淺談用電單位如何設置合適的自備應急電源

李 強

摘要:為了提高供電的可靠性,很多重要用電單位都設置自備應急電源。目前社會上使用的自備應急電源設備種類繁多,如何選用最合適的自備應急電源是面臨的最大問題。文章闡述了自備應急電源的分類、特點、要求以及選擇的根據,重點分析了柴油發電機組和靜止型UPS不間斷電源設備的選型、特性、使用條件以及使用方法。

關鍵詞:供電可靠性;選擇應急電源;發電機組;UPS不間斷電源

中圖分類號:TU113.64文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)18-0120-02

現在很多用電單位為了保證重要負荷供電的可靠性,一般都要求兩路及以上電源進線,由自備應急電源作為第三電源。對于特別重要的負荷(如銀行、醫院、大型商場、重要賓館、通信樞紐等的業務電腦與管理電腦系統電源),除設置應急發電機組外,還要另設靜止型交流UPS不間斷電源裝置提供第四電源。如何選用最合適的自備應急電源是面臨的最大問題。

1 自備應急電源的分類

①按照電能種類分:交流備用電源和直流備用電源兩種,交流電源又有單相與三相之別。

②按照電源設備種類分:自備柴油發電機組、自備汽油發電機組、靜止型交流不間斷電源裝置(UPS)及直流蓄電池組。其中以自備柴油發電機組應用最為廣泛。

③按照發電機組的起動方式分:普通型、應急自起動型和全自動化型三種。

2對自備應急電源的一般要求

2.1安全

自備應急電源的種類選擇、安裝地點及方式、與市電網的匹配等均要滿足有關規范、規定的安全要求。自備應急電源與市電網、應急電源與工作電源之間必須采取可靠切換裝置防止并列運行,并應設置防止誤并網的可靠聯鎖裝置。

2.2可靠

可靠性要求應急電源如發電機組等設備能按要求迅速起動及正常帶負荷運行。

2.3優質

全壓起動最大容量籠型異步電動機時,發電機母線電壓不應低于額定電壓的75%,或通過計算確定。靜止型交流不間斷電源裝置三相輸出系統輸出電壓的不平衡系數應不超過5%,輸出電壓的總波形失真度不應超過5%。頻率誤差則不超過±0.5～1 Hz 。

2.4經濟

要適當考慮備用應急電源設施設備投資、占地、運行、維護、管理等費用,盡可能節約。其中,使用多臺機組時,應選用同一生產廠、同型號、同規格的成套設備,以便于操作及維修。

2.5發展

對備用應急電源的容量、場地布置、安裝處所等要適當考慮5～10年內擴容發展的可能性。

3根據允許中斷供電的時間選擇自備應急電源

根據允許中斷供電的時間,可分別選擇下列應急電源:

①允許中斷供電時間為15 以上的供電,可選用快速自動起動的發電機組。

②自投裝置的動作時間能滿足允許中斷供電時間的,可選用帶有自動投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路。

③允許中斷供電的時間為毫秒(ms)級供電,可選用蓄電池靜止型UPS不間斷供電裝置、蓄電池機械儲能電機型不間斷供電裝置等。

4自備應急柴油發電機組

4.1自備應急發電機組的供電范圍

對于高層建筑及工礦企業、部隊、學校、醫院、通信、高級賓館、大中型商場、飯店等,應急柴油發電機供給動力和照明用電。主要負荷有以下幾種:

①消防設備用電包括消防水泵、消防電梯、防排煙設施、火災自動報警、自動滅火裝置、火災事故照明、疏散指示標志和自動防火門窗、防火卷簾、消防控制室等。②應急疏散照明。③電梯設備和生活用水泵。④中央控制室及電腦用電。⑤保安設施、報警裝置、通信設施、自動門等設備的用電。⑥重要場所用電具有重要政治經濟影響的場所的有關動力、照明、空調等設備的用電。

4.2自備應急發電機組容量的選擇

機組的容量與臺數應按應急負荷大小和投入順序以及單臺電機最大起動容量等因素綜合考慮確定。一般按一級負荷的容量確定;對于重要的用電單位可按一級負荷和部分二級負荷來確定裝機容量。機組臺數不宜超過兩臺。

4.3自備應急發電機組的自起動

機組應始終處于準備啟動狀態。當市電中斷時,機組應立即起動,并在15s內能自動起動投入正常帶負荷運行。

4.3.1選擇自啟動發電機組

其要求是:①當市電中斷供電時,單臺機組應能自動起動,并在15s內向負荷供電;②當市電恢復正常后,應能自動切換和自動延時停機,由市電恢復向負荷供電;③當連續三次自起動失敗,應能發出報警信號并自動起動第二臺發電機組。

