建筑电气消防供配电系统设计分析

长沙有色冶金设计研究院有限公司 陈 焱

在建筑施工设计内容中不可缺少的就是电气施工设计。在电气设计的过程里，消防供配电系统是非常关键的部分。消防系统是所有工程项目中必须安装的安全系统，在不同的应用模块中也有不同的消防系统模块。消防供配电系统就是保证电气系统安全性的至关重要的设施，主要负责对建筑内部各种电气设备的电力支持工作，以及分配电力资源的协调工作。建筑消防供配电系统的设计也相对复杂，存在诸多值得深究的细节。在超高层建筑中，所使用的电气设备数量较多，所以更要重视其消防供配电系统设计的研究，以确保系统的安全性与可靠性。

1 浅析建筑电气供配电系统出现灾情的原因

1.1 受到恶劣气候条件的影响

恶劣的气候条件是引发电气火灾情况的主要原因之一。如雷雨天气会产生较大的雷电，雷电放电的过程中可能会对电气设备造成一定的负面影响，严重时甚至会击毁电气设备，造成电路损坏，进而引起爆炸、火灾等恶劣的灾害；电压异常升高。电压出现异常升高的情况也会引起电气火灾灾害。一些工作人员对电气设备的操作不合理，或电气系统因系统受损出现操作紊乱的情况，都可能会使电压突然升高。如果没有及时得到解决，电压升高后产生较大的电流，会使线路出现故障，导致变压器损坏，而且电压过高更可能会引起电路温度急剧升高，引发安全隐患。

1.2 电路短路

电路可能会出现突然短路的情况。短路会使电路承受较大的电流，使得电线路的热量突然增加，超出原本的负载能力，进而导致整条线路的损耗急剧增加，发生过热燃爆的情况。一旦电气设备发生爆炸或过热的情况，会直接牵连附近的易燃物，引发火灾；电气设备接触过大电阻。

电气设备接触过大电阻也可能会产生引发火灾的隐患。因为电气在接触电阻的过程中，接头难免会出现不牢固或混入杂质的情况，这样就会导致接触不良，在电阻过大的情况下会产生大量热量，进而引发火灾。

1.3 电气设备的超负荷运行

超负荷运行在大多数的高层建筑中都比较常见，因为人们对于用电的需求量越来越高，尤其是在大型的办公楼当中几乎每一层都被应用于办公，在许多台电脑和空调等电气设备共同使用的情况下，会造成建筑整体的电气负荷量过大，接入的电线太多也会导致电量负荷超载。如果在超负荷的情况下运行时间过久就会造成安全隐患，一旦发生事故将会导致严重的火灾。

2 结合案例分析超高层建筑消防供配电设计

2.1 案例的基本情况与规范要求

本文详细分析的案例主体是B301-0081地块的建安大厦，位于湖南长沙市中心，是办公、会议、商业交谈为一体的超高层办公大楼。该大厦地处于长沙的黄金地段，在CBD 商务板块和生态板块的交界处，环境十分优良。附近有体育广场、花园等大型景点，与众多高楼大厦紧邻。该大厦是一座30层的塔楼，内含六层裙楼，建筑高度是126.84m，建设总用地的面积为4979.5平方米，地下的建筑面积为16128.3平方米。

整个办公大楼当中的人员较多，消防安全工作至关重要。在进行供配电系统的设计之前，必须明确设计的基本原则和要求。首先确保安全性，增强节能性。安全是整个消防供配电系统最主要的目的，而高建筑楼层用电量很大，如不落实节能型设计的原则就会导致供配电系统负荷过重，造成资源过多的损耗，不利于实现资源节约。

在建筑施工的过程当中，施工团队所遵循的高层建筑消防供配电设计的规范有《建筑安全检查标准》、《低压配电设计规范》等。此外，在选择消防配电导体、干线、支线、回路开关、切断设备等设备时都有着许多细节方面的规范。该建筑工程把具体的负荷分为了三个级别，第一级是整体监控系统和消防系统等重要负荷，第二级是生活泵污水泵等较为重要的负荷，第三级是照明设备等普通设备的负荷。

2.2 高压供配电系统和供电电源

本大厦建筑工程采取的是10kV 的真空断路器，用于电压保护的设备是氧化锌避雷器，安装于出线开关柜内。还要采用相应的直流铅酸电池柜和继电器保护器、信号电源等设备，用于辅助整个供配电系统的运行。总体配电箱采用的是2mm 的铁皮材料。这种材料的质量优良，制作工艺十分讲究，应当在内板安装好有绝缘的胶板，将隔离的开关置在内侧，同时配备保护开关、配电器、电表等设备。

本工程采用的供电电源主要是分为两路的10kV电源。将这两路的电源分开进行引入，将10kV 的电缆引至建筑地下一层当作变电所，电路在引进各层门户的过程中所采用的钢管主要是镀锌钢管，要保证其能达到室内的开关柜，确保各级负荷供电的安全性与可靠性。为防止紧急断电的情况，要配备1000kW 的应急柴油发电机组，能够针对突发状况及时完成应急供电响应工作，在15秒内切换至正常供电模式。其所使用的发电机组应当进行合理管护，保证其安全性。

2.3 低压供配电系统设计

本建筑工程在低压配电系统的设计方面，全面考察了实际的用电需求，采取了220/380V 的放射式和树干式相结合的供电系统。除了采用这种负荷的供电系统之外，针对单台较大负荷的情况会采取发射式的供电形式；针对不同的负荷分级情况采取不同的供配电形式，精准计算负荷；对于当地能源结构以及整体用电情况进行详细地计算。

