EPS應急電源應用淺析

李 秀，高偉杰，劉虎平

0 引言

隨著我國現代化建設，科技進步、人民生活水平的提高和電力電子技術的飛速發展，高科技產品與人們的工作、生活的關系日益密切，而高科技產品及重要的生產設備都離不開可靠穩定的應急電源。目前應急電源廣泛應用于建筑電氣領域和特殊應急供電場所，有效避免發生災害時的人身傷亡和財產損失。根據用電設備的性質，合理地選擇安全、可靠的應急電源。

1 應急電源

1.1 應急電源種類

應急電源種類可分為以下五類：1）獨立于正常電源的發電機組；2）UPS不間斷電源；3）EPS應急電源；4）帶自動投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路；5）蓄電池。

1.2 應急電源應用場合

根據用電設備負荷的容量以及生產工藝要求的允許中斷供電時間的要求，來選擇合適的應急電源。

柴油發電機一般起動時間在15 s左右，適用于生產上允許中斷時間為15 s以上的供電，如冶煉廠主廠房循環水泵、消防水泵等，民用建筑中的消防水泵、消防風機。

UPS不間斷電源裝置，適用于容量不大且允許停電時間為毫秒級的用電設備，如實物保護電源、DCS控制系統等，其供電時間一般為30 min。

EPS電源供電切換時間為0.1～0.25 s，且應急供電時間相對于UPS時間稍長，一般為60、90、120 min，還可根據總體供電系統及負荷性質，選擇更長的備用時間。EPS電源與UPS相比所帶負荷容量比UPS大。

專用饋電線路適用于中斷供電時間0.6 s以上的用電負荷，但根據近年來實際生產經驗表明，電力系統為整個大電網，供電網絡中的專用饋電線路很難保障。

蓄電池適合容量不大且為直流電源的用電設備。

1.3 應急電源系統

工程設計中，大型工業企業、科技園區以及重要的民用建筑中往往同時使用幾種應急電源，電氣設計人員應統籌考慮，根據工藝、給排水、暖通、通信等專業提出的重要負荷進行仔細研究，確保其對負荷等級的劃分準確，并為其配置合理的應急電源裝置，使各種應急電源設備密切配合，充分發揮作用。典型的含UPS、EPS、柴油發電機同時使用應急電源系統接線示例如圖1所示。這樣UPS、EPS的后備時間可選擇小一點，節省投資。

圖1 應急電源系統接線示例

2 逆變應急電源EPS

2.1 EPS簡介

逆變應急電源EPS(Emergency Power Supply)，是利用IGBT大功率模塊以及相關的逆變技術而開發的一種把直流電能逆變成交流電能的大型應急電源裝置，由蓄電池、充電器、互投轉換裝置、充電器、控制器、保護裝置及機柜等組成。它的額定輸出功率范圍較廣，最高可達1 MW。供電時間由其所帶的蓄電池容量決定。EPS應急電源是一種新型的、靜態無公害的免維護無人值守的安全可靠的集中供電式應急電源設備，適用于電感性及混合性的照明負荷。

2.2 EPS的種類及其應用場所

目前各EPS生產廠制造的品種繁多，筆者認為根據所帶負荷性質不同，大致可分為兩大類：應急照明集中電源型和動力型EPS應急電源。

（1） 應急照明集中電源型

此類應急電源一般用在工業、民用等以單相為主的應急照明場合，為應急照明提供集中供電。相比分散的自帶蓄電池的應急照明系統，具有維修方便、經濟等特點，是非常普遍的用法。原理圖見圖2。

（2）動力型EPS應急電源

此類型EPS應急電源廣泛應用于風機、水泵等為消防設施或一級負荷中的電動機提供的一種三相應急電源系統，由于其可實現消防聯動、計算機監控、無噪音、無排放，性能穩定、安全可靠等優點，被EPS廠家進行廣泛宣傳，并大量地應用在消防系統中。動力型EPS分為可變頻和不可變頻兩類，其中可變頻工作原理見圖3。

