应急电源在工程实践中的运用

随着国家经济的迅速发展，功能愈发完善的建筑对供电的要求也有提高的态势。根据国家规范，电力负荷根据其重要性和中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度，将各种用电设施负荷分为一、二、三级。各负荷等级的用电设备对电源的要求各不相同：一级负荷中特别重要的负荷除了满足两个独立的电源供电外，还必须增设应急电源；一级负荷应由两个独立的电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不会同时受到损坏，以继续供电；二级负荷应由两回线路供电，供电变压器亦应有两台，做到当发生电力变压器故障或电力线路常见故障时不致中断供电或中断后能迅速恢复。
随着社会的进步和发展，人类的理念已经逐步由平面变为立体，居住及办公空间亦是如此，人类已经习惯向“上”要空间。高层、超高层已成为社会进步不可避免的发展趋势。近年来，节能、环保已深入到社会中每一个环节，这就要求我们在进行电气设计时，做到以最可靠、最简单、最经济的方案来满足各负荷等级用电设备对电源的要求。
在西安地区一般采用的是环网供电，不能满足双电源供电的要求，因此在平常的设计中，经常采用自备柴油发电机组作为第二电源，从而满足各一、二级负荷及重要负荷的要求。但在设计柴油发电机房的时候，需要考虑一系列的问题：柴油发电机房的大小，机组的运输通道，进、排风口及烟道的设置，另外还须请环保公司对柴油发电机房进行专门的环保设计，以使其产生噪声及排放的烟气达到要求。而且在做消防设计时，因为柴油发电机组的存在，须增加CO2气体灭火系统。因此，每次在设计柴油发电机组时，都得与各专业反复协调，既要考虑建筑的美观，又要满足柴油发电机组运行的要求。
最近，接触到EPS应急电源，觉得方便、实用，在几个工程中运用后，效果显著。实践证明EPS应急电源装置在最为第二电源供电时具有得天独厚的优势。

一、EPS应急电源的特点
EPS应急电源系统主要包括整流充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置和系统控制器等部分。其中逆变器是核心，通常采用DSP或单片CPU对逆变部分进行SPWM调制控制，使之获得良好的交流波形输出；整流充电器的作用是在市电输入正常时，实现对蓄电池组适时充电；逆变器的作用则是在市电非正常时，将蓄电池组存储的直流电能变换成交流电输出，供给负载设备稳定持续的电力；互投装置保证负载在市电及逆变器输出间的顺利切换；系统控制器对整个系统进行实时控制，并可以发出故障告警信号和接收远程联动控制信号，并可通过标准通讯接口由上位机实现EPS系统的远程监控。 EPS电源既可以消防联动，也可实现远程或楼宇智能监控，且其启动时间≤0.1s，大大小于柴油发电机的启动时间，总投资与柴油发电机组相近。
EPS应急电源规格很多，按输入方式可分为单相220V和三相380V；按输出方式可分为单相、三相及单、三相混合输出；安装形式有落地式、壁挂式和嵌墙式三种；容量有从0.5KW到800KW各个级别；按服务对象可分为动力负载和应急照明两种；其备用时间一般有90~120分钟，如有特殊要求还可按设计要求配置备用时间，满足规范中要求疏散照明时间大于30分钟的要求，因此EPS应急电源能满足我们一般工程中的需要。
二、EPS应急电源与柴油发电机组的优劣性比较
柴油发电机组特点：
柴油发电机使用范围广，入门简单，可用于各类性建筑，启动需要5~30s时间，排烟中存在大量二氧化硫，严重影响环境质量，不符合现今环保要求；在高层建筑中，柴油机组一般放在地下室，增加设计难度，且需要考虑设备运输、进风、排烟、降噪等因素；柴油发电机运行时需要可燃油，存在安全隐患，需要特别设置消防设施。
EPS应急电源特点：
应急电源在停电时，能在不同场合为各种用电设备供电。它适用范围广、负载适应性强、安装方便、效率高。采用集中供电的应急电源可克服其他供电方式的诸多缺点。减少不必要的电能浪费。在应急事故、照明等用电场所，具有更高的性能价格比。
三、EPS应急电源的设置
EPS应急电源灵活、方便，工程设计中可以根据需要集中设置，或
分散就地设置。其典型的工作原理图如下。
（1）作为第二路电源，就地设置EPS见图1

