机械应急启动装置探讨之欧阳物创编.docx

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机械应急启动装置探讨之欧阳物创编

机械应急启动装置探讨

时间：

2021.02.07

命题人：

欧阳物

10月1日实施的国家标准GB50974《消防给水及消火栓系统技术规范》第11.0.12条（强条）规定：

消防水泵控制柜应设置机械应急启泵功能，抵消防泵控制柜提出了一个全新的概念——机械应急启泵功能。

　　该条文该如何实施？

无论是给排水专业还是电气专业设计从业人员都无所适从。

该规范仅在条文说明中强调：

只要供电正常，无论控制线路如何都能强制启动，而并未提到实现该功能的更多细节。

　　这本规范属于给排水专业规范，针对这个关于消防泵控制柜的条文，我们与相关规范编制组人员作了沟通，他们认为，目前我国的消防泵控制柜存在诸多问题，也呈现过很多由于控制柜不克不及启泵而影响灭火的案例，编制组的出发点是强调要提高消防泵控制柜的可靠性。

机械应急启泵功能，就是在最后的紧要关头，当控制电路呈现故障而主电源仍然完好时，通过机械应急启动装置强制消防泵启动，这无疑是在传统基于控制电路的启泵功能的基础上，提高了可靠性。

通过控制柜上设置的机械应急装置提高消防泵启动可靠性的要求，无疑是值得肯定的，但什么是“机械应急启泵功能”？

电气专业如何进行设计？

对传统的设计、制造会带来哪些影响和挑战？

规范未能提供更具体的、可供操纵的办法和办法。

为此，笔者收集、整理了国内外有关“机械应急启泵”的相关资料，通过阐发提出建议供同行们参考。

1机械应急启泵装置的标准依据

　　通过收集、研读国家标准GB/T21208/IEC/TS62091：

，MOD《高压开关设备和控制设备固定式消防泵驱动器的控制器》、美国消防协会NFPA20《StandardfortheInstallationofStationaryPumpsforFireProtection》和国际电工委员会标准IEC62091《Lowvoltageswitchgearandcontrolgear—Controllersfordriversofstationaryfirepumps》的相关内容，笔者认为，这三个标准规定的消防泵控制器的“紧急运行控制”或“应急机械运行控制”，即是对机械应急启泵功能的要求，可作为设计和生产制造消防泵控制柜的依据，现摘录（或翻译）如下。

　　1.1国家标准GB/T21208/IEC/TS62091：

，MOD《高压开关设备和控制设备固定式消防泵驱动器的控制器》

　　第8.5.1.2条：

“控制器的紧急运行控制 

　　控制器的紧急运行控制可以由一个机械驱动（例如一个接触器的机械操纵）或由一个备用的开关电器（例如接触器、手动开关等）来完成……

　　控制器的紧急运行控制应通过以下方法达到A优先级：

　　a）应提供紧急运行装置用于电念头非自动起动和连续运行的操纵；

　　b）紧急运行装置应能闭锁在运行位置，机械锁定不该是自动的，应是操纵者可选择的；

　　c）手动紧急操动器应设计成只向一个标的目的移动，即从断开位置到最终的运行位置；

　　d）除运行闭锁位置以外的其它位置，如果操纵者释罢休动紧急操动器，控制器应能自动前往到断开位置。

”　1.2国际电工委员会标准IEC62091《Lowvoltageswitchgearandcontrolgear—Controllersfordriversofstationaryfirepumps》

　　《Lowvoltageswitchgearandcontrolgear—Controllersfordriversofstationaryfirepumps》译为《高压开关设备和控制设备固定式消防泵驱动器的控制器》，下面为笔者摘录并翻译的条文：

“8.5.1.2控制器的紧急运行控制

　　控制器的紧急运行控制可以由一个机械驱动（例如一个接触器的机械操纵）或由一个冗余的开关装置（例如接触器、手动开关等）来完成。

这个冗余的开关装置应该是可机械操纵的，以防控制电源失电或其它控制电路器件失效。

”

　　国标GB/T21208 /IEC/TS62091：

，MOD修改采取IEC/TS62091：

标准，和国标相比，我们把“redundantelectricalswitchingdevice”翻译为“冗余的开关装置”，国标则为“备用的开关电器”。

另外，第二句话是对冗余的开关装置提出的要求，在国标里面没有这句话，其它关于“A优先级”IEC标准和国标是一样的。

　　1.3美国消防协会标准NFPA20《StandardfortheInstallationofStationaryPumpsforFireProtection》

　　《StandardfortheInstallationofStationaryPumpsforFireProtection》译为《固定式消防泵装置标准》，下面为笔者摘录并翻译的条文：