實際工程中，設計人員由于各種原因，選用EPS作為消防系統電源，為消防風機、水泵選用動力型EPS。例如某消防負荷為兩臺22 kW的消防水泵一用一備和兩臺4 kW消防排煙風機一用一備配電。備用容量不能接入到應急系統中，故消防負荷為一臺消防泵的容量22 kW和一臺消防排煙風機4 kW組成，共計26 kW。根據某EPS廠家P系列型號，EPS的容量計算選擇。

1）直接起動。直接起動風機、水泵時，EPS容量為同時工作總容量的5倍以上，26×5=130 kW，選160 kW即可滿足。

2）變頻起動。風機、水泵為變頻起動，則EPS的容量為同時工作總容量的1.1倍，26×1.1=28.6 kW，選30 kW即可滿足。故設計人員一般都會選擇可變頻動力型EPS為消防設備應急電源。

根據《消防給水及消水栓系統技術規范》GB50974-2014第11.0.14條，火災時消防水泵應工頻運行，消防水泵應工頻直接起動；當功率較大時，宜采用星三角和自耦降壓變壓器起動，不宜采用有源器件起動。因為消防水泵直接起動可靠，水泵電機功率大時在平時流量檢測等工頻運行，起動電流大而影響電網的穩定性，因此要求功率較大的采用星三角或自耦降壓變壓器起動，有源電器元件可能因電源的原因而增加故障率，因此規定不宜采用。且最新出版的《工業與民用供配電設計手冊》第四版應急電源章節中也明確EPS不宜作為消防水泵、消防電梯、消防風機等電動機類負載的應急電源。故筆者認為可變頻動力型EPS不宜作為消防電源。

圖2 應急照明集中電源型EPS工作原理

圖3 可變頻動力型EPS工作原理

2.3 使用中存在的問題

某項目應急照明中使用了集中電源型EPS，電源容量為9 kW，應急時間30 min，機柜內蓄電池采用全密封型鉛酸蓄電池。工程設計中將EPS機柜放置在值班室，為其通風散熱考慮，室內設置空調，其他條件與控制室要求相同。但在安全標準評分中，考評內容的蓄電池組項目因“蓄電池室照明燈、空調、排風機應為防爆型。”評分標準認為此處不符合要求，扣0.2分。設計人員認為安全驗收相關人員對蓄電池采用的全密封免維護鉛酸蓄電池的固有屬性不是很了解，該類型蓄電池在正常維護、運行過程中不會有氫氣和硫酸蒸汽，與固定型排氣式鉛酸蓄電池和鎘鎳堿性蓄電池對環境的要求不同。同時根據《電力設備典型消防規程》DL5027-2015第10.6.2條其他蓄電池室（閥控式密封鉛酸蓄電池室、無氫蓄電池室、鋰電池室、鈉硫電池、UPS室等）應負荷下列要求：蓄電池室應裝有通向室外的有效通風裝置，閥控式密封鉛酸蓄電池室內的照明、通風設備可不考慮防爆。《電力工程直流電源系統設計技術規程》DL/T5044-2014第7.2.1條閥控式密封鉛酸蓄電池容量在300 Ah及以上時，應設專用的蓄電池室。本工程EPS機柜容量遠小于300 Ah，所以此工程電氣設計中將EPS房間照明燈、空調、排風機等未采用防爆型是合理可行的。

3 結束語

綜上所述，EPS應急電源在工業與民用工程設計中的應用越來越多，而目前尚無統一的國家標準，各生產廠家的產品，其規格型號繁多、技術性能極不一致，且與目前現行規范相悖。故筆者呼吁應盡快對EPS的設計和制造出臺統一標準，以有效避免發生災害時的人身傷亡和財產損失。以上均為筆者闡述自己的觀點，旨在拋磚引玉，不妥之處請專家批評指正。

參考文獻：

［1］中國航空規劃設計研究院有限公司.工業與民用配電設計手冊（第四版）［M］.北京：中國電力出版社，2016.

［2］JGJ16-2008.民用建筑電氣設計規范［S］.

［3］DL/T5044-2014.電力工程直流電源系統設計技術規程［S］.

［4］DL 5027-1993.電力設備典型消防規程［S］.

［5］GB50974-2014.消防給水及消水栓系統技術規范［S］.