明。條文說明中建議變電所從變壓器低壓側開始將消防負荷與非消防負荷分為兩段母線分別配電，避免消防負荷受非消防負荷故障的影響。這種分組設計的做法在設計行業也算是新生事物，設計人員的看法也各不相同。

中設協建筑電氣工程設計分會主編的《建筑電氣設計疑難點解析及強制性條文》中針對是否分組設計在第1.6條中專門做了解釋。書中認為對于工程規模較小、消防負荷很少的項目(例如僅有一、兩個消防回路)還是可以采用不分組設計，但是當工程規模較大、消防負荷較多時建議設置消防專用母線段，因為如果此時大量的消防負荷與非消防負荷混接在同一個母線段上，當非消防負荷出現故障或合用母線發生短路等故障時，都會影響到其他大量消防負荷供電的可靠性，因此當工程規模較大、消防負荷較多時，建議設置消防專用母線段。但也有業內人士建議“…在二、三線城市消防隊員專業素質相對不高的中小項目宜采用分組方案(簡單，直接切非)；在設有多個變電所的大型項目且消防聯動控制設計完備的項目可不采用分組方案”。

由此可見，一些人員認為工程規模大要分組設計，另一些則認為工程規模大反而不需要分組設計。中國院張文才總工在《智能建筑電氣技術》2015年第05期對該規范條文的來龍去脈做了說明，認為做好級間保護配合才是保證消防供電可靠性的正確措施。

1 傳統低壓母線不分組設計

圖1是變電所低壓母線不分組設計的傳統做法，參見GB 50016-2014《建筑設計防火規范》P374頁“負荷不分組設計方案(一)”。每個變壓器低壓側設一段母線，兩臺變壓器低壓側的兩段母線設母聯開關，平時各自分段運行，一路電源故障退出后，母聯QF3合閘，由另一路電源帶兩段母線上的重要負荷繼續工作。

圖1 低壓母線不分組設計圖示

圖2 低壓母線分組設計圖示

在火災時，為了避免建筑內非消防電源導致電氣火災事故擴大，或防止火災現場觸電事故，需要對非消防電源采取切除措施。

2 消防、非消防負荷采用分組設計

圖2是低壓母線分組設計方案，消防配電采用專用母線段，參見GB 50016-2014《建筑設計防火規范》P375頁“負荷分組設計方案(一)”。與圖1做法相比，在每臺變壓器低壓側分設兩段母線，分別為消防與非消防母線段。規范編制者認為這種接線的優點是當非消防負荷出現故障或非消防母線故障短路時，不會影響到消防段母線的可靠性，而且在火災時切除非消防電源非常方便，不會誤切重要的消防回路。

3 分組與不分組設計技術比較

GB 50016-2014《建筑設計防火規范》條文說明中對上述兩種做法也做了分析比較，即傳統的不分組方案主接線簡單，造價較低，但是這種方案使消防負荷受非消防負荷故障的影響較大。由于規范并沒有說明哪些因素會導致消防負荷受非消防負荷的影響較大。筆者猜想可能有以下幾種可能，一是火災時非消防負荷出線開關損壞，既無法切斷非消防電源，線路短路也無法實現跳閘保護的功能，導致變壓器低壓側主開關跳閘進而影響本段母線上消防負荷的正常工作；二是火災時切除非消防電源程序不合理，比如相關人員未能準確切除非消防負荷，甚至直接將變壓器低壓側主開關切斷，進而導致共用母線上的消防負荷也失去電源。

另外，如果設計考慮不周全，未設計聯動切除非消防電源的措施，低壓柜內斷路器也未考慮上下級配合。那么當不分組設計時，非消防線路著火造成的短路可能直接把低壓側總開關頂開，造成共用母線上的消防負荷失去電源；此時若采用分組設計，消防母線與非消防母線獨立，而且消防設備及線路均采取防火措施，短時間內消防線路不會因為火燒而發生短路，即使未考慮級間配合，變壓器低壓側消防母線的總開關也不受影響，此時也可體現分組設計的優點。

下面從技術角度進一步分析分組做法的其他特點，圖3是按照圖2的主接線形式補充的一些配電設備，使其更接近工程實際。從圖3中可見，由于在每臺變壓器低壓側出口處分為2個主斷路器保護，此處存在電源分配的過程，屬于一級配電。這兩個主斷路器與下級母線上的出口斷路器之間電流級差勢必變小，會導致級間保護配合難度加大。

從圖3中還可以看出，末端設備房中的消防類設備配電級數多達四級，對于非消防負荷很可能達到5級甚至6級，這與規范要求的供配電系統應簡單可靠，低壓不宜多于三級的內容相違背，配電級數多，系統保護復雜，故障率也會增加。

圖3 分組設計配電系統

另外，當火災時，通過切除圖3中所示的虛線框內的非消防負荷，來保證消防負荷不受影響。此時，兩路電源的低壓側消防母線段沒有設母聯，當一路電源故障時，雖然有另一路電源保證供電，但是此時雙路電源末端互投失去意義，兩路電纜到末端的線路其實只有一路有電，而不分組設計即使一路電源故障，可以通過母聯合閘，仍然保證雙回路電纜在末端互投，可以更能經受火場的考驗。

