柴油發電機和EPS應急電源的比較和應用

楊興國

（重慶魯能開發（集團）有限公司 重慶 400023）

柴油發電機和EPS應急電源的比較和應用

楊興國

（重慶魯能開發（集團）有限公司 重慶 400023）

文章首先通過介紹規范對自備應急電源的要求，再通過分項介紹柴油發電機和EPS應急電源的工作原理、特點，并從使用可靠性、應急持續時間、經濟可行性、機房選擇和配套設施等方面對柴油發電機和EPS應急電源進行比較分析，從而總結出柴油發電機和EPS應急電源的優缺點以及在實際工程中的運用。

自備應急電源；柴油發電機；EPS應急電源

《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045/95）對于消防設施的供電保障是這樣要求的：一類高層建筑的消防設施，必須按一級負荷進行供配電設計。而 《供配電系統設計規范》（GB50052/95）對于一級負荷供電要求是按這樣規定的：一級負荷應由兩個電源供電，當一個電源發生故障時，另一個電源不致同時受到損壞。一級負荷中特別重要的負荷，除由兩個電源供電外，尚應增設應急電源。應急電源可選用：(1)獨立于正常電源的發電機組；(2)供電網絡中有效地獨立于正常電源的專門饋電線路；(3)蓄電池；（4）干電池。對于自備應急電源的設置，《供配電系統設計規范》是這樣規定的：（1）需要設置自備電源作為一級負荷中特別重要負荷的應急電源時或第二電源不能滿足一級負荷的條件時。（2）設置自備電源較從電力系統取得第二電源經濟合理時。（3）有常年穩定余熱、壓差、廢氣可供發電，技術可靠、經濟合理時。（4）所在地區偏僻，遠離電力系統，設置自備電源經濟合理時。

在民用建筑設計中，從城市供電網絡中取得獨立于正常電源的專用饋電線路比較難，并且引入供電線路的費用比較高，所以在日常民用電氣設計工作中通常會采用到自備應急電源作為消防應急電源。筆者將分別從使用可靠性、經濟可行性、機房占地面積和自動啟動電源的時間等方面對柴油發電機和EPS應急電源進行比較分析。

柴油發電機是一種小型發電設備，系指以柴油等為燃料，以柴油機為原動機帶動發電機發電的動力機械。柴油發電機組一般由柴油機、發電機、控制箱、燃油箱、起動和控制用蓄電瓶、保護裝置、應急柜等部件組成。整體可以固定在基礎上，定位使用，亦可裝在拖車上，供移動使用。柴油發電機組的輸出功率一般在12kw～2000kw范圍內。

使用可靠性：機組在緊急狀態下并且市電失電時能自動啟動，并能在10～15s接帶負荷，具有3次自啟動功能，總計時間在30s內。當采用自動啟動有困難時，也可采用手動啟動裝置。當市電恢復時，機組能延時自動停機，柴油發電機重新處于停機狀態。

應急持續時間：在柴油發電機房內一般設有總儲存量3～8小時的需要量，并且可以根據實際情況對儲油間進行燃料補給，所以柴油發電機在燃料充足的情況下應急持續時間是很長的。

經濟可行性：柴油發電機價格根據容量和品牌從幾萬到幾百萬不等。柴油發電機的使用年限一般在50年以上。柴油發電機運行時一般每發電1千瓦1小時需要耗油200克左右。另外，由于平時需要對機器進行定期的清理和維護，所以也需要增加更多的運行成本。

表1 機組之間及機組外廓與墻壁的凈距(m)

機房選擇：根據 《民用建筑電氣設計規范》 （JGJ 16-2008）表1可以看出，即便是64kw以下的柴油發電機組至少也需要6m×4m共24m2以上的機房，而且還不包括儲油間等配套房間的大小，所以柴油發電機房的占地面積是比較大的。另外柴油發電機房對樓板和門的耐火等級都有特殊要求。

配套設施：柴油發電機組需要通過排煙系統將煙氣排放到室外建筑物最高處。如果環境條件要求較高，則需要加裝除塵設施，使煙氣經處理后排至室外；此外儲油間油柜還要安裝安全呼氣閥至室外，而且柴油發電機噪聲強度可達110dB～130dB，對機房和周圍環境影響也比較大。根據要求，在賓館和住宅區白天噪聲不超過50dB，夜晚噪聲不超過40dB，所以應設消聲器以減少噪聲。

EPS應急電源主要包括整流充電器、蓄電池組、逆變器、互投裝置和系統控制器等部分。其中逆變器是核心，通常采用DSP或單片CPU對逆變部分進行SPWM調制控制，使之獲得良好的交流波形輸出；整流充電器的作用是在市電輸入正常時，實現對蓄電池組適時充電；逆變器的作用則是在市電非正常時，將蓄電池組存儲的直流電能變換成交流電輸出，供給負載設備穩定持續的電力；互投裝置保證負載在市電及逆變器輸出間的順利切換；系統控制器對整個系統進行實時控制，并可以發出故障告警信號和接收遠程聯動控制信號，并可通過標準通訊接口由上位機實現EPS系統的遠程監控。EPS應急電源的輸出功率一般在0.5kw～800kw范圍內。

