EPS应急电源及应用选配(重要)

1、科技信息机械与电子SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2009年第27期EPS 应急电源及应用选配牛彩霞（甘肃省广播电影电视总台无线传输中心甘肃兰州730070）【摘要】简述EPS 应急电源系统的工作原理及主要功能；剖析EPS 应急电源、UPS 不间断电源及发电机组三种应急电源之间的区别；重点介绍常用EPS 的类型及选型要点。【关键词】EPS 应急电源；工作原理；高层建筑；重要负荷；消防负荷；消防联动； 应用选配1EPS 应急电源的兴起及现状随着我国信息化建设的成熟，信息系统已经涵盖了各个领域。计算机类(计算机及其它IT 设备等 设备对供电系统的要求比较高，

2、它不仅要求供电系统保证供电的连续性而且要求提供高质量的电源来保证计算机系统的正常运行。显然，用户不可能左右整个电网的可靠性，但可以积极地做好自身小环境的电力保护。UPS 不间断电源因能有效地解决停电事故时的供电和电力质量不稳定的问题而作为应急电源一直广泛使用着。由于科学技术的不断发展，众多的智能大厦拔地而起，人们在对其居住环境提出更高要求的同时，也提出了电力保障和消防安全问题。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，即使电网设施再先进，意外的断电

3、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，以保障城市供电的可靠。但从企业、工业及民用建筑使用情况来看，仅靠公用电网还远远不够，必须具备应急供电系统，在停电事故突然发生时提供所需的应急电力，以有效降低由于断电而造成的损失，为人们的生产和生活安全提供保障。在EPS 应急电源出现以前，使用发电机组作为特别重要负荷及消防负荷的应急电源，相应带来了环保和后期维护等问题；使用分散式应急灯（自带蓄电池）作为应急照明相应又带来检修及维护等问题，EPS 应急电源的出现，上述问题迎刃而解。EPS 电源装置，是最近十几年世界各国对环境保护日益重视，在防灾方面对人民生命安全及财产少受损失日益重视，在

4、UPS 基础上开发的一种大容量应急电源装置，切换时间小于1s ，容量从02800kW 。EPS 电源主要针对城市中高层建筑的应急照明、消防设施(如消防泵、消防电梯等 以及特别重要负荷(如手术室、急救中心等 。主要应用场所有：机场、体育场馆、码头、车站、影院、广场、商厦、住宅、隧道、娱乐场所、学校、厂房等等，尤其以高层建筑应用尤为突出。EPS 的起步较发电机和UPS 要晚，人们对其认识的程度还不够，所以一直以来在众多的应急供电场合，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。EPS 与发电机组的比较：（1）停电时EPS 逆

5、变自启动时间快，一般小于3秒（特殊要求可小于0.1秒），而备用发电机自启动的也要5-30秒，无自启动功能的需更长时间。（2）EPS 无排气排烟、无噪音、无振动、无公害，而发电机有二氧化硫排放、排烟、噪音特大、有振动、且其油罐像一个极为危险的“炸弹”，万一失火，后果不堪设想，时刻要求防火。（3）EPS 维护简单，可无人值守，自动切换，可计算机监控，而发电机需专人看管，需定期维护。（4）EPS 逆变供电电压频率稳定、波型好、无干扰、效率高，而发电机供电电压频率不稳、效率低。（5）EPS 过载能力强，保护功能完善，与负载的功率匹配比低，一般为1：1即可，投资少，而发电机过载能力弱，保护功能一般，与负

6、载的功率匹配比高，一般为1：1.5，投资大。（6）EPS 一次性投入后基本无后续运行费用，而发电机辅助设施造价高，且后续运行费用多。间的顺利切换。系统控制器对整个系统进行实时监控，可发出告警信号，同时可通过串行口与计算机或Modem 连接，实现对供电系统的微机监控和远程监控。2.2EPS 应急电源的工作原理UPS 电源是随着工业汁算机的应用而发展起来的一种电源装置，要求不间断供电、稳压、滤波等功能。EPS 应急电源从原理、结构上和UPS 大同小异。在线式UPS 不论市电是否正常，它都一直由逆变器供电，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，原理如图1所

