浅谈消防设备电源监控系统在高层建筑中的应用

摘要：火灾发生后，非消防电源被切断，火灾报警系统应立即接通消防电源，满足消防设施 处于良好运行状态，对消防设备电源状态的监控是十分必要的。介绍消防设备电源的重要性 和三种类型，分析消防设备电源监控系统的工作原理，提出使用消防设备电源监控系统的必要性。
关键词:消防设备；消防电源；远程监控系统；
0、引言
     随着城市经济的快速发展，高层建筑越建越高，地下空间开发规模越来越大，火灾防控 日趋复杂，城市火灾也越发高发，导致造成国家财产及人员的巨大损失。2012年，厦门市一幢28层综合楼建筑发生火灾，该综合楼设有二路1OkV市电及一台800kw柴油发电机，火灾探测器报警后，二路市电均被切断，柴油发电机因长期闲置维护保养不到位，导致火灾发 生时消防设备电源不能正常工作，消防水泵无法启动，排烟风机及送风机无法正常运行，靠消防人员历时5h才扑灭火灾，直接经济损失上亿元，损失很惨重。2002年，北京某网吧发生特大火灾，由于网吧消防疏散指示标志和应急照明灯无法正常工作，火灾现场能见度很低 ，加上火灾产生的大量浓烟充满整个室内空间，给现场被困人员的逃生造成一定的难度，
也给消防人员实施灭火救人增加难度，这起火灾造成25人死亡，12人受伤的严重后果。惨 痛的教训说明，在火灾发生时，消防设备电源的可靠性很重要，消防设备电源能正常工作就可以挽救很多人的生命和财产损失。
     近几年来，发生火灾后各类消防设备不能正常运转的火灾案例屡见不鲜，尤其是公安机 关在平常的消防监督检查中发现，建筑消防设备存在隐患形同虚设的情况随处可见。事实证 明，消防设备能否发挥应有的作用，关系到初期火灾能否及时成功扑救 ，而消防电源的可靠与否关系到消防设备能否正常工作的一个根本性问题。为了保证消防设备电源长期处于完好无损的工作状态，有必要在建筑工程上设置消防设备电源监控系统。
1、消防设备电源的重要性和类型
     消防设备是保障建筑物消防安全的重要消防设施，而消防设备能否正常工作又取决于供 电电源的可靠性。消防设施在火灾情况下能否正常发挥作用，一方面取决于消防设施日常的维护保养，另一方面取决于消防设备电源自身的可靠性。如果消防设备电源不工作，消防水
402泵无法启动，致使火场缺水，火灾不能得到扑救；防火分隔设施如防火卷帘不能下降，常开防火门无法关闭，势必造成火灾蔓延；排烟风机无法排烟，送风机无法送风导致防烟楼梯间不能防烟，消防电梯不能运行，疏散指示标志灯和应急照明灯无法点亮造成人员疏散困难，从而导致严重的灾难性后果。一幢建筑消防设施的投入资金大概为总投入资金的30，比例相当大，如果建筑消防设施维护保养不到位，在火灾中不能发挥应有的作用，或者是消防设备电源出了问题没有及时发现，致使消防设备无法正常工作，会造成很大的浪费，后果不堪设想。
1．1消防设备电源的类型
     消防设备电源主要有3种类型：消防专用供电线路、自备柴油发电机组、EPS备用电源，EPS备用电源可分为直流输出EPS和交流输出EPS两种。消防专用供电线路由二路市电组成，由于二路市电大部分都是由同一个开闭所或者同一个变电站引过来，一旦区域发生停电或者断电的情况下，火灾时不能保证消防供电，所以不能作为可靠的备用电源来考虑。柴油发电机组作为应急备用电源，虽然存在占地比较大、启动时间比较长、易发生故障等缺陷，但维护比较简单，投资成本较低，应用历史比较长，不少单位都在使用。
     直流EPS由于应急时只能输出直流电源，采购消防设备时需选用交直流两用设备，在使用时不方便。交流EPS由于内部具有直流逆变电路，可以把直流电转换为交流电，应急时可以输出交流电源，不用改变消防设备的供电形式，因此使用广泛。根据笔者的调研，目前消防设备的备用电源很大一部分采用EPS应急电源。当建筑发生火灾，市电断电或被切掉后，通过双电源末端切换箱切换到EPS应急电源，从而为建筑消防设备和设施的正常供电提供了重要保障。EPS应急电源一般由主电源和应急电源两部分组成。主电源一般来自城市一路高压配电，正常状态时消防设备由主电源供电，当主电源因为故障或火灾而停电时，备用电源应及时投入运行，确保各种消防设备能够继续有效运行。
1．2 EPS备用电源的组成
     EPS备用电源由电池组、逆变器、控制电路、充电电路和主备电转换开关等组成，见图1所示。当主电电源交流220V正常供电时，控制电路使充电电路为电池组充电，主备电转换开关使交流220V直接输出，为消防设备提供电源；当发生火灾时，主电电源断开，此时没有交流220V输入，控制电路使逆变器工作，同时使主备电转换开关转到备电处，备电开始输出交流220V，为消防设备提供可靠的工作电源，其转换时间为毫秒级，实现了“无缝转换”。

