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消防系统中消防水泵变频启动方法
来源:http://www.hongyu119.com | 作者:pro782345b3 | 发布时间: 2019-10-14 | 163 次浏览 | 分享到:
本文从消防水泵传统启动方式存在的缺陷及成因分析入手,论述了消防水泵启动的有效方法。期望通过本文的研究能够对消防灭火系统运行稳定性的提升有所帮助。
    火灾对于工业厂区的危害和破坏性极其严重,如果火势得不到及时有效地控制,则可能给工业厂区带来毁灭性的灾难。正因如此,使得消防灭火系统成为工业厂区不可或缺的重要组成部分之一。当厂区发生火灾时,消防水泵能否快速启动,直接关系到灭火工作的开展。为此,对消防水泵启动方式进行研究显得尤为必要,这对于提高工业厂区的整体安全性具有重要的现实意义。
1 消防水泵传统启动方式存在的缺陷及成因
消防系统中消防水泵变频启动方法
    本文从消防水泵传统启动方式存在的缺陷及成因分析入手,论述了消防水泵启动的有效方法。期望通过本文的研究能够对消防灭火系统运行稳定性的提升有所帮助。
摘 要
1.1 传统启动方式的缺陷
    消火栓是消防灭火常用的一类设备,一旦发生火灾,可通过及时启动消火栓系统中的消防水泵,对消防用水进行加压,以满足灭火需求。为保证消防水泵启动按钮的安全,根据GB50016—2014《建筑设计防火规范》中的规定,对每个消火栓处设置的直接启动消防水泵按钮都应配备保护措施。常用的保护措施为破玻按钮,在破玻按钮动作时可立即启动消防水泵,这是较为常见的自动消防系统设计方法。但是,这种传统的启动方式存在着一定缺陷,具体表现为:一是个别人恶意或无意地在未发生火灾时启动按钮;二是当发生火灾时,非消防人员由于缺乏专业的消防知识和技能,在慌乱之中先击碎破玻按钮,再展开水带、连接搭扣、开启阀门,这会导致先启动的消防水泵在水枪未出水之前就已经运行,在水压无法释放的情况下造成严重超压,易引起消防管网爆裂,消火栓系统不能正常运行,最终造成严重的后果。
1.2 成因分析
    在消防系统中,消防水泵启动不规范,存在着一遇到火情就先启动消防水泵,进而造成消防系统严重超压的情况,增大了消防系统瘫痪的可能性。正确的消防水泵启动时机应在消防管网有水枪出水之后再启动,而相关规范中只规定了在火灾发生时及时、迅速启动消防水泵,这就导致直接启动消防水泵与实际的消防管网运行现状相脱节。同时,在传统的启动方式下,由于整个消防管网没有设置监控系统,所以在启动消防水泵时难以掌握管网运行情况,从而导致水枪喷水前已启动消防水泵或消防水泵误启动问题,严重影响消防系统的安全正常运行。
2 消防水泵启动的有效方法
2.1 有源启动
    所谓的有源启动具体是指利用各种有源器件控制消防水泵启动,比较常见的有软启动器、变频器等等。
2.1.1 软启动器
    这是一种电机控制设备,具有软启动、软停车、保护等功能,启动过程相对比较平滑,基本能够实现无冲击启动的目标。不仅如此,软启动器还能按照电机的负载特性对启动过程的关键参数进行调节。利用软启动器对消防水泵进行快速启动的优势体现在如下几个方面:一是启动过程中并不会产生启动电流,保证了消防水泵启动的安全性;二是软启动器在启动时间的设定上非常灵活,能够按照消防水泵的电动机功率在 0-3600s 这一区间范围内任意设定,由此使得单台电动机的功率范围能够达到上百千瓦。在此需要指出的一点是,受到器件本身的限制,软启动器通常都是在低压电机上应用。
2.1.2 变频器启动
    ( 1)变频器启动的基本原理。变频器启动的过程如下:变频器通过控制电源启动时的初始频率,以达到控制消防水泵启动电流和转速的目的。在变频器自动调节电源频率的情况下,异步电机启动转速由小变大,转速持续上升。处于启动状态中的电动机,电源频率会随着电流的逐渐下降而逐步升高,一直到电源频率升高至 50Hz 时,会自动停止变频器调节,促使异步电机进入稳定的转速,这就是无级调速的过程,即变频器启动的全过程。在需要停止消防水泵运行时,可利用变频器的自动调节功能,逐步降低电源频率,受电源频率变化的作用,异步电机会进入到断电的状态,停止运行。
    ( 2)变频器启动的特点。变频器启动的线路接线简单,可有效控制消防水泵的启停,若将消防水泵传统的启动方式替换为变频器启动方式,则会弥补有级启动的缺陷。同时,变频器自身结构完整,具备电机保护功能,在出现过压、欠压、过流、过载等情况时,变频器会自动调节,无需安装电机保护开关。在对变频器启动方式进行应用时需要注意以下几点:变频器自身结构复杂,要配备专人进行定期维护,以保证变频器处于正常运行状态;变频器启动为有源启动,需配置输入和输出变压器。
