---胡 靖---
EPS也称应急电源,即英文Emergency Power Supply的简称,被广泛应用于建筑电气领域和特殊应急供电场合.
随着社会发展,越是信息化,现代化,就越依赖于电力.突然的断电必然会给人们正常的生活秩序和学习带来影响,尤其是对于生产、生活中特别重要的负荷,一旦中断供电,将会造成重大的经济损失.然而,电力故障具有突发性,不以人们的意志为转移,即使电网设施再先进,意外的断电也在所难免.目前,城市供电系统的安全对策一般是采用并网供电,为城市电力提供可靠的电源保护.但从企业及工业,民用建筑使用情况来看,仅仅靠公用电网还远远不够,必须具备应急供电系统EPS,其重要性是在事故发生的情况下确保提供所需的应急电力,以有效降低因为断电而造成的损失,为人们生产和生活安全提供保障.因此,EPS也被称为“城市生命线系统”的重要组成部分.
1应急电源的分类 目前市场上的EPS品牌众多,大家在设计方面所采用的控制方式和控制手段不尽相同,但针对所带负载的种类大致可以归纳为以下三种:一是主要用于应急照明和事故照明的单相EPS;二是用于应急照明、事故照明之外,还有应用于空调、电梯、卷帘门、排气风机、水泵等电感性负载或兼而有之的混合供电的三相系列EPS;三是直接给电动机供电的变频系列EPS.不难看出,EPS的应用范围尤为广泛,市场容量颇大,发展前景广阔,谁抓住了这个市场发展方向,谁就会在这个行业中崭露头角.
2应急电源的设计要求 应急电源可以说是近两年才讯猛发展起来的一个新兴产业,相比于发展很成熟的UPS而言,有相同之处,也有不同之处.其相同点在于都具备在市电故障(中断)情况下继续向负载提供交流电源的功能,均采用IGBT逆变技术和脉宽调制PWM技术.不同之处为UPS除了提供应急供电外,还兼备改善市电品质的功能,而EPS则主要解决市电故障时的应急供电问题;UPS主要是为IT行业设备提供用电保障,EPS则适用于各种行业;UPS供电模式要求切换时间很短(0-10ms), EPS则相对较宽(0-4s);EPS所带负载混杂,EPS主要带计算机类的负载EPS对于运行环境要求较高,EPS则要求能适应各种环境;UPS以一般用户监控为主,EPS主要用于应急供电,要求与消防联动;UPS以维护信息传递通为主要目的,EPS以防范重大灾难事故为主要目的.
鉴于EPS的主要设计思想是在市突然由断时提供安全可靠的应急电力供应,有效避免发生灾害时的人身伤亡和财产损失为原则.因此,在设计EPS时应着重考虑其安全性、可靠性、适用性及合理性.
主要有:
(1) 断电转换时间一般在毫秒级(25ms),以保证供电的及时性.
(2) 负载适应能力强,包括电容性、电感性、混合型负载,而且过载能力和抗冲击能力强. (3) 有多路输出,防止输出单一形成的故障.
(4) 有消防联动和远程控制信号,可手动与自动相互转换.
(5) 环境适应能力强,适用于各种恶劣环境,有防止高低温、湿热、盐雾、灰尘、震动及鼠动及鼠咬等措施.
(6) 使用寿命长,有电池快速充电能力和管理能力.
(7) 节能,运行效率高,运行成本低.
(8) 有无人值守、自动操作功能.
(9) 报警功能齐全,能及时提供各种异常状况的报警.
(10) 有强启动功能,避免电池环节保护后无法启动.
(11) 无烟雾、无噪音、无公害等.
(12) 维护简单,维护费用低.
3 EPS的设计原理 3.1应急照明和事故照明类 照明型的EPS一般以单相为主,主要为应急照明场合提供集中供电,比如:商场、娱乐场所、办公场所、交易场所等的灯光指向,应急照明等负载 当输入正常时,市电一路通过转换装置输出给日常照明,另一路通过充电器给电池组充电,当控制器检测到市电中断或异常(偏低或偏高)时,向逆变器发出启动信号,并控制互投转换装置转入逆变器输出.当然,对于EPS的接法不同,还可以把EPS当作二路电源、三路电源使用. 3.2应急照明及混合型负载类 此类型EPS一般适用于负载性质比较复杂的场合,譬如既有照明型负载,又有动力型负载,所以一般以三相居多.适用场合为宾馆、高层建筑、医院、大型商场等. 3.3电机专用的变频启动类 顾名思义,此种类型EPS主要为电机类负载而设计,避免因电机起动过程的大电流冲击而损坏设备.这种EPS被广泛应用于功率电动机负载,比如电梯、消防水泵、大型风机等.与其他EPS的不同之处是此类型EPS一般只有单路输出.
工作方式:当三相输入市电正常时经整流后给逆变器提供直流电,同时给充电器对电池组充电;如果当三相输入断电或异常时,自动转由电池组给变频器提供直流电.当需要电机负载工作时,送给频器会立即输出.从0-50Hz变频,供给电动机进行变频起动,当其频率到达50Hz后保持正常运行.
