EPS應(yīng)急照明電源裝置在地鐵中的應(yīng)用

黃斌杰

（合誠(chéng)工程咨詢(xún)集團(tuán)股份有限公司，福建廈門(mén) 361009）

1 EPS裝置的系統(tǒng)配置

地鐵車(chē)站的EPS（Emergency Power Supply，應(yīng)急照明電源）裝置是將雙電源切換裝置、浪涌保護(hù)器、整流/充電機(jī)、故障檢測(cè)及智能控制單元、蓄電池組、切換開(kāi)關(guān)、逆變器（帶輸出隔離變壓器）、負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)及饋線單元等包含在內(nèi)的戶(hù)內(nèi)成套設(shè)備。

1.1 雙電源切換裝置

雙電源切換裝置的主要作用是篩選一個(gè)安全性以及可靠性最高同時(shí)適用性最強(qiáng)的電源來(lái)執(zhí)行供電工作，從而保障負(fù)載用電的連續(xù)性及安全性。它主要分為PC級(jí)和CB級(jí)兩種類(lèi)型：前者只能發(fā)揮雙電源自動(dòng)切換的特點(diǎn)，在短路情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)電流的自動(dòng)分?jǐn)?；而后者不僅能實(shí)現(xiàn)雙電源的自動(dòng)切換，對(duì)于短路現(xiàn)象也能進(jìn)行及時(shí)的電流分段保護(hù)。按照現(xiàn)實(shí)中項(xiàng)目的需求來(lái)挑選更為合適的高品質(zhì)產(chǎn)品，同時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下主要技術(shù)要求。

（1）對(duì)開(kāi)關(guān)本體的技術(shù)要求：①能夠靈活運(yùn)用于地鐵中復(fù)雜的環(huán)境，并確保系統(tǒng)中的電流電壓以及頻率要求得到必要的滿(mǎn)足；②采用四極切換（A、B、C、N），手動(dòng)操作功能；③操作部分要將電氣以及機(jī)械直接進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)主用以及備用電源之間的有效連接；④開(kāi)關(guān)要確保能夠進(jìn)行負(fù)載自動(dòng)切換，同時(shí)相關(guān)操作還可以用手動(dòng)操作來(lái)進(jìn)行，在手動(dòng)與自動(dòng)運(yùn)行方式之間有聯(lián)鎖，保證自動(dòng)情況下可手動(dòng)操作；⑤額定短時(shí)耐受電流能力Icw應(yīng)滿(mǎn)足額定電流Ie≤250 A和Icw為10 kA。

（2）對(duì)控制器的技術(shù)要求：①能同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)操作，其自動(dòng)狀態(tài)必須具備自投自復(fù)功能及自投不自復(fù)（可調(diào)）功能；②對(duì)過(guò)壓、欠壓、缺相等情況具備監(jiān)測(cè)功能；③用戶(hù)可以主動(dòng)設(shè)置過(guò)壓及欠壓的閾值；④通信協(xié)議更加開(kāi)放化以及標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)滿(mǎn)足BAS（Building Automation System，建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)）的各項(xiàng)功能；⑤用于雙電源自動(dòng)切換裝置，將主用電源變換到備用電源的過(guò)程中，控制器有3 min左右的轉(zhuǎn)換延時(shí)。

1.2 整流/充電模塊

整流/充電模塊是EPS裝置主機(jī)的重要組成部件，具有N+1（N≥1，N表示電池組數(shù)量）的冗余功能，個(gè)別模塊出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)干擾到系統(tǒng)的正常運(yùn)作。充電模塊的容量要與系統(tǒng)最大負(fù)荷及蓄電池充電電流相匹配，充電模塊還應(yīng)具備以下9項(xiàng)功能。

