淺談消防設備電源監控系統在高層建筑中的應用

發布時間： 2022-11-29　　點擊次數： 766次

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

火災發生后，非消防電源被切斷，火災報警系統應立即接通消防電源，滿足消防設施處于良好運行狀態，對消防設備電源狀態的監控是十分必要的。介紹消防設備電源的重要性和三種類型，分析消防設備電源監控系統的工作原理，提出使用消防設備電源監控系統的必要性。

0、引言

隨著城市經濟的快速發展，高層建筑越建越高，地下空間開發規模越來越大，火災防控日趨復雜，城市火災也越發高發，導致造成國家財產及人員的巨大損失。2012年，廈門市一幢28層綜合樓建筑發生火災，該綜合樓設有二路1OkV市電及一臺800kw柴油發電機，火災探測器報警后，二路市電均被切斷，柴油發電機因長期閑置維護保養不到位，導致火災發生時消防設備電源不能正常工作，消防水泵無法啟動，排煙風機及送風機無法正常運行，靠消防人員歷時5h才撲滅火災，直接經濟損失上億元，損失很慘重。2002年，北京某網吧發生特大火災，由于網吧消防疏散指示標志和應急照明燈無法正常工作，火災現場能見度很低，加上火災產生的大量濃煙充滿整個室內空間，給現場被困人員的逃生造成一定的難度，

也給消防人員實施滅火救人增加難度，這起火災造成25人死亡，12人受傷的嚴重后果。慘痛的教訓說明，在火災發生時，消防設備電源的可靠性很重要，消防設備電源能正常工作就可以挽救很多人的生命和財產損失。

近幾年來，發生火災后各類消防設備不能正常運轉的火災案例屢見不鮮，尤其是公安機關在平常的消防監督檢查中發現，建筑消防設備存在隱患形同虛設的情況隨處可見。事實證明，消防設備能否發揮應有的作用，關系到初期火災能否及時成功撲救，而消防電源的可靠與否關系到消防設備能否正常工作的一個根本性問題。為了保證消防設備電源長期處于完好無損的工作狀態，有必要在建筑工程上設置消防設備電源監控系統。

1、消防設備電源的重要性和類型

消防設備是保障建筑物消防安全的重要消防設施，而消防設備能否正常工作又取決于供電電源的可靠性。消防設施在火災情況下能否正常發揮作用，一方面取決于消防設施日常的維護保養，另一方面取決于消防設備電源自身的可靠性。如果消防設備電源不工作，消防水

402泵無法啟動，致使火場缺水，火災不能得到撲救；防火分隔設施如防火卷簾不能下降，常開防火門無法關閉，勢必造成火災蔓延；排煙風機無法排煙，送風機無法送風導致防煙樓梯間不能防煙，消防電梯不能運行，疏散指示標志燈和應急照明燈無法點亮造成人員疏散困難，從而導致嚴重的災難性后果。一幢建筑消防設施的投入資金大概為總投入資金的30，比例相當大，如果建筑消防設施維護保養不到位，在火災中不能發揮應有的作用，或者是消防設備電源出了問題沒有及時發現，致使消防設備無法正常工作，會造成很大的浪費，后果不堪設想。

1．1消防設備電源的類型

消防設備電源主要有3種類型：消防專用供電線路、自備柴油發電機組、EPS備用電源，EPS備用電源可分為直流輸出EPS和交流輸出EPS兩種。消防專用供電線路由二路市電組成，由于二路市電大部分都是由同一個開閉所或者同一個變電站引過來，一旦區域發生停電或者斷電的情況下，火災時不能保證消防供電，所以不能作為可靠的備用電源來考慮。柴油發電機組作為應急備用電源，雖然存在占地比較大、啟動時間比較長、易發生故障等缺陷，但維護比較簡單，投資成本較低，應用歷史比較長，不少單位都在使用。

直流EPS由于應急時只能輸出直流電源，采購消防設備時需選用交直流兩用設備，在使用時不方便。交流EPS由于內部具有直流逆變電路，可以把直流電轉換為交流電，應急時可以輸出交流電源，不用改變消防設備的供電形式，因此使用廣泛。根據筆者的調研，目前消防設備的備用電源很大一部分采用EPS應急電源。當建筑發生火災，市電斷電或被切掉后，通過雙電源末端切換箱切換到EPS應急電源，從而為建筑消防設備和設施的正常供電提供了重要保障。EPS應急電源一般由主電源和應急電源兩部分組成。主電源一般來自城市一路高壓配電，正常狀態時消防設備由主電源供電，當主電源因為故障或火災而停電時，備用電源應及時投入運行，確保各種消防設備能夠繼續有效運行。

