应急电源的选择

1、应急电源的选择一、应急电源种类自备应急柴油发电机组；它是以柴油机为动力，拖动工频交流同步发电机 组成的发电设备。快速自启动的发电机组，适用于允许中断供电时间为15s以上 的建筑。应急电源的工作时间应按生产技术上允许的停电时间考虑，当与自动启 动的发电机组配合使用时,不宜少于l0min。自备应急燃气轮发电机组；它是以燃气轮机为动力，拖动工频交流同步发 电机组成的发电设备。UPS不间断电源；它主要以电力变流器储能装置（蓄电池）和开关（电子 和机械式）构成的保证供电连续性的静止型交流不间断电源装置。适用于允许中 断供电时间为毫秒级的负荷。EPS应急电源；由充电器、逆变器、蓄电池、隔离变压器、切换开关

2、等装 置组成的一种把直流电能逆变成交流电能的应急电源。适用于允许中断供电时间 为0.25s以上的负荷有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。适用于自投装置的动 作时间能满足允许中断供电时间1.5s或0.6s以上的应急电源。凡允许停电时间为毫秒级，且容量不大的特别重要负荷，若有可能采用直流电源 者，应采用蓄电池组作为应急电源。二、应急电源系统常用的应急电源可使用独立于正常电源的发电机组、不间断电源或供电网 络中有效地独立于正常电源的专用馈电线路,后者是指保证两个供电线路同时中 断供电的可能性小的线路。为确保对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。在工 程设计中对应其它专业提出

3、的特别重要负荷的要求仔细研究，尽量减少此类负荷 量，但需要双重保安措施者除外。应急电源与正常电源之间必须采取可靠措施的防止其并列运行。目的在于 保证应急电源的专用性，更重要的是防止向系统反送电。大型企业及重要的民用建筑中往往同时使用几种应急电源，为了使各种应急电源 设备密切配合，充分发挥作用，应急电源接线示例（以蓄电池、不间断供电装置、 柴油发电机同时使用为例）见图1。三、柴油发电机组柴油发电机组是以柴油机为动力的发电设备，具有热效率高、启动迅速、结 构紧凑、燃料存储方便、占地面积小、安装工程量小、维护操作简单等特点。在 工程建筑中是作为备用电源或应急电源首选的应急电源。柴油发电机组主要由柴

4、油机（原动机）、发电机和控制屏三部分组成，这些设备可以组装在一个公共底 盘上，形成移动式柴油发电机组，也可以把柴油机和发电机组装在一个公共底盘 上，控制屏和某些附属设备单独设置,形成固定式柴油发电机组。（一）柴油发电机组分类柴油发电机组可分为普通型、普通保护型、自动化型三种类型。普通型机组一般采用一体结构，具备基本的启动、停止、手动操作和仪表显示功能。普通保护型机组在普通型机组的基础上增加了自动保护、报警功能，一般具有水温高、油温高、 油压低报警和停机功能，有的还带有超速(过频)、充电系统故障报警功能，过 负荷和短路保护则由低压断路器来实现。自动化机组自动化机组根据(GB12786-91)标准

5、要求有以下功能：自动维持准备运行状态：机组应急启动和快速加载时的机油压力、机油 温度、冷却水温度应符合产品技术条件的规定；(2 )自动启动，加载：接收自控或遥控指令与市电供电中断时，机组能自动 启动并供电。机组允许三次自动启动，每次启动时间812s，起动间隔510s。 第三次起动失败时，应发出启动失败的声光报警信号。设有备用机组时，应能自 动地将启动信号传递给备用机组，机组自动启动的成功率大于或等于98%，市电 失电后恢复向负荷供电时间一般为820s；对于额定功率不大于250kW柴油发电机，首次加载量大于或等于50%额定负荷， 大于250kW柴油发电机按产品技术条件规定；自动停机：接收自控或遥

6、控的停机指令后，机组应能自动停机，对于与 市电电网并用的备用机组，当电网恢复正常后，机组应能自动切换和自动停机， 由电网向负载供电，其停机方式和停机延迟时间应符合产品技术条件规定；自动并联与解列：接收自控或遥控的并联与解列指令后，两台同型号的 机组应能自动并联与解列。当第一台机组单机运行时功率持续达到产品技术条件 的规定值时，应向第二台机组发出启动指令，使其自动投入并联运行。当两台并 联机组的总输出功率持续减小到小于或等于总额定功率的40%时，自控系统应向 两台并联机组中的一台发出解列和停机的指令。两台机组并联运行时，应能自动分配输出的有功功率和无功功率，其分配差度均 不应超过10%；自动补给