     从EPS的组成可以看出，除了充电电路、控制电路和逆变电路外，关键部分就是电池组，因为电池组不同于电子电路，它是把电能转换为化学能储存起来，一旦需要就把化学能转换为电能输出。电池组存在两个缺陷：一是电池组的寿命较短，一般正常使用维护保养好的也只能坚持3～4a；二是电池组由多个电池组成，一旦其中一个电池损坏，就会影响整个电池组的功能。当电池组中间有一个性能较差的电池时，充电量只能以这个较差的电池为准，这就使整个电池组的存储电能的水平大大下降，结果造成EPS应急的时间大大缩短，甚至不能起到应急电源的作用。除电池组外，包括充电电路在内的其他几个电路都可能产生故障，影响到EPS的正常工作。如何实时监测EPS完好性，是否能在主电源故障或突然断电的情况下，及时有效地进入工作状态为消防设备提供电源是个重要的问题。
1．3柴油发电机
     柴油发电机也是一种常用的消防设备应急电源装置，是由控制和充电电路、电池组、启动马达、柴油发动机、发电机和稳压装置组成，见图2所示。

     当交流220V主电源正常供电时，充电及控制电路为电池组充电，主备电转换开关触点接在上端，220V交流直接输出；当220V主电断电时，控制电路使电池组接通启动马达，启动马达带动柴油发动机转动使其运行，同时柴油发动机同轴的电动机开始发电，经过稳压装置接入主备电开关触点下端，控制电路使主备电开关输出接到稳压输出端，此时由发电机供电，完成应急电源的工作。以上所述由主电到备电转换的过程中，由发动机启动开始到稳定地工作，大约需要十几秒钟的时间，因此这种主备电的转换是有一个短暂的时间过程，这一点和EPS相比，是个缺陷。
     由图2可见，在柴油发电机组工作过程中，和EPS一样的是，电池组的故障和寿命是影响柴油发电机组正常工作的一个重要因素，其次是启动马达、柴油发动机、发电机、控制电路和稳压电路正常与否，*后一个是要保证有足够的燃油。
     综上所述，EPS和柴油发电机是建筑项目中经常选用作为应急电源的，为了保证这些应急电源实时处于正常的工作状态，就要对其进行不间断的监测和测试，以便及时发现问题，快速进行处理，确保完好有效。对消防电源进行经常性的维护保养是保证消防设备在紧急状态下能够正常工作的根本，但从日常消防安全检查情况来看，情况不容乐观，因为消防设备从建设开始，有的几年甚至几十年都未发生火灾，社会单位渐渐的会产生麻痹思想和侥幸心理，往往忽略这些设备的日常维护，因此消防设备电源监控系统的作用就显得更加重要，它可以把所有消防设备的电源都进行24h不间断的监测及监控，必要时发出报警信息，提醒人们及时进行设备的维护。
2消防设备电源监控系统的工作原理
2．1对主电电源的监测和监控
     根据GB25506—2010《消防控制室通用技术要求》中5．7的要求，消防电源监控器应符合下列要求：应能显示消防用电设备的供电电源和备用电源的工作状态和故障报警信息；应能将消防用电设备的供电电源和备用电源的工作状态和欠压报警信息传输给消防控制室图形显示器。在一般情况下，消防设备电源由市电提供，为了保证消防设备的正常工作，规范要求消防设备电源应安装消防电源监控系统，并作为强制性条文提出。当主电源欠压达到或低于额定电压的85时，备用电源应该启动，防止消防设备因为欠压而不能正常工作。
2．2对电池组的检测
     EPS中重要的组成部分就是电池组，平时对电池组实现较佳充电、保养、维护和监控，以确保电池组在应急情况下能够处于满容量状态是保障EPS应急备用电源可靠工作的关键。目前，在我国消防电源中大量使用的交流EPS，对于电池组的充电常采用串联集中式充电方式，即由一个集中式充电装置实现对串联电池组充电，如图3所示。
     这种充电方式的优点是充电设备简单、造价低。但由于每个单独的电池可能其内阻不同，造成各个电池的电压不同，在充电时会造成对电池组充电不均衡，容易出现一部分电池过充电而另一部分电池欠充电(即充电不足的情况)，而整个电池组的容量是以蓄电池组内容量较小的电池为基准的，长时间工作，就会导致电池组充电容量不足、电池损坏等现象发生，大大缩短电池组的寿命。在日常的监控中，要针对电池组中的每个电池进行监控，测量其充放电时的端电压，及时发现问题，以便更换有安全隐患的电池，保证备电电源的正常运行。

