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毕业论文消防系统设计
摘要
本文通过对一栋办公楼消防自动报警与联动系统的设计，系统的解释了消防系统的设计原则、依据和具体方案的实施等。
论文共包括四个部分，主要是对办公楼消防系统的供电，消防系统的设计和喷淋泵的设计。
第一部分主要叙述了火灾报警系统的现状与发展前景，并对一般的报警与联动系统做了简单的介绍，最后对本办公楼做了说明。
第二部分主要对消防系统的高压配电系统进行设计，主要介绍了负荷等级，接线方式和供电要求等，并对本系统的主要接线形式作了说明。
第三部分主要是对本系统做了系统的设计和说明，该系统主要是通过海湾的消防产品组成的，在本部分中也对海湾的产品进行了必要的解释和说明，最后对探测器的设计做了系统介绍。
第四部分主要是设计消防设备控制电路，并针对喷淋泵的控制电路的设计做了详细的解释和说明。
在本次设计中主要用到的软件是AutoCAD和配套的天正电气软件，主要绘制的图形是：
高压配电图、末端自动切换系统图，消防系统图，喷淋泵控制电路图和消防平面图。
关键词：
高压配电末端自动切换消防系统喷淋泵控制电路
Abstract
Bythedesignofanofficebuilding'sfireauto-alarmandlinkagesystem,thearticlesystematicallyexplainsthedesignprinciples、basisandtheimplementationofspecificprogramsofthefiresystem.Thepaperaltogetherincludesfourparts,mainlyarethesupplyingpowertotheofficebuilding'firepreventionsystem,thedesignofthefirepreventionsystemandthespraypump.
Thefirstpartmainlyintroducesthepresentsituationandtheprospectsfordevelopmentofthefirealarmsystem,andmakesthesimpleintroductiontothegeneralalarmandlinkagesystem,finallygivestheexplanationtothisofficebuilding.
Thesecondpartmainlycarriesonthedesignofthefiresystem’shighvoltagedistributionsystem,mainlyintroducestheloadrank,thewiringwayandthepowersupplyrequestandsoon,andmakesexplanationtothemainwiringform.
Thethirdpartmainlymakesthedesignandexplanationtothissystemsystematically,thissystemmainlyismadeofthefireproductsofGST,andalsocarriesontheessentialexplanationtotheproductsofGSTinthispart,andfinallymakestheintroductiontothedesignofdetectorsystematically.
Thefourthpartmainlydesignsthecontrollingcircuitoffireequipments,andmakesadetailedexplanationandinstructiontothecontrollingcircuitofspraypump.
ThesoftwaresmainlyusedinthisdesignareAutoCADandthematchingelectricalsoftwareofTElec,andthemaingraphsdreware:
thehigh-voltagepowerdistributiondiagram,theendautomaticallyswitchsystemdiagram,thefiresystemdiagram,thecontrollingcircuitdiagramofspraypumpandthefirehorizontalplan.
Keywords:
high-voltagepowerdistributionendautomaticallyswitchfiresystemthecontrollingcircuitofspraypump
