EPS的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
(2005-11-10 10:49:01)　人氣：1024
EPS的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 上海青辰集團(tuán)　　肖先生(13338691205) * 引言 EPS也稱應(yīng)急電源,即英文Emergency Power Supply的簡(jiǎn)稱,被廣泛應(yīng)用于建筑電氣領(lǐng)域和特殊應(yīng)急供電場(chǎng)合。隨著社會(huì)發(fā)展，越是信息化，現(xiàn)代化，就越依賴于電力。突然的斷電必然會(huì)給人們正常的生活秩序和學(xué)習(xí)帶來(lái)影響，尤其是對(duì)于生產(chǎn)、生活中特別重要的負(fù)荷，一旦中斷供電，將會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。然而，電力故障具有突發(fā)性，不以人們的意志為轉(zhuǎn)移，即使電網(wǎng)設(shè)施再先進(jìn)，意外的斷電也在所難免。目前，城市供電系統(tǒng)的安全對(duì)策一般是采用并網(wǎng)供電，為城市電力提供可靠的電源保護(hù)。但從企業(yè)及工業(yè)，民用建筑使用情況來(lái)看，僅僅靠公用電網(wǎng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須具備應(yīng)急供電系統(tǒng)EPS，其重要性是在事故發(fā)生的情況下確保提供所需的應(yīng)急電力，以有效降低因?yàn)閿嚯姸�造成的損失，為人們生產(chǎn)和生活安全提供保障。因此，EPS也被稱為“城市生命線系統(tǒng)”的重要組成部分。 1應(yīng)急電源的分類 目前市場(chǎng)上的EPS品牌眾多，大家在設(shè)計(jì)方面所采用的控制方式和控制手段不盡相同，但針對(duì)所帶負(fù)載的種類大致可以歸納為以下三種：一是主要用于應(yīng)急照明和事故照明的單相EPS；二是用于應(yīng)急照明、事故照明之外，還有應(yīng)用于空調(diào)、電梯、卷簾門、排氣風(fēng)機(jī)、水泵等電感性負(fù)載或兼而有之的混合供電的三相系列EPS；三是直接給電動(dòng)機(jī)供電的變頻系列EPS。不難看出，EPS的應(yīng)用范圍尤為廣泛，市場(chǎng)容量頗大，發(fā)展前景廣闊，誰(shuí)抓住了這個(gè)市場(chǎng)發(fā)展方向，誰(shuí)就會(huì)在這個(gè)行業(yè)中嶄露頭角。 2應(yīng)急電源的設(shè)計(jì)要求 應(yīng)急電源可以說(shuō)是近兩年才訊猛發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，相比于發(fā)展很成熟的UPS而言，有相同之處，也有不同之處。其相同點(diǎn)在于都具備在市電故障（中斷）情況下繼續(xù)向負(fù)載提供交流電源的功能，均采用IGBT逆變技術(shù)和脈寬調(diào)制PWM技術(shù)。不同之處為UPS除了提供應(yīng)急供電外，還兼?zhèn)涓纳剖须娖焚|(zhì)的功能，而EPS則主要解決市電故障時(shí)的應(yīng)急供電問(wèn)題；UPS主要是為IT行業(yè)設(shè)備提供用電保障，EPS則適用于各種行業(yè)；UPS供電模式要求切換時(shí)間很短（0-10ms）, EPS則相對(duì)較寬（0-4s）；EPS所帶負(fù)載混雜，EPS主要帶計(jì)算機(jī)類的負(fù)載EPS對(duì)于運(yùn)行環(huán)境要求較高，EPS則要求能適應(yīng)各種環(huán)境；UPS以一般用戶監(jiān)控為主，EPS主要用于應(yīng)急供電，要求與消防聯(lián)動(dòng)；UPS以維護(hù)信息傳遞通為主要目的，EPS以防范重大災(zāi)難事故為主要目的。 鑒于EPS的主要設(shè)計(jì)思想是在市突然由斷時(shí)提供安全可靠的應(yīng)急電力供應(yīng)，有效避免發(fā)生災(zāi)害時(shí)的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失為原則。因此，在設(shè)計(jì)EPS時(shí)應(yīng)著重考慮其安全性、可靠性、適用性及合理性。主要有： （1） 斷電轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在毫秒級(jí)（25ms）,以保證供電的及時(shí)性。 （2） 負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)，包括電容性、電感性、混合型負(fù)載，而且過(guò)載能力和抗沖擊能力強(qiáng)。 （3） 有多路輸出，防止輸出單一形成的故障。 （4） 有消防聯(lián)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制信號(hào)，可手動(dòng)與自動(dòng)相互轉(zhuǎn)換。 （5） 環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于各種惡劣環(huán)境，有防止高低溫、濕熱、鹽霧、灰塵、震動(dòng)及鼠動(dòng)及鼠咬等措施。 （6） 使用壽命長(zhǎng)，有電池快速充電能力和管理能力。 （7） 節(jié)能，運(yùn)行效率高，運(yùn)行成本低。 （8） 有無(wú)人值守、自動(dòng)操作功能。 （9） 報(bào)警功能齊全，能及時(shí)提供各種異常狀況的報(bào)警。 （10） 有強(qiáng)啟動(dòng)功能，避免電池環(huán)節(jié)保護(hù)后無(wú)法啟動(dòng)。 （11） 無(wú)煙霧、無(wú)噪音、無(wú)公害等。 （12） 維護(hù)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低。 3 EPS的設(shè)計(jì)原理 3.1應(yīng)急照明和事故照明類 照明型的EPS一般以單相為主，主要為應(yīng)急照明場(chǎng)合提供集中供電（見(jiàn)圖1），比如：商場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)所、辦公場(chǎng)所、交易場(chǎng)所等的燈光指向，應(yīng)急照明等負(fù)載 當(dāng)輸入正常時(shí)，市電一路通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置輸出給日常照明，另一路通過(guò)充電器給電池組充電，當(dāng)控制器檢測(cè)到市電中斷或異常（偏低或偏高）時(shí)，向逆變器發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，并控制互投轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)入逆變器輸出。當(dāng)然，對(duì)于EPS的接法不同，還可以把EPS當(dāng)作二路電源、三路電源使用。 3.2應(yīng)急照明及混合型負(fù)載類 此類型EPS一般適用于負(fù)載性質(zhì)比較復(fù)雜的場(chǎng)合，譬如既有照明型負(fù)載，又有動(dòng)力型負(fù)載，所以一般以三相居多（見(jiàn)圖2）。適用場(chǎng)合為賓館、高層建筑、醫(yī)院、大型商場(chǎng)等。 3.3電機(jī)專用的變頻啟動(dòng)類 顧名思義，此種類型EPS主要為電機(jī)類負(fù)載而設(shè)計(jì)，避免因電機(jī)起動(dòng)過(guò)程的大電流沖擊而損壞設(shè)備。這種EPS被廣泛應(yīng)用于功率電動(dòng)機(jī)負(fù)載，比如電梯、消防水泵、大型風(fēng)機(jī)等。與其他EPS的不同之處是此類型EPS一般只有單路輸出，見(jiàn)圖3。 工作方式：當(dāng)三相輸入市電正常時(shí)經(jīng)整流后給逆變器提供直流電，同時(shí)給充電器對(duì)電池組充電；如果當(dāng)三相輸入斷電或異常時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)由電池組給變頻器提供直流電。當(dāng)需要電機(jī)負(fù)載工作時(shí)，送給頻器會(huì)立即輸出。從0-50Hz變頻，供給電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻起動(dòng)，當(dāng)其頻率到達(dá)50Hz后保持正常運(yùn)行。 4 EPS領(lǐng)域的現(xiàn)狀 隨著科技的不斷發(fā)展，眾多的智能大廈拔地而起，人們對(duì)其居住環(huán)境提出了更高要求的同時(shí)，也提出了電力保障和消防安全問(wèn)題。