2．3对应急电源的短时启动试验
     以上对电池组的监测只能保证对电池组的工作状态的检查，但对整个应急电源的状态还不能有一个完整的评价。为此，消防电源监控系统要对应急电源进行定期的运行检查，对电池的放电性能进行试验，每3个月进行一次自动的应急试验，应急时间设计持续90min，电池组应该在此期间的技术指标稳定在正常的范围内，检查时监控设备自动把主电短时间断开，观察备电电源应急供电的情况，检查内容包括：电池组短时间电压下降速率、逆变器温升、电流输出变化等内容，应急供电结束后，打印出测试结果作为保留分析之用。这种主动监测的方法可以及时发现潜在的电池组及相关电路的隐患，进一步提高了消防电源的可靠性和实用性。
     针对柴油发电机组也可采取相应短时间启动检查，以便确定柴油发电机组是否处于正常的常备工作状态。
     对于以上测试，监控系统应作记录，保存在检查记录中，以备以后的查询。
3、使用消防设备电源监控系统的必要性
     由于建筑中消防设备电源的现实情况，即发生火灾是偶然的，一幢建筑几年甚至几十年没有发生过火灾，因此人们容易产生麻痹思想，容易忽视消防设备电源的重要性，即使消防设备电源发生了故障也很难被发现，一旦需要启动消防应急电源时，就会发生不能启动的严重问题。为了确保建筑物内的消防用电负荷和重要用电负荷处于正常使用状态，保证24h不间断供电，确实使消防设备长期处在应急状态，保障整幢建筑的消防安全，安装消防设备电源监控系统是必要的。根据GB 28184—2011《消防设备电源监控系统》的要求，采用电压、电流、温度等多种信号传感器，对监测的消防设备电源进行24h的实时自动巡检、监测，从而判断消防设备电源是否有中断供电、过压、欠压、过流、缺相等故障，同时进行声光报警。消防控制室应能集中显示消防设备电源的工作状态，一旦消防设备电源故障报警，能够实时监控，及时检查处理，有效排除故障，确保消防设备电源正常工作，较大限度地保障消防设备的可靠运行。
     基于以上考虑，针对各类消防设备电源的特点，消防设备电源监控系统在现代建筑物中的设计、安装及使用，可显著提高消防设备的可靠性、稳定性及备战能力，让消防设备做到真正意义上的“预防为主、防消结合”。采用消防设备电源监控系统可实现有效降低消防设备供电电源的故障发生率，确保消防设备的正常工作，对有效保障人民生命和国家财产安全产生意义深远的积极作用。
4、消防设备电源监控系统
4.1概述
     AFPM系列消防设备电源监控系统能够对消防设备的电源进行实时监控，通过检测消防设备电源的电压、电流、开关状态等有关设备电源信息，从而判断电源设备是否有断路、短路、过压、欠压、缺相、错相以及过流（过载）等故障信息并实时报警、记录的监控系统。此系统具有可靠性、实时性并具有数字化、智能化、网络化、自动化和连续监控的特性。实时反映出被监控设备电源的状况，并集中显示，从而可以有效避免在火灾发生时，消防设备由于电源故障而无法正常工作的危急情况，保障消防联动系统的可靠性。
     AFPM消防设备电源监控系统采用集中供电方式，通过监控器给现场传感器提供DC24V安全电压，有效保证系统的稳定性和安全性。可广泛应用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
     AFPM消防设备电源监控系统由消防设备电源状态监控器（区域分机）、传感器、中继器、系统主机和配套附件组成。
4.2应用场合
     适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
4.3系统结构

4.4 系统功能
4.4.1 壁挂式：AFPM100/B1消防设备电源监控设备

4.4.2 壁挂式：AFPM100/B消防设备电源监控设备

4.4.3 软件画面

4.5选型方案
4.5.1消防设备电源监控主机

4.5.2 消防设备电源监控模块


【参考文献】
[1]张梅红.陈立民.消防设备电源监控系统在建筑工程中的应用
[2]刘咏梅.浅析高层建筑消防供电存在的问题及对策[J].消防科学与技术，2003，22（3）：232-233.
[3]安科瑞消防应急照明和疏散指示系统/防火门监控系统/消防设备电源监控系统/电
气火灾监控系统选型手册. 2022.05版
作者简介：王蒙蒙，本科，安科瑞电气股份有限公司