7、示。EPS 电源的基本工作原理类似后备式UPS 或逆变器，即市电正常时，市电经EPS 交流旁路通过互投装置（S 开关）直接给负载供电，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，互投装置将立即切换至逆变器输出状态，供电时间由蓄电池的容量决定。当市电恢复正常时，应急电源恢复为市电供电。不同的是：EPS 加强了对负载输出及蓄电池监控检测功能，要求输出波型为正弦波，而且EPS 的设计必须满足消防行业的特殊要求。原理如图2所示。图1UPS 供电系统图2EPS 供电系统EPS 相比于发展成熟的UPS2.3EPS 电源与UPS 电源的比较：2EPS 应急电源系统的组成及工作原理2.1EP

8、S 应急电源系统的组成系统主要包括整流器、充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置等部分。其中逆变器是核心。整流器的作用是将交流电变成直流电，充电器对蓄电池及逆变器模块供电。逆变器的作用则是将直流电变成交流电，给负载稳定持续地供电，互投装置保证负载在市电及逆变器输出而言，有相同之处，也有不同之处。其相同点在于都具备在市电中断情况下继续向负载提供交流电源的功能，均采用了IGBT 逆变技术和脉宽调制(PWM技术。不同之处是（1）UPS 除了提供不间断供电外，还要求提高供电质量，而EPS 则主要解决市电中断时的应急供电问题，仅强调能持续供电这一功能；（2）UPS 主要为IT 行业设备提供用电保障，而EPS

9、 则适用于各种行业；（3）UPS 供电模式要求切换时间很短(010ms ，而EPS 则相对较宽(04s 。（4）UPS 主要带计算机类负载，而EPS 所带负载复杂；(4UPS对于运行环境要求较高，EPS 则要求能适应各种环境；(5UPS以一般用户监控为主，而EPS 主要用于应急供电，要求与消防联动。(6UPS以维持信息传输畅通为主要目的，而EPS 以防范重大灾难事故为主要目的。可以形象地比喻，UPS 以“救数据”为主，而EPS 以“救人”为主。一般EPS 功率较大，机内的逆变器处于备用状态，因此可简单地理解为：EPS 就是大功率后备式UPS 。具有以下特点：科技信息机械与电子SCIENCE &

10、amp;TECHNOLOGY INFORMATION 2009年第27期理。4.EPS 应急电源的应用选配4.1电池组电压的选择传统后备式UPS 电源的输出功率较小、一般仅为0.5-2KVA 左右, 而当今的EPS 的输出功率的“覆盖范围”却可宽达1-400KVA 左右。单相EPS 的输出功率(功率因数cos =0.8为：140KVA 左右，常见的电池组电压有：24Vdc 、48Vdc 、110Vdc 和220Vdc 。三相EPS 的输出功率(cos=0.8为：5500KVA 左右, 常见的电池组电压有：220Vdc 、480Vdc 、600Vdc 和1000Vdc 。在选购大功率EPS 电源

11、时、宜选用的电池组电压为：220V/480VDC。不宜选用的电池组电压为：1000VDC 。4.2切换开关的选择当EPS 电源在执行逆变器电源供电交流旁路供电的切換操作时，执行这种“切換操作”可能产生的供电中断时间，即所谓的切換时间，会因为所配置的转换开关的不同而有所差别。对于釆用电磁式转换开关(例：快速继电器/断路器开关 的EPS 电源来说，其典型的切换时间为：25200毫秒。对于釆用电子式转换开关(可控硅型“静态开关” 的EPS 电源来说，其典型的切换时间为：<1020毫秒。4.3应急照明或事故照明用EPS(1-50KVAKVA按GB17945-2000国家标准(消防应急照明 ：为确