1．2 EPS備用電源的組成

EPS備用電源由電池組、逆變器、控制電路、充電電路和主備電轉換開關等組成，見圖1所示。當主電電源交流220V正常供電時，控制電路使充電電路為電池組充電，主備電轉換開關使交流220V直接輸出，為消防設備提供電源；當發生火災時，主電電源斷開，此時沒有交流220V輸入，控制電路使逆變器工作，同時使主備電轉換開關轉到備電處，備電開始輸出交流220V，為消防設備提供可靠的工作電源，其轉換時間為毫秒級，實現了“無縫轉換"。

從EPS的組成可以看出，除了充電電路、控制電路和逆變電路外，關鍵部分就是電池組，因為電池組不同于電子電路，它是把電能轉換為化學能儲存起來，一旦需要就把化學能轉換為電能輸出。電池組存在兩個缺陷：一是電池組的壽命較短，一般正常使用維護保養好的也只能堅持3～4a；二是電池組由多個電池組成，一旦其中一個電池損壞，就會影響整個電池組的功能。當電池組中間有一個性能較差的電池時，充電量只能以這個較差的電池為準，這就使整個電池組的存儲電能的水平大大下降，結果造成EPS應急的時間大大縮短，甚至不能起到應急電源的作用。除電池組外，包括充電電路在內的其他幾個電路都可能產生故障，影響到EPS的正常工作。如何實時監測EPS完好性，是否能在主電源故障或突然斷電的情況下，及時有效地進入工作狀態為消防設備提供電源是個重要的問題。

1．3柴油發電機

柴油發電機也是一種常用的消防設備應急電源裝置，是由控制和充電電路、電池組、啟動馬達、柴油發動機、發電機和穩壓裝置組成，見圖2所示。

當交流220V主電源正常供電時，充電及控制電路為電池組充電，主備電轉換開關觸點接在上端，220V交流直接輸出；當220V主電斷電時，控制電路使電池組接通啟動馬達，啟動馬達帶動柴油發動機轉動使其運行，同時柴油發動機同軸的電動機開始發電，經過穩壓裝置接入主備電開關觸點下端，控制電路使主備電開關輸出接到穩壓輸出端，此時由發電機供電，完成應急電源的工作。以上所述由主電到備電轉換的過程中，由發動機啟動開始到穩定地工作，大約需要十幾秒鐘的時間，因此這種主備電的轉換是有一個短暫的時間過程，這一點和EPS相比，是個缺陷。

由圖2可見，在柴油發電機組工作過程中，和EPS一樣的是，電池組的故障和壽命是影響柴油發電機組正常工作的一個重要因素，其次是啟動馬達、柴油發動機、發電機、控制電路和穩壓電路正常與否，最后一個是要保證有足夠的燃油。

綜上所述，EPS和柴油發電機是建筑項目中經常選用作為應急電源的，為了保證這些應急電源實時處于正常的工作狀態，就要對其進行不間斷的監測和測試，以便及時發現問題，快速進行處理，確保完好有效。對消防電源進行經常性的維護保養是保證消防設備在緊急狀態下能夠正常工作的根本，但從日常消防安全檢查情況來看，情況不容樂觀，因為消防設備從建設開始，有的幾年甚至幾十年都未發生火災，社會單位漸漸的會產生麻痹思想和僥幸心理，往往忽略這些設備的日常維護，因此消防設備電源監控系統的作用就顯得更加重要，它可以把所有消防設備的電源都進行24h不間斷的監測及監控，必要時發出報警信息，提醒人們及時進行設備的維護。

2消防設備電源監控系統的工作原理

2．1對主電電源的監測和監控

根據GB25506—2010《消防控制室通用技術要求》中5．7的要求，消防電源監控器應符合下列要求：應能顯示消防用電設備的供電電源和備用電源的工作狀態和故障報警信息；應能將消防用電設備的供電電源和備用電源的工作狀態和欠壓報警信息傳輸給消防控制室圖形顯示器。在一般情況下，消防設備電源由市電提供，為了保證消防設備的正常工作，規范要求消防設備電源應安裝消防電源監控系統，并作為強制性條文提出。當主電源欠壓達到或低于額定電壓的85時，備用電源應該啟動，防止消防設備因為欠壓而不能正常工作。