但由于EPS的起步較發(fā)電機(jī)和UPS要晚，直到近兩年才迅速發(fā)展，人們對(duì)其認(rèn)識(shí)的程度還不夠，所以在眾多應(yīng)急供電場(chǎng)合，還是以發(fā)電機(jī)和UPS為主要應(yīng)急供電方式來(lái)實(shí)現(xiàn)EPS的功能。就提供應(yīng)急供電能力而言，這兩種方式已暴露出許多不足之處。 4.1 用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源 柴油發(fā)電機(jī)組是目前大部分工程所采用的，也是最常見(jiàn)的應(yīng)急備用電源，由于柴油發(fā)電機(jī)的容量較大，可并機(jī)運(yùn)行且連續(xù)供電時(shí)間長(zhǎng)，所以已經(jīng)有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。然而，無(wú)論發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)速度有多快，從停電后使發(fā)電機(jī)接到啟動(dòng)信號(hào)開始，至發(fā)電機(jī)電壓、頻率等達(dá)到穩(wěn)定可以供電時(shí)為止，至少需要數(shù)十秒至數(shù)分鐘，這段時(shí)間，所有用電設(shè)備均停止工作，就可能造成少數(shù)設(shè)備的損壞或生命財(cái)產(chǎn)的安全。而EPS的啟動(dòng)一般不會(huì)超過(guò)25ms，所以不會(huì)影響設(shè)備的正常工作。 另一方面，柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)用在應(yīng)急供電場(chǎng)合，有諸多不利之處，主要有： （1） 在高層建筑中，柴油發(fā)電機(jī)組一般放在地下室，設(shè)計(jì)難度大，造價(jià)高，配備進(jìn)風(fēng)、冷卻、排煙、減震、消音等設(shè)施都需要充分考慮。 （2） 存在火災(zāi)隱患，其油罐像一個(gè)極為危險(xiǎn)的“炸彈”，萬(wàn)一失火，后果不堪設(shè)想。 （3） 日常維護(hù)比較頻繁，工作量大。 （4） 柴油發(fā)電機(jī)噪音大，產(chǎn)生公害。 （5） 排煙中有大量的二氧化硫，污染嚴(yán)重，影響環(huán)保。 將EPS與柴油發(fā)電機(jī)的性比價(jià)作一個(gè)比較：以負(fù)載容量為200KW為例，選用EPS時(shí)，其額定功率與負(fù)載功率為1：1即可，其總價(jià)約為60萬(wàn)元左右；而選用柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，其額定功率與負(fù)載功率應(yīng)為1.3-1.5：1。所以，200KW的負(fù)載，用柴油發(fā)電機(jī)則需要用250KVA規(guī)格，該機(jī)組價(jià)格為40萬(wàn)元左右，但是除機(jī)組本身價(jià)格之外，還需油罐（2-3萬(wàn)元）、控制屏（2-3萬(wàn)元）、ATS（2-3萬(wàn)元）、自啟動(dòng)（3-5萬(wàn)元）、噪音治理器（1-2萬(wàn)元）、通風(fēng)/排煙/冷卻等設(shè)施（1-3萬(wàn)元）、機(jī)組本身消防措施（2-3萬(wàn)元）、后期的維護(hù)費(fèi)用（1-2萬(wàn)元）、專用房屋費(fèi)用（2-5萬(wàn)元），所以使用柴油發(fā)電機(jī)的費(fèi)用除機(jī)組本身價(jià)格外，還需外加其他輔助裝置費(fèi)用約16-29萬(wàn)元，現(xiàn)以20萬(wàn)元計(jì)算，即選用柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組的總價(jià)格為60萬(wàn)元左右，所以，二者價(jià)格差不多。從中也不難看出，如果EPS容量小于200KW時(shí)，其價(jià)格要小于進(jìn)口柴油發(fā)電機(jī)的綜合造價(jià)。當(dāng)EPS容量介于200KW-400KW之間時(shí)，其價(jià)格接近進(jìn)口柴油發(fā)電機(jī)的綜合造價(jià)。因目前消防應(yīng)急供電場(chǎng)合的負(fù)載總?cè)萘恳话阍?00KW以下，從投資的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，EPS較柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)得多。 