12、保大楼的应照明系统能正常运行，对EPS 电源提出如下基本要求：而且，还需根据所使用的应急照明灯具的不同来选配EPS 的输出功率和机型。（a ）普通的应急照明灯：由于应急照明灯的功耗是用有功功率KW 来标注的，而EPS 逆变器的输出功率是用功率因数Cos =0.8(滞后 时的视在功率KVA 来标注的。所以，实际选用的EPS 的满载输出功率应为：KVA=KW/0.8。（b ）应急照明灯为荧光灯时，所选用EPS 的满载输出功率应为：KVA=（1.31.5）KW/0.8。其原因是荧光灯在启动时，有较大的“启动浪涌”电流。（c ）应急照明灯具为高压气体灯时(如：高压钠灯、高压钯灯等 ，宜选用切换时间&l

13、t;20ms的EPS 产品。这是因为：如果高压气体灯的供电“中断时间”超过20ms 时，有可能使气体发光灯中的放电电弧熄灭/中断。一旦发生放电电弧中断现象，即使马上供电，也可能导致长达分钟数量级的灯具熄灭现象。原因是它需要足够长的时间来重新预热高压气体灯中的灯丝。显然，对大型体育馆和演出场地的照明系统来说，是不允许出现这种故障的。44应急照明+电动机混和型负载用EPS(三相，5400KVA为了正确地选择EPS 的输出功率，应首先分别统计电阻性照明负载与电感性电机负载的比例。对电机负载而言，因所选机型及工作方式的不同，它的启动电流可能高达5-10倍额定工作电流。为确保电机及EPS 本身的安全运行

14、，对这部份电机负载而言，不仅要求所选EPS 的输出功率应为6倍以上电机的标称功耗。而且，还宜选用其切换时间<10-15ms的EPS 机型。45带电机负载的EPS451釆用电机“硬启动”工作方式对于这种EPS 的输出功率的选用方案同于(4中所述。釆用这种方案的优点是：不管在市电供电中断时，还是在市电恢复正常工作时，EPS 均可确保电机的连续运行。其缺点是：需选用大功率的EPS ，成本较高。452选用带变频启动功能的电机专用型EPS为降低EPS 的输出功率和降低投资成本, 此时，EPS 的输出功率只需取1.21.4倍电机的额定功率就可满足要求。3. EPS 应急电源的分类目前市场上EPS 品

15、牌众多，根据所带负载种类大致可为以下三种：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 。3.1应急照明和事故照明类的照明型EPS一般以单相为主，主要为应急照明场合（如商场、娱乐场所、办公场所、交易场所等）提供集中供电，如图3所示。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。图3照明EPS 的供电系统3.2应急照明及混合型负载类的照明/动力混合型EPS一般适用于负载性质比较复杂的场合，比如既有照明型负载，又有

16、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。如图4所示。图4混合负载型EPS 供电系统3.3电机专用的变频起动类的动力型EPS广泛应用于大功率电动机负载，如电梯、消防水泵、大型风机等。可避免因电机起动过程中的大电流冲击而损坏设备。与其他EPS 不同之处是此类EPS 一般只有单路输出，如图5所示。当输入的三相市电正常时，经整流后给逆变器提供直流电，同时经充电器对电池组充电；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，送给变频器启动信号(运行信号、远程控制信号等 ，变频器会立即输出。从050Hz 变频，供给电动机进行变频起动，当其

17、频率到达50Hz 后保持正常运行。5EPS 应急电源与分散式的应急电源比较图5电机专用型EPS 的供电系统分散式应急电源方式在目前的消防应用中最为广泛，但只局限于应急照明。随着楼宇智能化的普及和消防安全设施的（下转第479页 ）科技信息机械与电子SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2009年第27期3.2软件故障软件故障是指CIR 设备本身软件运行造成的问题。例如控制单元程序丢失，B 子架程序丢失，造成车次号进入B 子架后堵塞或不能正常解码，重新灌入程序或者更换良好B 子架后，故障即消失。有时因GPS 数据有误，造成无法有效识别个别地点的站名，GPS 正常接