第一章引言
1.1火灾自动报警系统的发展
早在19世纪末，英国最早利用金属受热膨胀的原理制成感温传感器件自动通报火警。
1906年，英国火灾保险公司委员会首次发布了具有规范性质的感温火灾探测器安装技术要求文件。
20世纪30年代，人们利用水印对温度敏感的特性制成了第一个定温火灾探测器。
这一时期被认为是火灾探测报警发展的第一阶段。
但是，这一时期仅仅开发了火灾自动探测报警技术（机械式感温火灾探测器），并未形成完整的火灾自动报警系统。
20世纪40年代末，瑞士西伯乐斯公司发明了离子感烟火灾探测器（电子式感烟火灾探测器），并在此基础上建立了完整的火灾自动探测报警系统。
国际消防界普遍以此作为火灾自动报警与联动系统的新起点。
火灾自动报警与联动系统自问世迄今已有半个多世纪的历史，火灾探测及相关领域取得了令人瞩目的进步。
纵观这一发展历程，火灾自动探测报警与联动系统经历了以下三个阶段：
（一）传统火灾自动报警阶段
这个阶段的特征为：
多线制火灾自动报警系统、探测器编码为非编码开关量型产品。
目前，此类系统主要用于小型工程，系统可靠、造价低。
（二）总线制火灾自动报警系统阶段
这个阶段的特征为：
总线制火灾自动报警系统，如四线制、两线制系统；探测器为编码开关量型产品。
总线制编码信号传输技术普遍应用，使得自动报警系统的工程造价大大降低。
目前，二总线制火灾自动报警系统得到了广泛应用。
（三）智能型火灾自动报警系统阶段
智能型火灾自动报警系统是基于数字信号传输的二总线制系统，探测器为具有独立智能的火灾探测产品。
该系统是由于火灾探测器将所在环境的火灾参数（如烟雾浓度及其变化率、温度及其升温速率等）发送给报警控制器，报警控制器本身就是一个计算机处理中心，计算机接到信号后进行分析处理，并与事先存入计算机的标准变化特性曲线相比较，在确认为火灾后立即发出传统的声光报警。
由于智能型火灾报警系统具备多级智能，因此，具有更高的可靠性和抗误报警能力。
随着信息技术的飞速发展，新一代智能型火灾自动报警系统已经采用了现代多媒体技术，利用语音、文字以及平面、立体图形显示系统各类信息；同时采用先进的网络通信技术将各类信息集成在一起，实现集中管理。
智能型火灾自动报警系统已经不再是单纯功能的报警设备了，它集火灾报警、消防联动与控制于一体，广泛应用于大型的火灾报警工程中[7]。
1.2火灾自动报警及联动控制系统的简单介绍
火灾自动报警及联动控制是一项综合性消防技术，是现代电子工程和计算机技术在消防中的应用，也是消防系统的重要组成部分和新兴技术学科，目前，在实际工程中，火灾自动报警系统有智能型、全总线型以及综合型等，这些系统部分区域报警系统或集中报警系统，就可以实现对整个火灾自动报警系统进行监视。
最常见的火灾自动报警及联动控制的主要内容是：
火灾参数的检测系统，火灾信息的处理与自动报警系统，消防设备联动与协调控制系统，消防系统的计算机管理等，如图1—1所示。
火灾自动报警系统能及时发现火灾、通报火情，并通过自动消防设施，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少火灾的危害。
随着高层现代建筑的兴起，对消防工作提出了越来越高的要求，消防设施和消防技术的现代化，是现代建筑必须设置和具备的[3]。
广播扬声器
消防广播
火灾显示盘
感烟探测器
感温探测器
DC24V
编码底座
开关量信号
AC220V
图1-1消防系统原理图
1.3办公楼情况说明
该办公楼是一座通用型的办公建筑，由于是集体办公场所，人员比较集中，流动量大，在其内部还有各种重要设备、资料、文献等，并且有大型的会议室，所以做好消防工作是保证办公楼及人员安全的必要条件。
该楼共有12层并且带有地下室，地下室主要是各种动力设备，每层的面积大概在2000㎡，根据《高层民用建筑防火设计规范》，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。
第二章办公楼高压配电系统
2.1负荷等级的介绍
2.1.1一级负荷
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡的负荷、或将在政治上，经济上造成重大损失的负荷、或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作的负荷。
供电要求：
一级负荷应由两个电源供电。
两个电源的要求，应符合下列条件之一：
1）两个电源间无联系。
2）两个电源间有联系，但符合下列要求：
（1）发生任何一种故障时，两个电源的任何部分应不致同时受到损坏。