2.2 无源启动
    所谓的无源启动具体是指消防水泵的启动过程通过无源器件进行控制,比较常见的有以下几种:直接启动、星三角启动、自耦变压器启动以及 KBO 启动等。下面分别对这几种启动方式进行分析。
2.2.1 直接启动
    这是一种最为简单、经济且可靠的消防水泵启动方法。整个启动过程使用的器件相对较少,并且全部都是无源器件,通过直接启动能够使消防水泵快速启动。需要指出的一点是,因为直接启动时会产生较大的启动电流,对变压器的容量要求较高。由于消防水泵电动机具有良好的启动特性,加之消防水泵的负载为平方率,简而言之,消防水泵电动机的启动为轻载启动,所以低压电动机的单台功率可为90kW,而高压电动机的功率范围则可达到几兆瓦。
2.2.2 星三角启动
    这种启动方式在线路方面要比直接启动略显复杂,在不考虑各种因素影响的前提下,能够在 1min 内完成启动。虽然星三角启动的线路复杂,但却可以使启动电流随之减小,这样便可将消防水泵单台电动机的功率设定为110kW,但必须注意的是,该线路只适用于低压电动机。在星三角启动方式下,如果消防水泵出现过流、过载等情况时,保护方式为热磁脱扣器,虽然热继电器会发生动作,但却并不会掉闸,能够快速报警。需要指出的一点是,因星三角启动方式的线路较为复杂,从而使得故障率有所增高。
2.2.3 自耦变压器启动
    所谓的自耦变压器具体指示原、副绕组直接串联,能够自行完成耦合的变压器,常见的类型有两种,一种为固定式,另一种为可调压式。电压变化率小、短路电流大是自耦变压器较为突出的特点。采用自耦变压器对消防水泵进行启动,需要进行较为复杂的线路布设,在不考虑各种因素影响的前提下,消防水泵可以在 1.5min 内完成启动。 在这种启动方式下,消防水泵的启动电流非常小,所以单台电动机的功率可以达到 160kW 左右,它的保护方式与星三角启动相同,能够实现只报警、不掉闸的目标。由于线路的复杂程度较高,从而使得该启动方式的运行可靠性偏低。
2.2.4 KBO 启动
    这是消防水泵无源启动中较具代表性的一种启动方法,基本原理如图 1 所示。它将各种分离元件的功能进行集成,并对多种信号进行综合,能够实现控制与保护。其特点是结构紧凑、体积小、使用寿命长、安全可靠性高、节能等等。需要指出的一点是,KBO 的额定电流较小,仅为 125A,所以只能在低压消防水泵中应用,这在一定程度上限制了该启动方式的使用。
    通过对有源启动和无源启动进行分析后发现,虽然无源启动具有诸多特点,但从功能性的角度上看,要比有源启动差一些。所以工业厂区的消防水泵可以采用有源启动,因软启动器具有定期自动检测功能,可确保消防水泵的可靠性,故此,推荐工业厂区采用这种方式对消防水泵进行启动。
2.3 紧急启动方式
    消防水泵的启动控制回路可能会发生故障,这样一来容易导致无法启动的情况,从而对消防灭火工作的开展造成影响。为有效解决这一问题,提出一种能够紧急启动的机械装置。
2.3.1 启动装置的构成
    该启动装置由以下几个部分组成:操作手柄、卡销、连动杆、复位弹簧、旋转开关、横杆、短杆等。在紧急情况下,可以利用该装置对消防水泵进行启动。
2.3.2 启动原理
    在发生火灾时,如果遇到消防泵控制柜因电路故障无法正常启动的情况,可采用手动方式,将操作手柄逆时针旋转 90°, 用力按下,便可以强制连通主电路中主接触器与消防水泵中的电机馈电电源,达到启动消防水泵的目的。这一启动过程与原有的电路启动方式不同,通过逆时针旋转操作手柄将控制柜中的二次控制线路电源断开,之后进入到手动启动程序。在扑灭火情之后,可顺时针旋转手柄,利用复位弹簧将二次控制线路复位,保持启动之前的初始状态。
3 结论
    综上所述,消防水泵作为工业厂区的消防设施,其能否在火灾发生时,可靠启动至关重要。通过对有源启动和无源启动进行分析后,可将有源启动中的软启动器作为工业厂区消防水泵的首先启动方式,因为这种启动方式具有定期自动检测的功能,有助于确保消防水泵的可靠性。如果软启动器出现故障,可能会造成消防水泵无法正常启动。故此,可在工业厂区的消防系统中加入紧急启动装置。
参考文献
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[2] 蔡宇 . 消防水泵采用变频启动对比星三角启动的探讨 [J]. 电子世界 ,2018(9):106-108.
[3] 程强 . 厂区建筑给排水及消防系统设计研究 [D]. 西华大学 ,2016.   

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