（1）直流母線電壓紋波系數(shù)不大于（0.2%～0.5%），均充電流在0.1C10 A左右。

（2）輸入輸出以及通信端口要進(jìn)行一體化配置，同時(shí)還要具備優(yōu)良的可互換性，并且還要確保能夠?qū)崿F(xiàn)帶電拔插。

（3）模塊內(nèi)部還要安置CPU（Central Processing Unit，中央處理器），對(duì)其內(nèi)部各項(xiàng)操作進(jìn)行協(xié)調(diào)管理以及保護(hù)，確保在缺乏監(jiān)控單元的情況下可獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)還要及時(shí)與系統(tǒng)控制模塊進(jìn)行溝通，使之具有通信功能。

（4）避免蓄電池過(guò)度充電或過(guò)度放電。

（5）依據(jù)環(huán)境溫度的改變來(lái)相應(yīng)調(diào)整蓄電池充電電壓。

（6）對(duì)直流輸出的電壓或電流過(guò)高、模塊過(guò)熱或是短路欠壓等現(xiàn)象有一定保護(hù)效果。

（7）電源模塊并機(jī)工作過(guò)程中具備均流性能，模塊間輸出電流平衡度的峰值≤±5%。

（8）模塊采用智能式風(fēng)冷或強(qiáng)制風(fēng)冷方式。

（9）具備電磁兼容和安全措施，具有充電裝置溫度過(guò)高保護(hù)功能。

1.3 逆變器

逆變器可以將電池組的直流電轉(zhuǎn)換為三相正弦交流電，其容量還能與系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。逆變器具備如下3項(xiàng)功能：①需要安裝有濾波器，使得總諧波畸變率在3%（100%非線性）以下；②輸出回路對(duì)于過(guò)流和短路現(xiàn)象要有一定的保護(hù)及應(yīng)對(duì)功能；③在輸出端還要安置所需要的隔離變壓器。

IGBT/IPM功率器件的計(jì)算（IGBT即Insulated Gate Bipolar－Transistor，絕緣柵雙極晶體管；IPM即Inverter Power Module，智能功率模塊），將電池直流電壓逆變成交流220 V電壓。例如，10 kW額定輸出功率的逆變電流Iinv==15.2 A。

1.4 故障檢測(cè)及監(jiān)控單元

它通過(guò)故障檢測(cè)和智能監(jiān)控單元來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)EPS各單元的運(yùn)行狀況，并實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，采用微機(jī)型產(chǎn)品并具有以下功能：①自診斷、掉電后來(lái)電自動(dòng)恢復(fù)功能，如果設(shè)備發(fā)生如蓄電池異常、逆變器故障、輸入或輸出交流電壓異常等，需要及時(shí)排查和檢修；②監(jiān)控單元能實(shí)時(shí)監(jiān)控單體電池的內(nèi)阻及端電壓的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)還可以自檢、及時(shí)向上報(bào)告突發(fā)情況及故障；③實(shí)時(shí)監(jiān)控EPS系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并能與各充電模塊和BAS的上位監(jiān)控機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能，協(xié)議開(kāi)放，滿(mǎn)足無(wú)人值班的要求；④具有防止逆變器誤投和不投入的有效措施；⑤具有抗電磁干擾的措施。

1.5 EPS裝置內(nèi)部切換裝置

切換裝置的切換時(shí)間不大于100 ms。為確保主電路與逆變器的無(wú)風(fēng)險(xiǎn)切換，主要采取3種控制技術(shù)。

（1）零相移同步跟蹤技術(shù)。主要應(yīng)用于電源處于逆變狀態(tài)，一旦電源發(fā)生故障或出現(xiàn)過(guò)載情況，就要及時(shí)把負(fù)載切換到旁路，輸入電源，以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和可靠性。在市電模式下時(shí)，電源輸出波形跟蹤電網(wǎng)市電波形。

