基于EPS系統的消防應急電源車設計

林卡　李欽海　林富華　鄒明霞

摘要：應急電源車作為我國電力工程中重要的裝備，已成為電力系統應急預案的重要組成部分。而在電力系統應急設備的選型中，消防應急EPS電源應用范圍已經越來越大。文章介紹了一種基于EPS系統的消防應急電源車，通過搭載消防應急電源EPS，配合相應的電路設計，使整車與傳統應急電源車相比具有更大的實用性和經濟性。

關鍵詞：應急電源車；EPS系統；消防聯動控制；電力工程；電力系統；應急設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：U469 文章編號：1009-2374（2016）20-0005-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.003

1 概述

隨著社會的發展，人們對電力系統的可靠性提出了更高的要求，特別是對于關鍵負荷，當電力供應系統發生故障時，將會造成嚴重的政治或經濟損失。應急電源車因具備機動性強和便于維護的特點，越來越受到用戶的青睞，在接到保供電命令時，應急電源車能第一時間到達現場，為用戶設備提供備用的電能。從目前市場需求來看，使用較多的是以發電機組或UPS系統為后備電能的應急電源車，這兩種電源車日常維護頻繁、效率低，增加使用和維護成本，特別是柴油發電機組的排煙中含有大量的二氧化硫，污染環境，而UPS的輸入電流諧波則會對電網造成污染。

2 消防應急電源車的系統組成

隨著國家及人們對環保意識的增強，使用消防應急EPS電源系統是必然趨勢，從產品性價比來看，由于硬件成本相對于發電機組或UPS而言會稍高一些，但是綜合維護成本較發電機組或UPS而言要低。由于人們對消防電源的認識不夠，很大程度上給市場前景帶來一定的阻礙，但這些情況會隨著社會的進步，慢慢被人們所接受，因此消防應急電源車產品具有非常廣闊的發展前景。本文著重介紹了消防應急電源車的組成和各組成部分的電路設計。本文所設計的消防應急電源車主要由底盤車、車廂、消防應急EPS電源系統、后備蓄電池、輸入輸出系統、消防聯動系統、車內配電系統、電纜收放系統等組成，系統框圖（見圖1）：

3 消防應急電源車的具體設計

3.1 消防應急EPS電源系統設計

3.1.1 EPS分類。應急電源按供電負荷的類型主要可分為如下三類：（1）應急照明型：主要是單相輸入單相輸出EPS，用于應急現場的照明。此類EPS由于在應急時輸出為單相電源因此只能供單相照明負載。（2）混合負載型：除了用于應急照明外，還可應用于空調、電梯、消防水泵、卷閘門等電感性負載的三相輸入三相輸出系列EPS。此類EPS由于使用到三相負載，因此應急輸出為380V三相交流電壓。但由于沒有變頻緩啟動裝置，當連接一些直接啟動的電機時需要擴容。（3）變頻啟動型：此類EPS直接為電動機供電，同時帶有變頻啟動功能。主要是針對單一的電機負荷，考慮到電機啟動瞬間產生的大沖擊電流，對電網及電機本身的影響，所以加入變頻啟動以減少對電網的干擾。

3.1.2 EPS選型。綜合負載情況及成本考慮，選擇混合負載型，滿載功率為100kW的EPS，其工作原理框圖如圖2所示：

工作原理如下：正常工作時DSP檢測主電或備電是否正常，同時確定K3的工作狀態，若主電正常時，輸出主電；主電異常、備電正常，則輸出備電；當主、備電都異常時，通過DSP的控制使逆變器啟動，將蓄電池能量逆變成純凈的交流電源后供給EPS輸出。當主電或備電正常時，充電器同時完成對備用電池組的充電。電池檢測電路實時檢測單節電池的電壓，當出現故障時則給出報警。報警電路檢測輸出支路及充電回路的故障情況，若故障發生則給出聲光報警信號，聲信號可以通過面板的消聲鍵消除，光信號保留當前狀態，直到故障消除才自動熄滅。浪涌抑制電路能對電網中的有害脈沖給予衰減，以至不損壞系統及用戶設備。

3.2 后備蓄電池組設計

根據國家標準的要求，消防設備應急電源所配置的蓄電池需滿足市電停電后90分鐘的應急后備時間。

3.2.1 電池計算方法。本次設計選用湯淺蓄電池，單節電池容量計算方法為：

Cn=Pload/Einv/A

式中：

Cn——單顆電池需要的放電功率

Pload——負載的平均功率

Einv——EPS逆變器效率

A——配置電池數量

得出Cn后，根據Cn尋找電池的放電特性，在需求的放電時間內，電池恒功率放電的能力要大于等于Cn，才能滿足要求。單節電池放電終止電壓為10.2V（1.70V/2V）。

3.2.2 本方案電池計算。本方案設計容量為100kW EPS，逆變器效率為0.95，按EPS電池配置為40節1組，則：

Cn=100*1000/0.95/40=2631.5789W

單體2V電池需要提供的功率為2631.5789/6=438.596W，查湯淺電池對照表；NP210-12恒功率放電表90分鐘為164.5W（按放電終止電壓1.70V），三組并聯達到493.5W大于需求438.596W，滿足90分鐘以上應急時間，因此選用型號為NP210-12的湯淺電池，數量為120只。