再則，筆者認為這種接線方案的另一個優點是可以方便準確地切斷非消防負荷總開關。因為不分組設計時，逐個切除非消防負荷會引起誤操作把重要負荷切除。但根據GB 50016-2014《建筑設計防火規范》中的解釋，只要不是供電線路發生的火災，都可以先不切斷電源，尤其是正常照明的電源。正常照明、生活水泵等非消防電源只要在水系統動作前切斷，就不會引起觸電事故及二次災害，而其他沒必要繼續工作的電源或切斷后也不會帶來損失的非消防電源，可以在確認火災后立即切斷。由此可見，對非消防負荷分回路切斷比較合理，圖省事直接切除非消防負荷總開關的做法不可取。實際工程中，可以通過火災報警系統聯動控制切除非消防電源，可以將非消防電源分為幾類，在消控室按類別分階段切除，不存在誤切的問題。有人建議采用分組設計，可將照明、生活泵及客梯等掛在消防段母線上，，但是這些非消防負荷與消防負荷共用母線后又與編者的“消防負荷受非消防負荷故障的影響較大”相絀。

綜合上述，不分組設計與分組設計的優缺點對比如表1所示。

從表1對比可以看出消防、非消防負荷分組設計有許多弊端，在業內未達成普遍共識時，在現階段最好還是采用傳統做法。

表1 變電所低壓母線不分組設計和分組設計的優缺點比較

4 含柴油發電機的不分組設計

帶有柴油發電機的配電系統也存在上述消防負荷是否分組設計的問題。如圖4所示，是傳統不分組設計接線方案。柴發作為第三路電源，用于特別重要的工程中，將消防與保障負荷分為兩段母線設計；也可以將消防與保障負荷共用一段母線設計，此時柴發只需引出供電回路至消防及保障母線段。

圖4 含柴發的低壓不分組設計

5 含柴油發電機的分組設計

圖5是摘自規范中的含柴發的低壓分組設計接線圖。火災時，切除中間部分的非消防電源配電系統，優缺點與圖2相同，只是多了柴發作為備用電源。

圖5 含柴發的低壓分組設計

6 提高供電可靠性的其他措施

為了提高消防設備供電可靠性，各類規范或技術手冊給出了許多技術措施，比如上文所說的消防負荷采用專用母線段其目的就是為了提高消防供電可靠性。另外，增設消防電源監控系統、采用礦物絕緣電纜或采用消防專用電氣豎井等措施也能提高消防設備的供電可靠性，但是都會增加系統的復雜程度或帶來成本的增加。是否有簡單的方法既能提高供電可靠性，又能不增加投資成本呢，本人提出下列兩個問題供同仁們思考。

第一，規范要求的消防設備雙路電源末端互投的要求是否可以降低。如果說以前是考慮電纜的防火性能差，難以滿足火災時供電持續性的要求，故而采用雙路電源末端互投，那么現在消防設備普遍采用礦物絕緣電纜供電，線路的防火性能有了保證，是否可以不必采用雙路電源末端互投？雙路電源只在變電所低壓側通過母聯完成，由變電所引出到消防設備末端配電箱只采用單路礦物絕緣電纜，這樣設計既經濟也滿足火災時供電持續性的要求。

第二，充分利用IT系統供電可靠性高的特點，將火災時的TN-S配電系統轉換為IT系統。我們常

規的TN-S配電系統可以采用如圖6所示一點接地形式，在火災時，切斷一點接地處的接地線，臨時將低壓配電系統的接地形式轉換為IT系統。由于IT系統電源中性點不接地，當第一次發生單相接地故障時系統可以繼續工作，而且當人體單相觸電也不會發生傷害事故，故采取這種措施后在滅火期間系統供電的可靠性及安全性得到了提高。這是本人的不成熟想法供業內同行探討。

圖6 兩組變壓器互為備用供電系統一點接地示意圖

7 結束語

綜上所述，本人認為變壓器低壓側消防、非消防負荷分組設計并不一定能提高消防設備供電可靠性，反而有一些弊端。提高供電可靠性除了要求設計人員精心設計外，平時的維護管理及從業人員的業務水平也很關鍵。上述為本人的一家之言，有不對的地方請同仁批評指正。

[1] 中國勘察設計協會建筑電氣工程設計分會主編.建筑電氣設計疑難點解析及強制性條文[M].北京:中國建筑工業出版社,2015.

[2] GB 50016-2014 建筑設計防火規范[S].北京:中國計劃出版社,2014.

[3] 張文才.關于《建筑設計防火規范》相關條文的解析[J].智能建筑電氣技術，2015,9(5)：40-44

[4] GB 50116-2013 火災自動報警系統設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2013.

AnalysisofFireLoadGroupingDesignPractice

Tao Yunfei

Transformer low voltage side bus according to the grouping design, general wiring simple and low cost, but the grouping design at present, the fire load and fire load from the low voltage side of transformer can be divided into two bus power supply, the formation of independent system, this scheme has been popularized in the specification and to be used in engineering design personnel, this article to talk about their own views，Through analyzed the metdod of fierload grouping design,some views are put forward for designers reference.

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