消防转输水泵控制电路的可靠性设计与研究

某超高层建筑项目57层，屋面标高169.35 m，消防给水系统采用分区供水方式；高区消火栓、喷淋加压泵设于屋面。转输水箱也设于屋面，补充水由生活给水系统提供。

高区消火栓加压水泵为2台，一用一备，流量Q = 20 L / s，扬程H = 45 m。高区喷淋加压水泵为2台，一用一备，流量Q = 30 L / s，扬程H = 45 m。

转输水泵设于地下一层，经过综合技术经济比较，最终方案确定为3台，2用1备。其中，1号主泵流量Q = 30 L / s（与高区喷淋加压泵相同）、扬程H = 195 m；2号主泵流量Q = 20 L / s（与高区消火栓加压泵相同）、扬程H = 195 m；备用泵流量Q = 30 L / s、扬程H = 195 m。

转输水泵供水系统如图1所示，系统设有多功能控制阀、持压泄压阀及水锤消除器等。

（作者勘误：图1中红色框线部分接线有误，更正为蓝色框线部分，特表歉意。）

从转输水泵的配置方案可知，采用转输水泵与高区喷淋加压泵、消火栓加压泵一一对应的直接连锁启动方式最为简单可靠。

高区消防水泵控制箱简化电路如图2和图3所示。

为便于分析，图中只保留与本文相关部分，完整的控制电路详国标图集16D303 - 3《常用水泵控制电路》。图2、图3中1KA01、1KA02和2KA01、2KA02是受消防中心手动控制的中间继电器，用于远程手动启停高区喷淋泵和消火栓泵；高区喷淋和消火栓泵接触器1QAC01、1QAC02和2QAC01、2QAC02的辅助触点分别引至转输水泵控制柜，用于连锁启动对应的转输水泵。

转输泵与高位消防水泵属直接连锁控制关系，即无论高区消防水泵是自动启泵还是由消防控制室控制柜的专用线路手动启泵方式，均采用它们接触器的辅助触点以专用线路方式启动对应的转输水泵。

转输水泵主电路如图4所示。

1号主泵受高区喷淋泵直接连锁控制启动；2号主泵受高区消火栓泵直接连锁控制启动；3号泵为备用泵。当任何一台主泵启动不成功或运行过程中停机时备用泵自动启动。1号泵和3号泵采用星 - 三角降压启动、三角 - 星降压停止。

1号转输泵控制电路如图5所示：1号转输泵受高区喷淋泵直接连锁控制启动，当高区喷淋泵启动时，即1QAC1或1QAC2接通，连锁启动1号转输水泵；当1号泵过负载故障时，热继电器1BB动作，1号泵停泵，就地故障指示灯亮并向消防中心发出信号。图5还设置了电压监测环节，当主回路和控制回路发生短路或其它类型的故障导致失去电源时，就地故障指示灯亮并向消防中心发出故障信号。

2号转输泵控制电路如图6所示：2号转输泵受高区消火栓泵直接连锁控制，当高区消火栓泵启动时，连锁启动2号转输泵。其它故障保护与图5相同。

备用泵控制电路如图7所示：1号、2号泵与高区消防水泵属连锁关系，只要高区消防水泵启动，对应的转输泵必须启动，如高区喷淋泵启动，接触器辅助触点1QAC01或1QAC02接通，时间继电器3KF1得电，其瞬动触点启动1号泵；若1号泵在启动和运行过程中发生任何形式的故障，图中设于55列的接触器辅助触点1QAC2则处于闭合状态，经过延时备用泵启动（如图中63列所示），时间继电器3KF1的延时时间应躲过高区消防水泵的备用自投时间。2号转输泵故障时备用泵的启动过程与1号泵相同。

备用泵发生过负载故障时，就地故障信号灯亮并向消防中心发信号但不停机（如图第67和73列所示）。备用泵若启动不成功，则由消防中心控制柜设置专用线路远程手动启动。转输水泵控制柜未设远程停泵和自动停泵控制，在就地控制柜设启停控制按钮，停泵操作须经有权限的工作人员根据火灾扑救情况确定。