7、机组的燃油、机油，冷却水能够自动补充，机组启动用蓄电池自 动充电；有过载、短路、过速度(或过频率)、冷却水温度过高、机油压力过低 等项的保护装置。并根据需要选设过电压、欠电压、失电压、欠速度(或欠频率)、 机油温度过高、启动空气压力过低、燃油箱油面过低、发电机绕组温度过高等方 面的保护装置；声光信号系统可表明正常或非正常运行；作应急电源用的柴油发电机组应根据GB/T 4712-1996国家标准，应选用 2级以上自动化等级的柴油发电机组，应急机组平时应保持准备启动状态，以保 证应急时能顺利启动。柴油发电机组功率的类别额定功率：(标定功率)在标准环境状况下,大气压Pa=100kPa(750mmHg

8、), 相对湿度(P 0=30%，环境温度T0=250C，在标定转速(额定转速)下的有效功率；2.12h功率：内燃机允许连续运转12h的标定功率；持续功率：在标准环境状况下内燃机允许长期连续运转的功率，一般为额 定功率的90%；超负荷功率：内燃机在标定工况工作之后，可以立即继续发出的最大功率， 一般为额定功率110%，并12h运转期内连续运转1h。柴油发电机组性能等级(见表1)（四）柴油发电机组设置原则符合下列情况之一时，宜设自备应急柴油发电机组。为保证一级负荷中特别重要的负荷用电时；有一级负荷，但取得第二电源有困难或不性价比较低；当中断大、中型商业大厦的供电将会造成秩序混乱和经济上损失较大时。

9、（五）柴油发电机组容量选择备用电站一般只设一台机组，其容量按应急负荷大小和启动大的电动机容 量等因素综合考虑确定；在方案或初步设计阶段，按下述方法估算并选择其中容量最大者：（1）按建筑面积估算，建筑面积在10000m2以上的大型建筑按1520W/m2估算； 建筑面等于或大于10000m2的中小型建筑按1015W/m2估算。（2）按配电变压器容量估算，占配电变压器容量的10%20%。（3）按电动机起动容量估算，当允许发电机端电压瞬时压降为20%时，发电机组 直接启动异步电动机的能力为：每1kW电动机功率需要5kW柴油发电机组功率。 若电动机降压启动或软启动，由于启动电流减小，柴油发电机容量也按相

10、应比例 减小。按电动机功率估算后，然后进行归整，即按柴油发电机组的标定系列估算 容量；在施工图阶段可根据一级负荷、消防负荷以及某些重要的二级负荷容量， 按下述方法计算并选择其中容量最大者；1）按稳定负荷计算发电机容量式中一按稳定负荷计算的发电机视在功率（kVA）；,一发电机总负荷计算效率（kW）；%一所带负荷的综合效率，一般取；方*一发电机额定功率因数，一般取.5一皿。2）按尖峰负荷计算发电机容量式中一按尖峰负荷计算的发电机视在功率（kVA）；足一因尖峰负荷造成电压、频率降低而导致电动功率下降的系数，一般取 农=0.9-0.95；七一发电机允许短时过载系数，一般取一最大的单台电动机或成组电动机

11、的启动容量（kVA）；一 的有功功率（kW）；土一.七的无功功率,kvar；3）按发电机母线允许压降计算发电机容量式中s 一按母线允许压降计算的发电机视在功率（kVA）；发电机母线允许电压降，一般取、，;-匚一发电暂态电抗，一般取n-M;.I一导致发电机最大电压降的电动机的最大起动容量（kVA）。柴油发电机的额定功率系指外界大气压力为101. 325kPa（760mmH g）、大气温 度为20C、相对湿度为50%的情况下能保证连续运行12h的功率（包 括超负荷 110%运行1h）。如连续运行时间超过12h，则应按90%额定功率使用。如气压、 气温、湿度与上述规定不同，应对柴油发电机的额定功率进