4.2用UPS作為應(yīng)急電源 EPS從原理結(jié)構(gòu)上和UPS大同小異，可以看成是一種離線（后備）式的UPS，如圖4所示。UPS不論市電是否正常，它都一直有逆變器供電，即按照“市電輸入>整流>逆變>輸出”的順序進(jìn)行，只有在逆變器故障或過(guò)載時(shí)才改由旁路輸出。 而EPS如圖所示，當(dāng)市電正常時(shí)，市電通過(guò)S輸出給負(fù)載，同時(shí)充電器對(duì)電池充電。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到市電停電時(shí)，逆變器工作，使切換開關(guān)S切換至逆變輸出狀態(tài)，響負(fù)載提供電能。 從以上供電系統(tǒng)圖可以看出，UPS是一種雙變換結(jié)構(gòu)的不簡(jiǎn)斷電源，主要為負(fù)載提供穩(wěn)定的高質(zhì)量電能，不受市電電網(wǎng)影響，而且其轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在10MS以內(nèi)，所以，UPS被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、程控交換機(jī)、醫(yī)療設(shè)備以及精密電子儀器等不能中斷供電的場(chǎng)所。但正因?yàn)閁PS不僅擔(dān)負(fù)著應(yīng)急供電外，還擔(dān)負(fù)著改善電力品質(zhì)的任務(wù)，所以其逆變器要連續(xù)不斷的工作，因此，使用壽命相對(duì)較短，一般為5-8年，尤其是電池的更換較為頻繁。另一方面，UPS的逆變器長(zhǎng)期處于工作中，自身的損耗較大，而且對(duì)使用環(huán)境要求很高，只能放在計(jì)算機(jī)或空調(diào)房間里。 由于UPS專為IT行業(yè)的計(jì)算機(jī)類和通訊類負(fù)載而設(shè)計(jì)，所以其負(fù)載適應(yīng)能力不及EPS，比如帶感性負(fù)載和沖擊性負(fù)載。舉例說(shuō)明，如果應(yīng)急供電場(chǎng)合含有交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)一類的感性負(fù)載，那么在UPS的設(shè)計(jì)選型和使用中就會(huì)出現(xiàn)很大問(wèn)題。由于交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流通常是其額定電流的5-7倍，而UPS的過(guò)載能力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：過(guò)載125%時(shí)，A類為10min，B類為1min，C類為30s；過(guò)載150%時(shí)為10s，大于150%時(shí)僅200ms。如果想要UPS能承受電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的沖擊能力，勢(shì)必要增大UPS的額定容量，這無(wú)疑將加大投資，還未必能徹底解決問(wèn)題。因此，選用UPS作為應(yīng)急電源，工作既不可靠，還得花費(fèi)大量資金。 5、選用EPS參考事項(xiàng) EPS產(chǎn)品的品種歸類性差，用電環(huán)境復(fù)雜，負(fù)載類型多，運(yùn)行環(huán)境惡劣，用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際的電力環(huán)境，選擇最佳的、合理的配置，可參考以下項(xiàng)目： （1）EPS的主要技術(shù)性能（輸入范圍、過(guò)載能力、互投轉(zhuǎn)換時(shí)間、保護(hù)功能等）是否優(yōu)越； （2）EPS的電氣性能（電網(wǎng)的適應(yīng)能力、輸出能力、管理能力等）是否超群； （3）EPS的系統(tǒng)性能（環(huán)境適應(yīng)能力、噪音、干擾等）是否達(dá)標(biāo)； （4）EPS的物理性能（安裝形式、安裝尺寸、接線方式、輸入、輸出路數(shù)等）是否合理。 6、結(jié)語(yǔ) EPS種類繁多，何為最佳，見(jiàn)仁見(jiàn)智。上述對(duì)EPS的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用作了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)用戶在選擇EPS產(chǎn)品時(shí)可能有所裨益。