18、收数据后，现象即可消失。软件故障具有一定的随机性，有时会反复出现，需要认真观察、分析判断，才能及时排除。3.3设备故障任何设备在长期使用后，由于使用频率、使用环境、元器件老化、人为原因等都会引起设备发生故障。常见的设备故障包括以下几个方面。排除。对SIM 卡和模块进行更换，排除故障。查连接线，排除故障。以更换，排除故障。另外，由于CIR 的天线安装在车顶，处于裸露状态，而列车的运行速度又非常快，有时会因外物撞击而使天线损坏，造成传输、通话不良，经测量驻波比以及目测确认天线损坏后，应通知调度将车调到安全地点，进行天线的更换，以解除故障。对于设备故障一是要在故障发生时，及时判断、排除；二是要在平时

19、检修中，精检细修，防患于未然。3.4关联故障由于GSM-R 是一个综合传输平台，在开车后接收从TAX 箱传来的各类列车信息，以便与地面进行传输，因此，TAX 箱传输数据的正确与否至关重要，否则将严重干扰列车的正常行驶。列车出库后，机车号注册错误，列车始终无法接收到进路信息。故障分析及处理方法：经添乘观察及与LKJ 人员共同分析，是TAX 箱向CIR 传输时，由于对CIR 系统的兼容性不良，误传了一个错误的号码。经与LKJ 厂家技术人员共同处理后，故障排除。车次号为D602的车次运行期间，车次号有时发生跳变，因而造成CIR 车次号来回注销、注册，影响了正常的语音与数据通信。故障分析及处理方法：对

20、监控数据的进一步分析发现：D602车次TAX 箱每隔一段时间接受一次相同错误的车次号数据，间隔无规律，有时几分钟，有时几十分钟，车次号中车次种类标识符（20H ，20H ，44H ，16H ）和车次数字部分（02H ，00H ，20H ）是错误的，正确车次种类标识符为（20H ，20H ，20H ，44H ），车次数字部分为（5aH ，02H ，00H ），具体数据见下表：通知LKJ ，由TAX 箱厂家对数据进行修正后，故障不再出现。日期时间机车号车次号(01,31(2C,01 3050030030500300305003003050030030500300305003003050030030

21、500300D602D602车次号车次数字部分5a 02000200200200200200205a 020002002002002002002006:46:2406:52:2807:38:3207:38:3208:06:4208:49:4809:49:543.5其他故障CIR 设备在运行中，不断会有新的故障发生，而我们也在不断排除这些故障的过程中摸索和积累经验。故障现象：CRH5型动车组在胶济线运行后，时常会发生车站呼叫不到机车的情况（车站是利用车次号呼叫机车），而车上显示车次号注册正常。故障分析及处理方法：经检查，发现车次号有被占用的现象。经与LKJ 厂家技术人员协调得知，LKJ 设计了一

22、个自动车次号更改程序，即列车在上、下行转换时，车次号自动加、减一个数字，因此转换后，动车组的另一端自动转换车次号并注册，有时恰好与运用的车次号重复。找到原因后，与机务协商，在换端时，由司机将不用一端的CIR 关闭，从而避免了这一现象的发生。4. 维修经验总结4.1故障处理应遵循以下几个步骤：接到故障申告后，立即与网管联系，了解网络的运行情况，初步判断故障原因。能够快速判断出是网络故障还是设备本身原因。加强与乘务人员的联系，了解故障现象，判断故障原因，排除故障。运行中的设备故障未排除时，应立即汇报，携带相应备品、工具添乘检查，择机处理。遇有疑难故障，及时与厂家技术人员联系，迅速判断、排除故障。平时加强学习，多交流，提高技术业务水平。4.2建立全网全局概念。