由此可得出，在第一级主要是采用两台不同的变压器对两路电源进行供电，而针对二级负荷的线路，也是采用两台变压器的两路电源供电。通常三级负荷线路都是采用单电源形式，要确保消防供配电线路不会出现过负荷的情况，进行过负荷的保护措施，启动时如出现过负荷的情况，应及时进行解决，也可提前设置跳闸或报警等处理方式。

2.4 消防设备的供配电系统设计

高层建筑的供配电系统通常是采取母线分段、自行切换的方式来连接线路，在对消防设备进行供电的设计过程里，也应当考虑相应的线路连接规范。选择专用并且可靠的消防电源，针对不同楼层的具体情况采取特定的供给措施。如15层和27层是作为避难层，那么对于消防电源的需求就是最迫切的，因此就应及时并且有针对性地供给最合理的应急配电设施。

在电缆井和消防电线电缆的选择方面，应尽可能结合办公需求以及建筑高层的设置，规范合理地选择10kV 的电缆井，并在选择低压的电缆井时严格遵循相关的消防管理规范，采用矿物绝缘的电缆通常可有效减少发生火灾危害时产生的毒气。

对于消防设备的配电线路，应尽可能采用可靠的方式将其保护起来，确保整条消防供电线路的安全，在出现断路时能采取应急处理，并可及时地完成险情通报工作。其选择的断路器可采用无过载的具备较强保护功能的单磁型断路器，这种断路器非常适合用于消防的线路当中。

在生产和生活用电的过程里，即使生活用电被切断也应及时保证消防供电，尤其是在发生火灾时更应及时给消防电源供电，断开其他非消防电源的供电，及时落实相关的安全设施的供电情况。为保证电力供应的整体安全，也要对消防电力供应系统及时进行优化，确保其可以稳妥进行自动灭火、自动切断电源等相关操作，有效控制火灾险情，保证安全线路可靠，使整体的消防救援工作能在18分钟内完成。

2.5 火灾应急照明方案设计

在突发火灾时，应急照明系统的电源设定至关重要。火灾应急照明系统的应急电源情况如表1所示。能够采用的应急电源有集中EPS，自带蓄电池和柴油发动机。每种应急电源都有着各自的优点，适用于不同的情况，通常大多数的专业建筑团队会采取多种电源共同使用的方式完成应急供配电源的工作。

表1 应急电源形式

因本案例分析的建筑楼层达到30层，属于较高的建筑，在每个楼层中所需配备的应急灯具数量较多。在设计应急灯的布置路线时应结合智能疏散系统的位置来配置，对整个楼层的各个重要空间进行合理的疏散路线规划，以确保可在最短时间内疏通人员。在应急灯具的选用方面有着许多值得深究的细节。如：如果都采取高级且智能的应急灯具会消耗非常多的费用，这是不合理的。毕竟很多楼层的一些位置除极为特别的情况下，一般不会需要使用应急通道。

所以，应结合建筑成本预算尽可能分层次规划灯具配置细节，在最为紧急的应急路线采取更高级的一级灯具，对于普通的路线则采取可靠且经济的应急灯具。对于15层及27层而言，其火灾应急照明设计要符合更高的规范，因为这两层是避难层，要确保避难层的楼梯间入口和疏散用楼梯间通往避难层的出口都具备更加明显的标识，并具备更加智能化的应急响应设备。针对相应的规范要求，需保证应急的照明时间大于60分钟，同时在消防场所的应急照明时间要超过180分钟，这就需根据具体的需求合理完成配置。

2.6 火灾自动报警系统设计

要保证整个消防供配电系统的安全性就须具备火灾自动报警系统，在火灾发生时第一时间切断除消防电源之外的电源。同时应配备有消防控制室、应急响应中心、火灾应急广播及通信系统，并要与消防团队进行联动控制，在每个楼层的各个位置都要配备有火灾自动探测设备和火灾自动报警设备。探测设备通常是采用传感器探测烟雾的方式及时获取灾情信息，并多加注意一些不起眼的地方。当烟雾浓度达到特定的指数后，就要及时响应火灾自动报警系统。

相关工作人员必须第一时间进行处理，根据相应的火灾应急规范对全楼层进行相应的广播工作，通过有线或无线的方式接收控制中心的信号。消防控制中心务必保证及时的响应能力，确保广播线路的通畅以及消防电话线路的通畅，快速获取楼层中的火灾蔓延情况，采用相应的备用机组落实消防保护措施，当险情危害程度较大时及时报警处理。

确保消防系统与供配电系统的自主性，对排烟阀和防火系统进行紧密的联动控制，面对复杂的危害情况，根据控制中心的指令及时把防护工作落实到各个楼层。除正常配备的消防泵外，在整体的消防应急响应系统中也应采取合理的方式和消防团队形成联动系统。在这个高层建筑当中，主要是在一楼和二楼的大堂区域内配备有相应的联动控制系统、消防炮系统。确保可第一时间内征用相应的消防设施，并在最短的时间里有效控制灾情。

3 结语

建筑供配电系统出现灾情的原因是十分复杂的，其影响因素也比较多，可能会受到恶劣气候的影响，也可能会因为电路出现电压异常升高、电路短路、电气设备接触过大电阻等因素导致电路出现故障，进而引发火灾。结合具体的实际案例，在建安大厦的施工过程当中，所采用的相关方案必须符合高层建筑设计规范，高压供配电系统采取的是10kV 的供电电源，低压供配电系统主要采取的是220/380V的放射式和树干式相结合的供电系统，在消防设备的供配电系统设置方面，应当格外注重避难层的应急响应设置。火灾应急照明方案也应当结合实际情况采取合适的照明灯设备。关键是火灾自动报警系统要联动消防系统配置相应的控制中心，在最短时间内有效控制住灾情。