4 EPS领域的现状 随着科技的不断发展,众多的智能大厦拔地而起,人们对其居住环境提出了更高要求的同时,也提出了电力保障和消防安全问题.但由于EPS的起步较发电机和UPS要晚,直到近两年才迅速发展,人们对其认识的程度还不够,所以在众多应急供电场合,还是以发电机和UPS为主要应急供电方式来实现EPS的功能.就提供应急供电能力而言,这两种方式已暴露出许多不足之处. 4.1 用柴油发电机组作为应急电源 柴油发电机组是目前大部分工程所采用的,也是最常见的应急备用电源,由于柴油发电机的容量较大,可并机运行且连续供电时间长,所以已经有较长的应用历史.然而,无论发电机的启动速度有多快,从停电后使发电机接到启动信号开始,至发电机电压、频率等达到稳定可以供电时为止,至少需要数十秒至数分钟,这段时间,所有用电设备均停止工作,就可能造成少数设备的损坏或生命财产的安全.而EPS的启动一般不会超过25ms,所以不会影响设备的正常工作.
另一方面,柴油发电机应用在应急供电场合,有诸多不利之处,主要有:
(1) 在高层建筑中,柴油发电机组一般放在地下室,设计难度大,造价高,配备进风、冷却、排烟、减震、消音等设施都需要充分考虑.
(2) 存在火灾隐患,其油罐像一个极为危险的物件,万一失火,后果不堪设想.
(3) 日常维护比较频繁,工作量大.
(4) 柴油发电机噪音大,产生公害.
(5) 排烟中有大量的二氧化硫,污染严重,影响环保. 将EPS与柴油发电机的性比价作一个比较:以负载容量为200KW为例,选用EPS时,其额定功率与负载功率为1:1即可,其总价约为60万元左右;而选用柴油发电机时,其额定功率与负载功率应为1.3-1.5:1.所以,200KW的负载,用柴油发电机则需要用250KVA规格,该机组价格为40万元左右,但是除机组本身价格之外,还需油罐(2-3万元)、控制屏(2-3万元)、ATS(2-3万元)、自启动(3-5万元)、噪音治理器(1-2万元)、通风/排烟/冷却等设施(1-3万元)、机组本身消防措施(2-3万元)、后期的维护费用(1-2万元)、专用房屋费用(2-5万元),所以使用柴油发电机的费用除机组本身价格外,还需外加其他辅助装置费用约16-29万元,现以20万元计算,即选用柴油发电机机组的总价格为60万元左右,所以,二者价格差不多.从中也不难看出,如果EPS容量小于200KW时,其价格要小于进口柴油发电机的综合造价.当EPS容量介于200KW-400KW之间时,其价格接近进口柴油发电机的综合造价.因目前消防应急供电场合的负载总容量一般在200KW以下,从投资的长远利益考虑,EPS较柴油发电机经济得多. 4.2用UPS作为应急电源 EPS从原理结构上和UPS大同小异,可以看成是一种离线(后备)式的UPS.UPS不论市电是否正常,它都一直有逆变器供电,即按照“市电输入>整流>逆变>输出”的顺序进行,只有在逆变器故障或过载时才改由旁路输出,当市电正常时,市电通过S输出给负载,同时充电器对电池充电.当控制系统检测到市电停电时,逆变器工作,使切换开关S切换至逆变输出状态,响负载提供电能.
从以上供电系统可以看出,UPS是一种双变换结构的不简断电源,主要为负载提供稳定的高质量电能,不受市电电网影响,而且其转换时间一般在10MS以内,所以,UPS被广泛应用于计算机、程控交换机、医疗设备以及精密电子仪器等不能中断供电的场所.但正因为UPS不仅担负着应急供电外,还担负着改善电力品质的任务,所以其逆变器要连续不断的工作,因此,使用寿命相对较短,一般为5-8年,尤其是电池的更换较为频繁.另一方面,UPS的逆变器长期处于工作中,自身的损耗较大,而且对使用环境要求很高,只能放在计算机或空调房间里. 由于UPS专为IT行业的计算机类和通讯类负载而设计,所以其负载适应能力不及EPS,比如带感性负载和冲击性负载.举例说明,如果应急供电场合含有交流感应式电动机一类的感性负载,那么在UPS的设计选型和使用中就会出现很大问题.由于交流电动机的起动电流通常是其额定电流的5-7倍,而UPS的过载能力标准规定:过载125%时,A类为10min,B类为1min,C类为30s;过载150%时为10s,大于150%时仅200ms.如果想要UPS能承受电动机起动电流的冲击能力,势必要增大UPS的额定容量,这无疑将加大投资,还未必能彻底解决问题.因此,选用UPS作为应急电源,工作既不可靠,还得花费大量资金.
5、选用EPS参考事项 EPS产品的品种归类性差,用电环境复杂,负载类型多,运行环境恶劣,用户应根据实际的电力环境,选择最佳的、合理的配置,可参考以下项目: (1)EPS的主要技术性能(输入范围、过载能力、互投转换时间、保护功能等)是否优越; (2)EPS的电气性能(电网的适应能力、输出能力、管理能力等)是否超群; (3)EPS的系统性能(环境适应能力、噪音、干扰等)是否达标; (4)EPS的物理性能(安装形式、安装尺寸、接线方式、输入、输出路数等)是否合理.
6、结语 EPS种类繁多,何为最佳,见仁见智.上述对EPS的结构、特点、应用作了简单介绍,对用户在选择EPS产品时可能有所裨益.