（2）平滑切換控制技術(shù)。主要應(yīng)用于備電模式與主電模式相互轉(zhuǎn)換，確保備電供電與主電供電之間可以自由切換，有效防止備電電源及主電電源之間電壓存在差異，最終降低短路情況的發(fā)生并增強(qiáng)其在高功率供電情況下的安全性和可靠性。

（3）主電自動(dòng)禁止技術(shù)。市電電壓或頻率超限，禁止切換到主電供電模式，如果市電恢復(fù)正常則自動(dòng)允許切換。該技術(shù)的主要目的是為保護(hù)后端負(fù)載的安全。

2 EPS裝置的安裝

2.1 機(jī)柜安裝

按工序依次完成機(jī)柜底座安裝、設(shè)備立柜，柜子與底座用螺栓連接固定，用隨機(jī)配備的螺釘將底部裙板安裝到EPS底部的前后和左右側(cè)。在電池柜與底座連接固定之后，將配套的電池按擺放圖依次擺放在電池柜內(nèi)，根據(jù)相應(yīng)的接線圖、連接表接好電池連接線并鎖緊電池極柱上的接線。

注意事項(xiàng)：①EPS主機(jī)與電池柜并柜側(cè)，底部裙板敲落板需取下，方便EPS正負(fù)電池連接柜間連接；②電池柜柜頂配置的并柜連接片，需連接固定；③EPS主機(jī)柜頂線槽配套加工緊密，完成配線后進(jìn)行封堵，需達(dá)到防護(hù)等級(jí)要求。

2.2 設(shè)備配線

（1）用十字螺絲刀拆除頂部接線排封板。

（2）將保護(hù)地線連接到EPS頂層的接地連接銅排。

（3）將輸入、輸出、分路開(kāi)關(guān)的連接線分別接到EPS對(duì)應(yīng)的接線排。

3 EPS裝置的調(diào)試及故障解決

3.1 調(diào)試

EPS裝置的調(diào)試包含EPS單系統(tǒng)調(diào)試（測(cè)試各種工況下EPS裝置運(yùn)行）、EPS系統(tǒng)與BAS通信調(diào)試。在完成電氣連接之后，需要對(duì)電氣連接情況進(jìn)行如下檢查。

（1）安裝工藝檢查：確保電纜的標(biāo)識(shí)正確無(wú)誤；確保線路布置整齊且綁扎手法符合標(biāo)準(zhǔn)。

（2）線纜阻抗檢查：確認(rèn)EPS裝置輸入的火線與零線間、火線與地線間無(wú)短路，確認(rèn)輸出無(wú)短路。

（3）安裝緊固檢查：檢查EPS裝置的主機(jī)、電池等電纜連接是否緊固。

（4）EPS裝置輸入電壓檢查：用多用表檢驗(yàn)對(duì)主機(jī)的市電輸入端子上的交流電壓，確保輸入的額定電壓在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

（5）電池/直流輸入檢查：借助多用表來(lái)對(duì)電池柜開(kāi)關(guān)輸入端子上的直流電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。只有在確保電池極性的情況下，才可以閉合外部電池開(kāi)關(guān)。

3.2 故障診斷與解決方法

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)入屏幕設(shè)置管理界面中的關(guān)機(jī)界面，點(diǎn)擊關(guān)機(jī)并確認(rèn)逆變器已經(jīng)關(guān)閉。如有必要可以關(guān)閉設(shè)備負(fù)載，打開(kāi)維修旁路，切斷EPS裝置的輸入/輸出開(kāi)關(guān)，以確保設(shè)備負(fù)載不斷電及EPS裝置不會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步損壞（表1）。

表1 常見(jiàn)異常問(wèn)題診斷與解決

4 結(jié)束語(yǔ)

在城市軌道交通中，地鐵建設(shè)對(duì)城市發(fā)展具有重要作用，其中備用供電的EPS裝置在失電情況下有著重要作用。在今后的應(yīng)用中，需要不斷提升相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，全面保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為城市交通工程建設(shè)提供強(qiáng)有力的保障。