3.3 輸入輸出系統設計

3.3.1 輸入系統。滿載功率為100kW的EPS，單相電流為100kW/380/1.732=152A，考慮到可能出現三相負載不均衡的情況，選用200A的快速連接器（XP1～XP8），同時可節省操作時間，提高工作效率。其中QF1為主電輸入斷路器，QF2為備電輸入斷路器。

3.3.2 輸出系統。EPS輸出系統配置總輸出斷路器QF3，分三個輸出回路：第一輸出回路經QF4和快速連接器XP9～XP12直接與負載相連接；第二輸出回路經QF5連至消防聯動控制系統；第三輸出回路經QF6連至車內配電系統。

3.4 消防聯動控制系統設計

消防聯動系統主要是指消防設備能在每個火災時間點依據消防人員的控制指令準確動作，使消防設備的應急作用得到最大發揮。本方案所設計的消防聯動控制系統（見圖3），K1為消防聯動控制繼電器，其線圈連至消防聯動控制中心，由消防聯動控制中心發出控制信號，通過控制K1、KM1，達到控制消防聯動輸出的目的。

3.5 電源車內配電系統設計

電源車內配電系統電路設計的配電系統輸入采用雙路輸入：一路為市電輸入；另一路為EPS第三回路輸入。通過KM3和KM4組成雙電源自動切換系統，所設計的電源車內用電設備主要有：

3.5.1 照明系統：包括操作間、EPS室及絞盤室的照明。

3.5.2 插座：包括操作間空調及車內插座，車內插座可以保證EPS維護時的用電需求。

3.5.3 升降照明燈：升降照明燈的配置，可以為操作人員提供夜間工作環境下的照明。

3.6 電纜收放系統設計

考慮到消防應急電源車可能處于無市電的情況下工作，因此本方案在電纜收放系統的設計上采用液壓動力電纜絞盤。液壓電纜絞盤包括：取力器、取力器控制器、油泵、油缸及高壓油管、液壓馬達、絞盤及支架總成。底盤車上裝有取力器，帶動油泵回油，然后驅動液壓馬達，液壓控制回路連接至液壓馬達，齒輪泵外接設有開關的取力器及發動機或其他原動機；液壓馬達通過正、反轉或停止驅動絞盤正轉、反轉或停止，從而實現電纜的收和放。它具有結構緊湊、占用空間較小、節能環保等優點，既方便快捷，又能保證在野外或無外接市電的情況下工作。

3.7 車廂

3.7.1 車廂材料。為保證EPS及蓄電池的工作環境，箱體采用鋼骨架加內蒙皮和外蒙皮的結構，外蒙皮采用1.2mm冷軋鋼板。內蒙皮和外蒙皮間填充吸音、減振、隔離材料。車架、骨架加工采用可工裝定位，二氧化碳保護焊、電弧焊焊接，按照國標焊接工藝執行。保證車廂整體強度高、抗沖擊、重量輕、具備防雨、防塵、防盜、防腐蝕功能。

3.7.2 車廂內布局設計。車廂（見圖4）分為操作室、EPS室、電纜絞盤室，其中EPS控制屏和車內插座安裝在操作室內，操作室同時配置工作門，方便工作人員進出和操作；EPS主機及蓄電池安裝在EPS室內，通過配置車載空調保證車廂內設備的工作環境溫度和濕度；電纜絞盤室內安裝有電纜絞盤；車廂下設置有數個下圍廂，輸入、輸出系統、消防聯動控制系統安裝在下圍箱內；車廂右側還設置有配電柜，車內配電系統安裝在配電柜內。該車廂布局緊湊，結構合理，在保證EPS系統工作環境的前提下，留有足夠的維修空間，便于車內設備的維護和保養。所設計的車廂尺寸為7510×2500×3000（長×寬×高，單位：mm）。

3.8 底盤車選型

3.8.1 整車承重計算。本方案所設計的消防應急電源車車廂內設備重量明細（見表2），可依據車廂重量及長度選擇合適的底盤車。

3.8.2 底盤車選型。依據車廂重量及長度，選擇東風DFL5160XXYBX1A為本次方案的底盤車，通過配備這款底盤車，使本方案所設計的消防應急電源車具有機動行駛、應急、移動能力強的特點，同時可在野外露天工作。經過重量計算，采用東風底盤車：DFL5160XXYBX1A，車輛最大總重16000kg，整備質量5400kg，額定載重10600kg。整車實際總重14605kg，低于車輛最大總重約1395kg。由以上計算可知，所選底盤承重留有較大的富余，可滿足實際使用要求。

3.8.3 整車效果圖。本方案所設計的底盤車與車廂的配合效果圖（見圖5）：

4 結語

為了滿足國家對消防系統建設的需求，本文基于EPS系統，通過相配套的設備選型，配合相應的電路設計，對消防應急電源車的設計作了詳細闡述。所設計消防應急電源在具有傳統應急電源車機動性強、便于維護等特點的同時，更適合在消防應急領域的應用，具有廣闊的發展前景。

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