4.3.2對自起動發電機組的要求

自起動機組的操作電源、熱力系統、燃料油、潤滑油、冷卻水以及室內環境溫度等均應保證機組隨時起動,水源及能源必須具有足夠的獨立性,不得受工作電源停電的影響。

4.3.3發電機組的電起動設備

應按下列要求設置:①電起動蓄電池電壓宜為24V,容量應按柴油機連續起動不少于6次確定;②蓄電池組應盡量靠近起動電動機設置,并應防止油、水侵入;③應設整流充電設備,其輸出電壓宜高于蓄電池組的電動勢50%,輸入電流不小于蓄電10h放電率的電流。

4.3.4發電機組的保護

要求:①應設有短路、過負荷、接地故障及過、欠電壓保護裝置;②當兩臺機組并列運行且無人經常值班時,應設置逆功率保護。

4.3.5發電機組的控制

發電機組的控制有機房控制、控制室集中控制和自動控制三種方式。對于應急發電機組,宜采用自動控制或控制室集中控制方式。

4.3.6自動化發電機組

自動化發電機組應符合以下要求:①就地操作的發電機組應在機旁實施人工起動、調速、停機,機房與值班室間應設必要的聯絡信號、正常運行和事故性質的聲光信號;應單獨設置蓄電池組作為控制電源,并設置整流充電設備;應能在控制室或配電室控制或監視起動、停機、送電、停電、調頻和調壓,監測各運行參數。②能自動控制負荷的投入和切除;③能自動控制附屬設備及自動轉換冷卻方式和通風方式。

4.4 自備應急發電機組的中性點運行方式

只有一臺發電機組時,一般采用三相四線制中性點直接接地工作制。當多臺機組并列運行時,發電機中性點一般經中性線電抗器與接地線連接,也可采用中性線經刀開關與接地線連接。在并列運行時,任何情況下機組至少應保持一臺發電機中性點接地,并按三相四線制工作方式運行。

5靜止交流不間斷電源(UPS裝置)

5.1靜止型UPS不間斷電源的裝置適用場合

凡符合下列情況之一時,應設置靜止型交流不間斷電源:①當用電負荷不允許中斷供電時。②當用電負荷允許中斷供電時間要求在1.5 s以內時。③重要場所(如監控中心等)的應急備用電源。

5.2靜止型UPS不間斷電源的變流過程及裝置設備

靜止型交流不間斷電源的變流過程為:輸入市電正弦交流電→整流為直流→蓄電池浮充供電→逆變成準方波或方波→振蕩,濾波→輸出正弦交流電。在市電中斷后,蓄電池所蓄電能經逆變器逆變后輸出正弦交流電(單相或三相)。

靜止型交流不間斷電源裝置的設備一般有晶閘管整流器柜、逆變器柜、變壓器柜、交流靜止型開關柜、蓄電池組以及配電柜組合而成。

5.3靜止型UPS不間斷電源系統的交流輸入電源的要

求

宜采用兩路電源供電。不間斷電源系統的交流輸入,應符合以下規定:

①交流輸入電壓的持續波動范圍規定為±10% 。②旁路電源必須滿足負荷容量及特性的要求。③總相對諧波含量不超過10%。④不間斷電源的交流電源不宜與其他沖擊性負荷由同一變壓器及母線段供電。⑤不間斷電源系統的輸入、輸出回路宜采用電纜。

5.4靜止型UPS不間斷電源設備的選擇

其選型應按負荷大小、運行方式、電壓及頻率的波動范圍、允許中斷供電時間、波形畸變系數及切換波形是否連續等各項指標確定。

①在采用市電旁路時,逆變器的頻率和相位應與市電鎖相同步。②不間斷電源系統的直流環節有輸出回路時,整流器及蓄電池均應滿足其全部直流輸出回路的負荷電流及最大沖擊電流的要求。直流環節(整流器、蓄電池)的額定電壓應根據需要按24、48、60、110、220V的電壓等級選取。③靜止型UPS不間斷電源設備的輸出功率按下列條件選擇:對電子計算機時,其輸出功率應大于電子計算機各設備額定功率總和的1.5倍;對其他用電設備供電時,為最大計算負荷的1.3倍;負荷的最大沖擊電流不應大于UPS不間斷電源設備額定電流的150%。④靜止型UPS不間斷電源的整流容量,應大于或等于逆變器所需容量與蓄電池直供的應急負荷之和。⑤蓄電池的容量,應根據市電停電后由其維持供電時間長短的要求選定。

蓄電池需要在常溫下能瞬時起動,因此宜選用堿性或酸性蓄電池,有條件時應選用堿性燃料電池。

蓄電池組的額定放電時間宜按下列條件確定:①不間斷電源系統在交流輸入發生故障后,為保證用電設備按照操作順序進行停機,蓄電池的放電時間可按停機所需最長時間來確定,一般可取8～15 min ;②當有其他備用電源時,UPS不間斷電源系統在交流輸入發生故障后,為保證用電設備供電的連續性,并等待其他備用電源的投入,其蓄電池額定放電時間一般可取10～30 min ;如有其他特殊要求,其蓄電池額定放電時間要根據負荷特性來確定。

參考文獻:

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