使用可靠性：在市電輸入正常時，輸入市電通過互投裝置給重要負載供電，同時系統控制器自動進行市電檢測及通過充電機對蓄電池組充電管理。通常EPS充電器的容量僅相當于10%蓄電池組容量 (Ah)，僅需提供蓄電池組浮充或補充電功能，并不需要具備直接向逆變器提供直流電源的能力。此時，市電經由EPS內的互投裝置向用戶的應急負載供電。與此同時，在EPS的系統控制器的調控下，逆變器停止工作處于自動關機狀態。用戶負載在此時實際使用是電網電源，此時通常稱EPS應急電源處在睡眠狀態，可以有效達到節能的效果。當輸入市電供電中斷或市電電壓超限 (±15%或±20%額定輸入電壓)時，系統控制器指令互投裝置將在(0.1～4)S短時間內投切至逆變器供電，EPS系統在蓄電池組所提供的直流能源的支持下，向用戶負載供電。當輸入市電電壓恢復正常工作時，EPS的系統控制器發出指令對逆變器執行關機操作，同時還通過互投開關執行從逆變器供電向交流旁路供電的切換操作。此后EPS在經交流旁路供電通路向負載提供市電，同時繼續通過整流充電器向其蓄電池組充電。

應急持續時間：通常EPS應急電源的備用時間僅為90分鐘或120分鐘，當需要增加電源備用時間時就需要增加一定數量的電池柜。

機房選擇：一般對較小功率的EPS只需要分散在各樓層設置即可，通常不需要專門的設備房。對功率較大需要集中設置EPS設備房的地方，根據 《民用建筑電氣設計手冊》（第二版）6.3.1規定：不間電源裝置室與蓄電池室應分開設置。整流柜、逆變器柜、靜態開關柜等安裝距離和通道寬度不宜小于下列數值：柜頂距頂棚凈距為1.2m；離墻安裝時，柜臺維護通道為1m；柜前巡視通道為1.5m。

可以看出，規范對EPS應急電源控制柜的間距要求小于對柴油發電機組的間距要求。而EPS應急電源裝置的大小很大程度上取決于電池柜的數量，如果在對消防應急電源持續時間要求不長的情況下，EPS應急電源裝置不會很大。規范對EPS電源裝置室的耐火等級無特殊要求。

經濟可行性：EPS應急電源價格由幾百元到幾十萬元不等，略低于柴油發電機價格。EPS主機使用年限一般在20年以上，電池的使用壽命時間一般為5～10年。相對建筑的50年的使用年限EPS應急電源需要考慮更換主機和電池的費用。而大多數EPS應急電源在平時基本不需要專門的維護，它能通過控制模塊對電池組進行智能管理，大大減少了人工維護的費用。EPS在市電失電時只需要將蓄電池組存儲的直流電能轉換成交流電輸出即可。

配套設施：EPS電源在運行時無排煙，噪聲指數低于國家規范要求的55dB。所以無需再增加配套設施進行處理。

前面對柴油發電機和EPS應急電源從使用可靠性、應急持續時間、經濟可行性、機房選擇和配套設施上進行了介紹。可以看出EPS作為一種新型的自備應急電源，有以下優勢：應急反應時間短；對機房大小和設置要求比較低；運行時噪聲低和無廢氣排放，相應對配套設施要求較少；運行成本較低，不需要耗費寶貴的柴油資源。

在建筑空間成本高昂，人們對環保越來越重視的今天，EPS應急電源比柴油發電機更有優勢。但是柴油發電機作為傳統的消防應急電源有以下優勢：主機使用時間長不需要對設備進行二次更換；消防應急備用時間長。

所以要通過對這兩種自備應急電源合理的應用，才能使我們的設計更經濟合理。筆者根據《民用建筑電氣設計規范》中消防用電設備在火災發生期間的最少持續供電時間的要求，對兩種自備應急電源在工程實際中的運用進行了歸納（表2）。

表2 消防用電設備在火災發生期間的最少持續供電時間

從表2中可以看出，當火災發生時，消防用電梯、水泵、風機的最小持續時間大于180分鐘，而通常EPS的備用時間僅為90分鐘或120分鐘，當需要增加備用時間時就需要增加一定數量的電池柜，這對前期投入和機房占地面積都帶來了諸多不便，而柴油發電機的3～8小時的儲油量對消防負荷要求的持續時間是絕對能滿足的。

筆者認為，在如今工程實際中，EPS可以對消防應急照明和分散的小功率消防動力負荷進行合理的供電，而對集中的大功率并要求火災發生期間的最少持續供電時間較長的消防動力負荷，還是由相應的柴油發電機供電更為合理、經濟。因此目前談論EPS自備應急電源能完全替代柴油發電機還為時過早，但是相信隨著科學技術的不斷發展，如果EPS應急電源能更好地解決使用年限和備用時間不長的缺點，EPS應急電源還是能在建筑工程中發揮更大的作用。

[1]JGJ 16-2008，民用建筑電氣設計規范[S].

[2]GB50045/95，高層民用建筑設計防火規范[S].

[3]GB50052/95，供配電系統設計規范[S].

[4]戴瑜興，等.民用建筑電氣設計手冊（第二版）[M].中國建筑工業出版社.

Application and Comparison of DieselGeneratorand EPSEmergency Power Supply

Thew riter in this paper beginsw ith introducing standardized requirements for self-owned emergency power supply.Then,the principlesof work and the characteristicsof dieselgeneratorand EPSemergency power supply are respectively introduced in details.Moreover,dieselgenerator and EPSemergency power supply are furtheranalyzed and compared in such aspectsas reliability,emergency duration,econom ical feasibility,engine room choice,andmatching facilities.this thesis finally summarizes the advantages and disadvantages of diesel generator and EPSemergency power supply and theapplications in thepracticalprojects.

self-owned emergency power supply;dieselgenerator;EPSemergency power supply

TU85

A

1671-9107（2011）05-0046-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.05.046

2011-03-01

楊興國（1969-）男，機電工程師，從事機械行業機電管理工作10年，從事房地產電氣工程管理9年。

余詠梅