（2）发生任何一种故障且保护装置动用正常时，有一个电源不中断供电，并且在发生任何一种故障且主保护装置失灵以至两电源均中断供电后，应能在有人值班的处所完成各种必要操作，迅速恢复一个电源供电。
对于特别重要的建筑应考虑一电源系统检修或故障时，另一电源又发生故障的严重情况，此时应从电力系统取得第三电源或自备电源，自备发电设备应设有自动启动装置，并能在30s内供电[2]。
2.1.2二级负荷
二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷、或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷。
供电要求：
二级负荷应尽量做到当发生电力变压器故障或电力线路常见故障时不致断供电（或中断后能迅速恢复）。
因此当地区供电条件允许且投资不高时，二级负荷宜由两个电源供电。
在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由6Kv及以上专用架空线供电。
如采用电缆时，应敷设备用电缆并经常处于运行状态。
二类高层民用建筑有自备发电设备时，当采用自动启动有困难时，可采用手动启动装置[2]。
2.1.3三级负荷
不属于一、二级负荷者为三级负荷。
供电要求：
应设有两台变压器，一用一备。
电力负荷按重要程度分级的目的，在于正确反映电力负荷对供电可靠性的要求，根据国家电力供应的实际情况，恰当地选择供电方案和运行方式，满足社会的需要。
这里必须指出：
负荷分级只是相对的，同当时当地电力供应的情况密切相关，而且要从全局出发，考虑到政治的影响[2]。
2.2接线方式的介绍
母线，实质上是主结线电路中接受和分配电能的一个电气联结点，形式上它将一个电气联结点延展成了一条线，以便于多个进出线回路的联结。
单母线结线是中、低压供配电系统中最常用的一种主接线形式。
单母线结线又可分为单母线不分段结线、单母线分段结线、单母线带旁路结线等。
（1）单母线不分段结线
优点：
简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便。
缺点：
可靠性、灵活性差。
任一回路的断路器检修，该回路停电。
母线或任一母线隔离开关检修，全部停电。
母线故障，全部停电。
适用范围：
6~10KV配电装置，出线回路数不超过5回。
35~63KV，出线回路数不超过3回。
110~220KV配电装置，出线回路数不超过2回。
（2）单母线分段结线
优点：
两母线可并列运行，也可分裂运行；重要用户可以用双回路接于不同母线段，保证不间断供电；任一段母线或母线隔离开关检修，只停该段，其他段可继续供电，减小停电范围。
缺点：
增加了分段设备的投资和占地面积；某段母线故障或检修时仍有停电问题。
适用范围：
6~10KV配电装置，出线回路数为6回及以上时；35~63KV配电装置，出线回路数为4~8回时；110~220KV配电装置，出线回路数为3~4回时。
（3）单母线带旁路母线结线
主要优点：
检修任一接入旁路的进、出线的断路器时，使该回路不停电。
主要缺点：
增加了很多旁路设备，增加了投资和占地面积，接线较复杂[2]。
火灾消防系统对供电的要求：
火灾消防系统是消防用电设备，系统的供电负荷等级在满足“建筑规范”、“高层建筑规范”等有关规定的前提下，应处于该工程供电系统中最高供电等级负荷，并应形成独立的消防供电系统，且保证供电的可靠性。
火灾自动报警系统的主电源应采用消防电源，直流备用电源宜采用火灾报警控制器专用蓄电池。
当直流电源采用消防系统集中设置的蓄电池时，火灾报警控制器应采用单独的供电回路，并应保证在消防系统处于最大负荷状态下不影响报警控制器的正常工作。
消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警与自动灭火装置、火灾应急照明和电动防火门、卷帘门等消防用电，一类建筑应按现行规范规定的一级负荷要求供电，二类建筑应按二级负荷的两回路要求供电，消防用电设备的两个电源的两回线路，应在最末级配电箱处自动切换。
对于容量较大或较集中的消防用电设施（如消防电梯、消防水泵等），应自配电室采用放射式供电。
对于应急照明、消防联动控制设备、火灾报警控制器等设施，若采用分散供电时，在各层（或最多不超过3或4层）应设置专用消防配电箱。
火灾自动报警系统主电源的保护开关不应装设剩余电流动作保护开关，以防止造成系统断电而不能正常工作。
消防用电设备的电源末端不应装设过负荷保护电器，若当有备用设备需投切或监测需要而必须装设时，只能作用于信号，不应作用于切断电路。
消防用电设备的电源应采用过电流保护兼作接地故障保护，在三相四线制配电线路中，当过电流保护不能满足切断接地故障回路时间且零序电流保护能满足时，宜采用零序电流保护，此时保护整定值应大于配电线路最大不平衡电流。