2号泵的流量为20 L / s，备用泵为30 L / s，当2号泵故障备用泵启动运行时，水量可能会“供大于求”，当高位消防转输水箱液位达到高限位时，液位控制阀关闭，转输水泵为零流量状态，管网的压力将上升，按设计要求其压力不超过工作压力的1.4倍，管网是安全的。此外为抑制管网压力升高，在水泵出口处设一根旁通管接至水池，旁通管上设有持压泄压阀，当管网压力超过设定值时，泄压阀打开泄压，以维持管网压力在安全范围内。

> > > > 降低停泵水锤对管网的水力冲击影响

停泵水锤是指水泵突然断电停泵，在水泵及管路系统中，因流速突然变化引起一系列急剧压力交替升降的水力冲击现象，对泵房和管路带来极大威胁。笔者单位之前设计的个别超高层项目，尽管采取了常规防水锤措施，但仍有个别消防水管在平时维护性试运行中遭受水锤影响。

压力管道中的水锤现象是难以避免的，应尽量同时采取几种措施进行防护，因此本项目设计中除采取常规技术措施对水锤进行防护外，对容量较大且采用了星 - 三角降压启动的水泵，停泵先从三角形接法转为星形接法，分步降压，待转矩降低后再断开电源停泵，由此可降低因突然断电停泵带来的水锤冲击影响。

如图5所示，按下停泵按钮1SS，1KF1得电并保持，同时断开电动机正常的三角形运行回路，电动机转到星形运行方式，经过延时停泵，如图5第6、7、11和8列所示。图7也相同。

> > > > 控制电路由控制变压器提供220 V控制电源

在通常的水泵控制电路中，控制电路所需的220 V控制电源均由主电源直接提供，这种做法不仅造价高（如需要由低压配电出线处提供专用的N线，以及与此有关的双电源切换开关必须采用四级），而且可靠性低。GB 50055 - 2011《通用用电设备配电设计规范》第2.5.2条的条文解释要求：“为提高控制回路的可靠性，可在控制回路中装设隔离变压器。二次侧采用不接地系统，不仅可避免电动机意外启动或不能停车，而且任何一点接地时电动机能继续坚持工作”。

GB / T 5226.1 - 2019 / IEC 60204 - 1：2016《机械电气安全 机械电气设备 第1部分：通用技术条件》第9.1.1条规定：“控制电路由交流电源供电时，应使用有独立绕组的变压器将交流电源与控制电路隔离”，该标准第9.1.2条对50 Hz控制电路电压要求不宜超过230 V。

本案例的设计完全满足上述两标准对控制电路可靠性的要求。

> > > > 简化控制电路

GB 50055 - 2011第2.5.2条规定：“控制回路的电源及接线方式应安全可靠、简单适用 ……”，对于消防等重要设备的控制电路尤其如此。本设计与通常的控制电路相比，进行了简化。

在通常的两台和多台消防水泵的控制电路中，基本都采用日常水泵的设计方式，设有如图8所示的转换开关。

每台泵的功能可以相互转换，如此设计的目的是让每台水泵的使用概率接近，从而达到延长使用寿命的目的。限于篇幅，本文未将设有转换开关的全部电路示出，其实其控制电路是很复杂的，这种控制电路适用于日常水泵的控制电路，但完全不适用于消防水泵和其它消防设备的控制电路。因为消防设备在其生命周期内使用的次数是非常有限的，完全没有必要让每台设备的使用概率接近，如何简单可靠才是关注的重点。

本设计主用泵和备用泵功能固定，不能且没有必要像日常水泵那样，各泵的功能相互转换，如此一来，控制电路就得到大幅简化，同时返回到火灾自动报警系统的信号也大大减少。

本设计还有其它一些简化电路方法，不再一一赘述。

> > > > 监控主电路和控制电路完整性

本设计设置了监控主电路和控制电路完整性的环节，任何时候，当主电路和控制电路发生故障，就地和向消防中心发出故障信号，如图5第4、5和18列所示，图6和图7亦相同。