2．2對電池組的檢測

EPS中重要的組成部分就是電池組，平時對電池組實現較佳充電、保養、維護和監控，以確保電池組在應急情況下能夠處于滿容量狀態是保障EPS應急備用電源可靠工作的關鍵。目前，在我國消防電源中大量使用的交流EPS，對于電池組的充電常采用串聯集中式充電方式，即由一個集中式充電裝置實現對串聯電池組充電，如圖3所示。

這種充電方式的優點是充電設備簡單、造價低。但由于每個單獨的電池可能其內阻不同，造成各個電池的電壓不同，在充電時會造成對電池組充電不均衡，容易出現一部分電池過充電而另一部分電池欠充電(即充電不足的情況)，而整個電池組的容量是以蓄電池組內容量較小的電池為基準的，長時間工作，就會導致電池組充電容量不足、電池損壞等現象發生，大大縮短電池組的壽命。在日常的監控中，要針對電池組中的每個電池進行監控，測量其充放電時的端電壓，及時發現問題，以便更換有安全隱患的電池，保證備電電源的正常運行。

2．3對應急電源的短時啟動試驗

以上對電池組的監測只能保證對電池組的工作狀態的檢查，但對整個應急電源的狀態還不能有一個完整的評價。為此，消防電源監控系統要對應急電源進行定期的運行檢查，對電池的放電性能進行試驗，每3個月進行一次自動的應急試驗，應急時間設計持續90min，電池組應該在此期間的技術指標穩定在正常的范圍內，檢查時監控設備自動把主電短時間斷開，觀察備電電源應急供電的情況，檢查內容包括：電池組短時間電壓下降速率、逆變器溫升、電流輸出變化等內容，應急供電結束后，打印出測試結果作為保留分析之用。這種主動監測的方法可以及時發現潛在的電池組及相關電路的隱患，進一步提高了消防電源的可靠性和實用性。

針對柴油發電機組也可采取相應短時間啟動檢查，以便確定柴油發電機組是否處于正常的常備工作狀態。

對于以上測試，監控系統應作記錄，保存在檢查記錄中，以備以后的查詢。

3、使用消防設備電源監控系統的必要性

由于建筑中消防設備電源的現實情況，即發生火災是偶然的，一幢建筑幾年甚至幾十年沒有發生過火災，因此人們容易產生麻痹思想，容易忽視消防設備電源的重要性，即使消防設備電源發生了故障也很難被發現，一旦需要啟動消防應急電源時，就會發生不能啟動的嚴重問題。為了確保建筑物內的消防用電負荷和重要用電負荷處于正常使用狀態，保證24h不間斷供電，確實使消防設備長期處在應急狀態，保障整幢建筑的消防安全，安裝消防設備電源監控系統是必要的。根據GB 28184—2011《消防設備電源監控系統》的要求，采用電壓、電流、溫度等多種信號傳感器，對監測的消防設備電源進行24h的實時自動巡檢、監測，從而判斷消防設備電源是否有中斷供電、過壓、欠壓、過流、缺相等故障，同時進行聲光報警。消防控制室應能集中顯示消防設備電源的工作狀態，一旦消防設備電源故障報警，能夠實時監控，及時檢查處理，有效排除故障，確保消防設備電源正常工作，較大限度地保障消防設備的可靠運行。

基于以上考慮，針對各類消防設備電源的特點，消防設備電源監控系統在現代建筑物中的設計、安裝及使用，可顯著提高消防設備的可靠性、穩定性及備戰能力，讓消防設備做到真正意義上的“預防為主、防消結合"。采用消防設備電源監控系統可實現有效降低消防設備供電電源的故障發生率，確保消防設備的正常工作，對有效保障人民生命和國家財產安全產生意義深遠的積極作用。

4、消防設備電源監控系統

4.1概述

AFPM系列消防設備電源監控系統能夠對消防設備的電源進行實時監控，通過檢測消防設備電源的電壓、電流、開關狀態等有關設備電源信息，從而判斷電源設備是否有斷路、短路、過壓、欠壓、缺相、錯相以及過流（過載）等故障信息并實時報警、記錄的監控系統。此系統具有可靠性、實時性并具有數字化、智能化、網絡化、自動化和連續監控的特性。實時反映出被監控設備電源的狀況，并集中顯示，從而可以有效避免在火災發生時，消防設備由于電源故障而無法正常工作的危急情況，保障消防聯動系統的可靠性。

AFPM消防設備電源監控系統采用集中供電方式，通過監控器給現場傳感器提供DC24V安全電壓，有效保證系統的穩定性和安全性。可廣泛應用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

AFPM消防設備電源監控系統由消防設備電源狀態監控器（區域分機）、傳感器、中繼器、系統主機和配套附件組成。

4.2應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

4.3系統結構