当上述保护不能满足要求时，可采用剩余电流保护，但只能作用于报警，不应直接作用于切断电路。
消防用电的自备应急发电设备，应设有自动启动装置，并能在15s内供电，当由市电转换到柴油发电机电源时，自动装置应执行先停后送程序，并应保证一定的时间间隔。
在接到“市电恢复”信号后，也应延时一定时间，再进行自备电源对市电的切换。
消防用电设备的供电要求不能保证时，应采用EPS[1]。
2.3办公楼的负荷分配及接线方式
在本次课题设计中所涉及到的负荷如表2-1所示：
表2-1办公楼介绍
楼层
功能
楼层设备
F12
设备房
客梯（20KW）
消防电梯（20KW）
正压风机（20KW）
F1~F11
办公区
应急照明（估算）
照明、插座（估算）
空调（估算）
消防控制中心（在F1）（20KW）
F-1
设备房
喷淋泵（75KW两台一用一备）
消防泵（55KW两台一用一备）
给水泵（7.5KW两台一用一备）
设备房照明（15KW）
消防送风机（两台，每台4KW）
排烟机（4KW）
根据表2.1中介绍的负荷等级情况可知，在该供电系统中，喷淋泵，消防泵，给水泵，消防送风机，设备房照明，排烟机，消防电梯，正压风机，应急照明都应属于一级负荷中特别重要的负荷，在高压配电图中首先要用单母线分段结线来满足供电需求，再利用一台单独的发电机进行末端互投进行保护，此时能保证在一条进线不能保证正常供电时，另外一条进线可以及时保证供电需求，发生火灾时，两条进线都不能满足特一级的供电要求，这时外加的发电机能够运转，并通过末端户头设备对消防设备进行供电，从而达到消防系统的供电需求。
二普通插座和照明，客梯等应属于二级负荷，利用单母线分段结线来保证负荷的供电需求。
具体的主结线图如图2-1所示。
图2-1消防系统主结线图
2.4喷淋泵处的末端互投
随着科学技术的进步，各行业对供电可靠性的要求越来越高。
很多场合必须采用两路电源来保证供电的可靠性。
过去的两路电源用户，在低压侧采用手动操作的双向隔离开关进行倒闸操作，因此常出现误操作而引起事故。
随着供电可靠性要求的提高，反事故措施的日趋完善，越来越多的先进设备投入应用到供电系统中。
系统如图2-2所示：
图2-2末端切换示意图
2.4.1智能型双电源自动切换开关的简单介绍
在本消防系统中所采用的时全系列智能型双电源自动切换开关。
双电源互投设备：
即双电源切换的供电形式。
一种能在两路电源之间进行可靠切换双电源的装置，不会出现误操作而引起事故的全系列智能化双电源自动切换开关，就是为了满足高可靠性要求。
目前投入使用的专用智能化设备，具有自投自复、自投不自复和电网发电机三种切换功能，对两路供电电源的三相电压有效值及相位进行实时检测，当任一相发生过压、欠压、缺相，能自动从异常电源切换到正常电源，这是一种性能完善、安全可靠、操作方便、智能化程度高、使用范围广泛的双电源控制系统的设备。
全系列智能型双电源自动切换开关的紧急供电系统，可实现当一路电源发生故障时，可以自动完成常用与备用电源间切换，而无需人工操作，以保证重要用户供电的可靠性。
在消防设备的应用非常广泛[1]。
2.4.2智能型双电源自动切换开关的特点
智能型双电源自动切换开关是由两台三极或四极的塑壳断路器及其附件（辅助、报警触头）、机械联锁传动机构、智能控制器等组成。
分为整体式与分体式两种结构。
整体式是控制器和执行机构同装在一个底座上；分体式是控制器装在柜体面板上，执行机构装在底座上，由用户安装在柜体内，控制器与执行机构用约2m长的电缆连接。
其特点是：
两台断路器之间具有可靠的机构联锁装置和电气联锁保护，彻底杜绝了两台断路器同时合闸的可能性；
智能化控制器采用以MOTOROLA单片机为控制核心，硬件简洁，功能强大，扩展方便，可靠性高；
具有短路、过载保护功能，过压、欠压、缺相自动切换功能与智能报警功能；
自动切换参数可在外部自由设定；
具有操作电机智能保护功能；
装置带有消防控制电路，当消防控制中心给一控制信号进入智能控制器，两台断路器都进入分闸状态；
留有计算机联网接口，以备实现遥控、遥调、遥信、遥测等四遥功能。
2.4.3智能型双电源自动切换开关的工作模式
智能型双电源自动切换开关有两种工作模式：
手动工作模式和自动工作模式。
自动工作模式：
智能型双电源自动切换开关在自动模式下控制功能可分为自投自复（R）、自投不自复（S）和电网一发电机（R）三种。
前两种适用于电网-电网的供电系统，后一种适用于电网-发电机系统。
手动工作模式：
手动工作模式有常用电源、备用电源、断电再扣三种工作方式。
手动工作模式下系统将有自动切换功能。
常用电源方式：
强制断开备用电源，接通常用电源。