　　  
 
此种方案适用于小型工程，既不能从市政取得第二电源，单独设置柴油发电机房又不经济，因此最好采用此方法。在笔者设计过的工程实例中，有许多高层住宅地下室仅是设备房，没有裙房，只有生活泵、消防泵及电梯等，按规范要求这些设备需要双电源供电，且需末端切换。考虑到所需备用容量不大，单独设置一台柴油发电机组不经济。笔者在地下室水泵房和顶层电梯机房各设一台EPS应急电源，经过施工、调试，运行情况很好，且这种方案还减少了因末端切换所需的电缆，既经济又方便。

作为第二路电源与变电所相连，集中设置见图2：

这种方案适用于较大工程，各风机、水泵、电梯及其他消防设备的数量多，单台设备用电量大，采用此种方案比就地设置经济。
在我们设计的每个工程中，可以根据不同情况选择不同的方案，也可以在一个工程中既就地设置EPS应急电源，又在变电所集中设置。另外，EPS应急电源还可提供带变频功能的应急电源系统。总之，EPS应急电源的应用非常方便、灵活，使我们的电气设计有了更多的选择。
四、EPS应急电源工作原理图

从EPS的工作原理图中可以看出，EPS电源装置在供电网络正常为负载供电时，其EPS应急供电系统是处于睡眠状态的，只在应急状态下，才为负载供电，EPS的这种供电方式，也满足了应急消防电源的供电要求；同时，EPS的切换时间均不超过0.2s，满足规范不超过5s的要求。
五、EPS应急电源的容量计算
我们在选择EPS应急电源时，容量计算很关键，下面是EPS应急电源的几种容量计算方法。
（1）当EPS带多台电动机且都同时启动时：
EPS容量=带变频启动电动机功率之和+带软启动电动机功率之和×2.5+带星三角启动机功率之和×3+直接启动电动机功率之和×5。
（2）当EPS带多台电动机且都分别单台启动时（不是同时启动）：
EPS容量=各个电动机功率之和，但必须满足以下条件：
上述电动机中直接启动的最大的单台电动机功率是EPS的容量的1/7；
星三角启动的最大的单台电动机功率是EPS容量的1/4；
软启动的最大单台电动机功率是EPS容量的1/3；
变频启动的最大的单台电动机功率不大于EPS的容量；
如果不满足上述条件，则应按上述条件中的最大数调整EPS的容量，电动机启动时的顺序应为直接启动的在先，其次是星三角启动，再是软启动，最后是变频启动。
（3）当EPS带混合负载时：
EPS容量=所有负载总功率之和，但必须满足以下条件，若不满足，则按其中最大的容量来确定EPS的容量。
负载中直接同时启动的电动机功率之和是EPS容量的1/7；
负载中星三角同时启动的电动机功率之和是EPS的容量的1/4；
软启动的电动机功率之和是EPS容量的1/3；
变频启动的电动机功率之和不大于EPS的容量；
同时启动的电动机当量功率之和不大于EPS的容量。
电动机当量功率=变频且同时启动电动机功率之和+带软启动且同时启动电动机功率之和×2.5+星三角且同时启动电动机功率之和×3+直接同时启动电动机功率之和×5。
若电动机前后启动时间差大于1分钟，可不视为同时启动。
同时启动的所有负载当量功率之和不大于EPS的容量；同时启动的所有负载当量功率之和=同时启动的非电动机负载总功率×功率因数+电动机当量功率。
由此可见，EPS作为一种绿色新型能源可作为应急供电电源，笔者认为在今后的发展过程过，EPS必将逐步淘汰污染较大的发电机组，成为近年来不可替代的第二电源。