“10.5.3.2控制器的应急机械运行控制

　　10.5.3.2.1控制器必须装备一个紧急运行手柄或操纵杆用于机械地闭合机电电路上的开关机构。

　　10.5.3.2.1.1手柄或操纵杆应提供机电的非自动的、连续的运行操纵，该操纵不依赖任何电气控制电路、电磁铁或等效装置，也不依赖压力开关的控制。

　　10.5.3.2.1.2这种办法应能手动操纵使到手柄或操纵杆机械闭锁，或者坚持在启动位置。

　　10.5.3.2.1.3机械闭锁不该是自动的，应是操纵者可选择的。

　　10.5.3.2.2手柄或操纵杆应设置成只向一个标的目的移动，即从断开位置到最终的运行位置。

　　10.5.3.2.3除全运行位置外，操纵者在任何位置释罢休柄或操纵杆，机电启动器均应能自动前往到断开位置。

”

　　根据上述标准，笔者理解认为：

要实现机械应急启泵，首先，消防泵电念头的主电路需要设置一种可被机械驱动闭合的开关机构（如接触器）或一个冗余的开关装置，这个冗余的开关装置应该是可机械操纵的；其次，需要在消防泵控制柜上设置一个紧急运行手柄或操纵杆，用以机械地闭合上述开关机构或冗余的开关装置。

　　2如何设置机械应急启泵装置

　　他山之石可以攻玉，既然“紧急运行控制”或“应急机械运行控制”的要求均是源于上述IEC和NFPA标准，那么国外应该有成熟的产品可以借鉴。

国外是如何设置机械应急启泵装置的呢？

　　JoslynClark（强士林克拉克）总部位于美国，隶属于丹纳赫集团（NYSE：

DHR），是财富500强，消防泵控制器是其主要产品之一。

下面，笔者就美国JoslynClark公司消防泵控制柜的相关技术与同行们作交流、分享。

　　据JoslynClark公司产品资料介绍，其机电驱动消防泵控制器，依照电念头的启动方法分类包含：

全压直接启动、固态软启动、部分绕组启动、闭式星三角启动、开式星三角启动、电阻启动等类型，所有这些控制器均具有“紧急启泵功能”。

下面是该公司产品的部分技术细节。

　　2.1消防泵控制柜外观（如图1所示）

　　图1可以看出，消防泵控制柜的颜色为很是醒目的年夜红色，箱面设置有如下功能组件：

　　a.隔离器和断路器操纵手柄，可同时操纵隔离器和断路器。

　　b.机械应急启动操纵手柄，用于以机械方法闭合接触器。

　　c.手动启、停按钮，用以完成标准所规定的抵消防泵的手动电气控制功能。

　　d.人机交互界面，用于显示、设定各类系统参数。

　　经核实，箱面设置这些功能组件都是源于上述IEC和NFPA标准的要求。

　　2.2机械应急启泵如何实施

　　通过与JoslynClark公司技术人员的屡次交流、沟通，笔者了解到，机械应急启泵功能适用于所有的启动方法，包含全压启动、降压启动，在该公司消防泵控制器（俗称消防泵控制柜）中，设置有机械应急启动操纵手柄，一旦应急启动拉动该手柄，将联动柜内的机构以机械的方法闭合主回路的运行接触器，让水泵机电直接全压启动。

　　在JoslynClark公司所有消防泵控制器中，直接启动控制器最为简单，机械应急手柄只需直接举措、闭合主接触器，即可实现应急启泵；星三角启动控制器，则需要手柄操纵闭合两个运行用接触器，实现应急启泵；而软启动控制器，仅仅是靠应急手柄操纵闭合旁路接触器来实现应急启泵。

总之，所有的降压启动控制器，在应急启泵时，均通过应急手柄的操纵，跳开降压启动环节，让消防泵机电直接进入全压运行，类似直接启动。

　　2.3电控制器的标准配置

　　2.3.1操纵交互界面

　　其功能包含设有手动启动、停止按钮；显示系统压力和设定启泵参数；实时数据显示，包含运行中的三相电压和电流显示、故障报警等；完整的历史数据记录；以太网ModbusTCP网络通讯接口；可编程运行周期按时器（可设置按期启动水泵）等等。