备用电源方式：
强制断开常用电源，接通备用电源。
断电再扣方式：
即可将两路电源全部断开，也可使因故障脱扣的断路器再合闸。
2.4.4智能型双电源自动切换开关的常用类型
目前用户中已大量使用智能型双电源自动切换开关，对防止误操作、提高供电可靠性起到了一定作用。
目前用户中常用的系列智能型双电源自动切换开关有以下几类。
1）RWQ4系列智能型双电源自动切换开关（PC级）
智能型双电源自动切换开关由开关体和功换控制器两大部分组成。
采用电磁驱动，切换控制器的工作电源，采用主、备用电源的交流220V电源，无需另外的控制电源。
工作模式：
自动工作模式和手动工作模式。
自动工作模式：
自投自复（R）和自投不自复（S）两种。
如果是自投自复方式，无论备用电源的情况如何，开关自动切换到主电源。
如果是自投不自复方式，则当主源故障时，自动切换备用电源；在没有人为干预的条件下，即使主电源恢复正常，开关也不会自动切换到主电源，在自动工作模式中，切换动作的暂存器有延时为80ms以内。
控制器的延时0~30s。
手动工作模式：
一旦启用手动工作模式，开关将无自动切换能力。
用户必须通过控制器上的手动按钮完成电源切换。
切换动作无人为延时。
2）JXQ5系列自动转换开关
JXQ5系列自动转换开关由一个整体塑壳式隔离开关、一个执行机构及一个控制器组成。
适用于两路电源供电系统中。
根据预定条件，实现将一个负载或几个负载在两路电源之间自动转换；同时也适用于紧急供电系统，在转换电源期间中断向负载供电。
自动转换示意图如图2-3所示：
图2-3自动转换示意图
JXQ5系列自动转换开关电器的电器级别是属PC级，使用类别为AC-33B及DC-33B二种，主电路开关有三极和四极二种，动力类型有电磁铁及电动机二种，转换类型有自投自复（电网-电网）、有自投自复（电网-发电机）及自投不自复（电网-电网）三种，控制器类型有普通型和智能型二种，安装类型有整体式和分体式二种;触头位置类型有二位式和三位式二种，壳架电流等级有100A,250A,400A及630A四种。
2.4.5智能型双电源自动切换开关的及其相关器件的选择
在本次设计中，双电源自动切换开关主要是为了保证消防负荷的供电需求，进而在电网电源和发电机电源之间进行切换供电的，是属于电网-发电机供电运行系统的；并且在电网供电发生故障时，发电机能够自动投入运行。
综上，我们可以选择JXQ5系列自动转换开关电器。
自动切换开关到接入喷淋泵处电缆的选择：
系统电压等级为一般民用建筑的电压等级U=380V；
喷淋泵的额定功率为75KW，即P=75KW；
泵类负荷的功率因数一般取0.8，即
则电缆的额定载流量为：
A
导线上断路器的选择：
由于断路器应满足当线路发生故障如过电流时，脱扣器要动作，即脱扣器的额定电流大于线路的负荷计算电流IN>Ic，根据附录二可选择NS-4P-160A/160，其中热脱扣器的额定电流为160A，大于142.438A，满足要求。
由于BV—铜芯聚氯乙烯绝缘电线，长期允许温度65℃，最低温度-15℃，工作电压交流500V，直流1000V，固定敷设于室内、外，可明敷也可暗敷，符合设计中的负荷要求，可根据附录一选择铜芯聚氯乙烯绝缘导线型号，假设室温为25℃，且要满足Ial≥IN，则选择则选70
（4根芯），管径为50
，即型号为ZR-BV-（
）SC50WC+FC，其允许载流量为165A，大于160A，满足要求。
自动切换箱内的断路器和导线都要满足一定的裕度，即导线及断路器选择时要前后级之间相互配合,前一级断路器整定值至少比下一级断路器整定值高一级，可根据附录二和附录三选择，为了满足电流的可靠性，断路器选择的型号为NS-4P-250A/200，电缆选择YJV铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆，型号为ZR-YJV-（4*70），允许载流量为229A，大于200A，满足要求。
接线如图2-4所示：
图2-4末端互投接线图
第三章消防系统及其平面图的设计
3.1常用联动模块及线制的简单介绍
消防联动控制系统中常用的联动模块有编码单输入模块、编码单输入/单输出模块、切换模块、编码双输入/双输出模块、双动作切换模块和多设备驱动模块，等等。
现在以具有代表性的海湾产品的GST-LD-8300系列联动模块产品为例，就其性能特点，及联动控制原理分别做简述。
3.1.1常用模块
（1）GST-LD-8300型模块
利用单输入编码模块，可将现场各种主动型设备如水流指示器，压力开关等接入到消防控制系统的总线上。
水流指示器、压力开关等设备动作后
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