　　2.3.2启、停泵控制功能

　　a.操纵交互界面上设置的手动启、停泵按钮；

　　b.控制柜箱面设置机械启入手柄，只需拉起即可紧急启泵；

　　c.基于水系统压力的自动启泵；

　　d.其它消防设备的远程自动启泵；

　　e. 远程手动启泵。

　　2.3.3电源监视继电器（PMR），基于继电器的微处理器

　　能提供机电堵转呵护、电压和电流检测，并将参数显示在操纵交互界面上。

　　2.4典范控制电路

　　设置有机械应急启动装置的消防泵控制柜，对控制电路有何特殊考虑？

当应急启动时，控制电路是否需要断电呢？

比较了JoslynClark公司所有消防泵控制器的控制电路，开式星三角启动电路（如图2所示）相比较较庞杂，且有一定代表性，现举例说明如下。

　　惯例启动控制：

电念头主电路设置有三个接触器——1M、2M、S，当控制器由消防主管高压压力信号、其它消防信号、远程启动信号或控制器箱面的手动启泵按钮启动时，继电器CR2失电启动（该继电器平常处于通电状态），接触器1M、S得电闭合，机电绕组依照星形接线方法启动。

同时，由AT按时器进行延时，到设按时间后，AT常闭触点断开，使ATR继电器失电（该继电器平常处于通电状态），ATR帮助触点举措使得接触器S失电、接触器2M得电。

此时，由于接触器1M、2M主触头闭合，机电绕组依照三角形接线进入全压运行，完成启动全过程。

　　机械应急启动：

电路图中，有一条虚线将机械启入手柄（MANUALSTARTHANDLE）、接触器1M、2M及限位开关LS互相连接，它暗示了一种基于机械操纵的逻辑关系，即应急启动时，拉起机械启入手柄会联动闭合接触器1M、2M，同时将限位开关LS由原来接通630号端子，转换为接通62号端子，当停止时，会反标的目的联动。

在笔者与JoslynClark公司技术人员的交流中，证实了这一点，同时，也印证了关于机械应急启动即是采取机械的方法举措、闭合主回路的运行接触器，并让水泵机电直接全压启动的作法。

　　很是出其不意，笔者原本以为在操纵启入手柄的同时，限位开关会断开控制电路电源，以避免电气控制与机械操纵呈现冲突，但上述限位开关的举措，却并不是如此，这是为什么呢？

经过进一步深入了解，笔者不克不及不佩服美国同行思维的缜密。

　　我们知道，考核接触器主触头性能指标的办法年夜多是以电磁铁的快速举措为前提的，接触器举措越快，电弧对触头的伤害越小，若仅仅靠机械手柄的举措来闭合或断开接触器，会因为举措缓慢而招致触头损伤，虽然，这种损伤在火灾的情况下是可接受的。

可是，为了尽可能减小这种伤害，JoslynClark公司的技术人员设计了这样一个限位开关，当操纵人员从停止位置向运行位置拉动应急启入手柄时，该限位开关会首先举措，绕过启动顺序，直接让接触器1M、2M线圈得电，若此时接触器线圈完好，接触器主触头将以电的方法快速闭合（先于机械的方法）从而接通机电电源，完成应急启动。

固然，如果线圈故障，还有另外一招 ——以机械的方法闭合接触器。

　　或许有同行会说，火灾可能几十年难遇，接触器触头的电弧损伤与火灾的损失比起来，可以忽略不计。

笔者认为此话没错，但养兵千日，用兵一时，正是因为火灾几率很小，更应该在长期的日常测试、维护、调养过程中，采纳有效办法，减少这种损伤，一旦火灾产生，才干包管应急启动的顺利实施。

JoslynClark消防泵控制器的这种作法很是科学、实用，它无论是在日常维护、模拟演练，还是在灭火实战中，均能最年夜限度地减小对接触器的损伤，同时，让应急启泵多了一次机会，值得借鉴。

　　3电源系统及消防泵控制柜各功能组件的性能要求

　　当依照上述GB/T21208/IEC/TS62091：

，MOD、NFPA20、IEC62091标准设置机械应急启动装置时，电源系统及消防泵控制柜内各功能组件的性能，需要满足哪些要求呢？

　　3.1电源容量

　　无论消防泵控制柜正常时是采取哪一种启动方法来启动电念头，当应急机械启动时，最终都是以机械的方法闭合主电路接触器，让电念头全压启动，故，为消防泵供电的电源容量需满足电念头全压启动要求。

　　3.2消防泵控制柜的箱面

　　在消防泵控制柜的箱面需设置本文“2.1消防泵控制柜外观”所述的功能组件，以满足上述标准对这些功能“可外部操纵”的要求。

　　3.3隔离器

　　a.隔离器额定电流不小于机电额定电流的115%。

　　b.基于平安考虑，隔离器应与断路器联锁。

　　当采取带隔离功能的断路器时，满足下面断路器要求即可。

　　3.4过流呵护装置——断路器和堵转呵护装置

　　短路呵护和堵转呵护是上述标准中要求装设，且被唯一许可装设的过电流呵护装置，标准还规定，这样的呵护装置要满足在火灾的情况下，当其第一次举措断开后，消防人员能有“第二次机会”，将控制柜快速地恢复到工作状态。

　　断路器额定电流不小于机电额定电流的115%；应只提供短路呵护并满足分断能力要求。

　　断路器性能应满足正常启动和应急启动电念头时不脱扣的要求，故，其瞬动呵护应该依照电念头全压启动进行整定，以躲开电念头启动电流。

　　堵转呵护装置的举措特性和举措方法，在上述标准中有很详细的规定，本文暂不作介绍。

因为这种用于跳闸、脱扣的堵转呵护，与我国现行标准中关于消防泵在过负荷情况下应坚持工作而不克不及停泵的规定相违背，恐难于在我们的设计中付诸实施。

　　3.5接触器

　　a.接触器为电磁型，同时，应可通过机械操纵方法来闭合主触头。

据了解，国产接触器很多不具备这一功能，设计选型时，需注意向制造商核实。

　　b.接触器使用类别为AC3。

　　c.接触器应能耐受堵转电流，即在接受7.2倍电念头额定电流20s，和接受3倍电念头额定电流3min后，触头仍不至损坏。

　　笔者认为，上述标准针对堵转呵护和接触器等功能组件提出的要求是很是合理的，它能确保在机电堵转呵护举措前这些组件都还能坚持工作，真正能让消防泵充分阐扬作用，值得我们研究和思考。

　　4思考和建议

　　新公布的国标GB50974《消防给水及消火栓系统技术规范》第11章，在短短19个关于消防泵控制的条文中，呈现了6个强条，把消防泵控制的重要性提高到了一个空前的高度，然而，由于该规范并未对实施细节进行规定，在执行过程中，给电气专业同行带来困惑。

如何解决这些问题，希望同行们能够一起来探讨，比方：

要满足GB50974和GB50116《火灾自动报警系统设计规范》的要求，消防泵控制电路究竟该如何设计？

除采取接触器的机械操纵方法外，如何采取冗余的开关装置来实现机械应急启动？

软启动器能否用于消防泵的启动？

消防泵控制柜如何装设堵转呵护？

等等。

　　目前，与消防有关的国家标准较多，但只有GB/T21208/IEC/TS62091：

，MOD《高压开关设备和控制设备固定式消防泵驱动器的控制器》是唯一针抵消防泵控制器的系统性标准，可指导设计、制造、装置等，但该标准尚存在与国内其它相关电气标准、规范不协调，且与NFPA、IEC标准不合步等问题。

我们看到，美国消防协会NFPA20和国际电工委员会标准IEC62091，一直在不竭地完善，该标准中关于消防泵的内容很是丰富，希望相关部分能够适应新的形势，在借鉴国外先进经验的同时，结合中国自身特点，对现有相关标准、规范进行修订，真正作到让设计、制造、装置、认证、验收、运行维护等各个环节都有法可依，有标准可循。

同时，也希望消防泵控制柜的制造商，能够积极跟进，尽快推出合适相关规范的产品。

　　参考文献

　　［1］上海电器科学研究所（集团）有限公司.GB/T21208/IEC/TS62091：

，MOD高压开关设备和控制设备固定式消防泵驱动器的控制器［S］.北京：

中国标准出版社，.

　　［2］中国中元兴华工程公司.GB50974消防给水及消火栓系统技术规范［S］.北京：

中国计划出版社，.

　　［3］IEC.IEC62091Lowvoltageswitchgearandcontrolgear—Controllersfordriversofstationaryfirepumps［S］，.

　　［4］NFPA.NFPA20StandardfortheInstallationofStationaryPumpsforFireProtection［S］，.

　　［5］美国JOSLYN　CLARK　CONTROLS.INC.产品资料《消防泵控制器》及电路图［G］. 

　　［6］公安部沈阳消防研究所.GB50116火灾自动报警系统设计规范［S］.北京：

中国计划出版社，.

　　［7］中国新时代国际工程公司.GB50055通用用电设备配电设计规范［S］.北京：

中国计划出版社，.

　　［8］中国建筑西南设计研究院.JGJ16民用建筑电气设计规范［S］.北京：

中国建筑工业出版社，.

　　作者信息：

　　徐建兵，男，中国建筑西南设计研究院有限公司，教授级高级工程师，院副总工程师。

　　李 慧，女，中国建筑西南设计研究院有限公司，高级工程师，机电一院执行总工程师。

　　*：

中国建筑西南设计研究院有限公司科研项目，项目名称：

消防水泵联动控制计划研究，项目编号：

R69EB。

标签：

消防水泵控制柜,机械应急启泵,可靠性,紧急运行控制,应急机械运行控制,机械驱动,电源容量,堵转呵护装置

时间：

2021.02.07

命题人：

欧阳物