12、行修正。全压启动大容量鼠笼型电动机时，母线电压不应低于额定电压的75%或80%。 电动机全压启动允许容量取决于发电机的容量和励磁方式以及电动机的额定启 动容量。宜选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置，选用的柴油发电机组应装设 快速自动启动及电源切换装置，并应具有连续三次自动起动的功能，该机组宜采 用蓄电池启动。四、UPS不间断电源不间断电源是近年来广泛应用的又一类应急电源，它的主要任务是向用户的关键 设备，如互联网数据中心、银行的清算中心和通存通取网控系统、证券交易及期 货贸易系统、民航和铁路的售票系统、卫星地面站及民航的航管调度系统、冶金 及大规模集成电路的流水生产线管理系统、财税信息系

13、统、气象与地震预报和监 控系统等提供高质量的无时间中断的交流电源。（一）UPS的工作原理UPS 一般由整流器、蓄电池、逆变器、静态开关和控制系统组成。在线式UPS在线式UPS首先将市电输入的交流电源变成稳压直流电源，再利用这种直流电源 经逆变器重新被变成稳定的、纯洁的、高质量的逆变器电源。由于采用这种AC -DC和DC-AC双变换型形式，它可完全消除在输入电源中可能出现的任何电源 问题（电压波动、频率波动、谐波失真和各种干扰）。因为它属于将市电电源进 行彻底改造而得到的“再生型”电源。其工作原理框图见图2。整流器将交流电 源经整流滤波变成直流电源供给蓄电池和逆变器。非在线式UPS非在线式UPS

14、主供电通道分补偿及无补偿回路两种。（1）无补偿回路的非在线式UPS工作原理见图3。在市电输入正常时，利用位 于交流旁路通道上的具有低稳压精度的调控特性的稳压电路进行调压控制。向用 户提供稳压且调整精度410%的电源。（2）有补偿回路的非在线式UPS工作原理见图4。在市电输入正常时，利用Delta 变换器对位于主供电通道上的补偿变压器调整不稳定的市电电压，向用户提供稳 压且调整精度为土 l%的电源。非在线式UPS的市电输入端与UPS输出端是没有电隔离的，当市电供电正常时， UPS的输入端（市电电网）与UPS的输出端（用户的设备输入端）是处于电气相 连状态，没有“市电隔离”功能。因此，来自市电电网

15、的各种干扰将极易直接串 入到用户的负载上。只是当市电供电不正常时，UPS才能向用户提供逆变器电源。 显然，非在线式UPS的主要功能是对输入电压的波动问题进行调整，并不能解决 输入电源频率波动、谐波失真和干扰问题。因此，它们都属于仅对市电输入电源 进行不同程度的稳压处理的“改良型”电源。可降低成本和售价。（二）UPS不间断电源设置原则符合下列情况之一时，应设置不间断电源：用电负荷不允许中断供电时（如用于计算机电子数据处理装置、证券交易 及期货贸易系统、民航和铁路的售票系统等）；当用电负荷允许中断供电时间要求在1.5s以内时；重要场所（如监控中心等）的应急备用电源；需要高质量电源，如对电压、频率，

16、波形失真等有较高要求的场所。（三）UPS不间断电源的选择按负荷大小、运行方式、电压及频率波动范围、允许中断供电时间、波形 畸变系数及切换波形是否连续等各项指标确定UPS的选型。为了提高不间断电源装置的供电可靠性和运行灵活性，需装设静止型旁路 开关，其切换时间一般为210ms，应具有如下功能。（1）当逆变装置故障或需要检修时，应及时切换到电网（市电备用）电源供电；（2）当分支回路突然故障短路，电流超过预定值时，应切换到电网（市备用）电 源，以增加短路电流，使保护装置迅速动作，待切除故障后，再启动返回逆变器 供电；（3）带有频率跟踪环节的不间断电源装置，当电网频率波动或电压波动超过额定 值时，应自

17、动与电网解列，频率与电压恢复正常时再自动并网；（4）用市电旁路时，逆变器的频率和相位应与市电锁相同步；对于三相输出的负荷不平衡度，最大一相和最小一相负载的基波均方根电流 之差，不应超过不间断电源额定电流的25%，而且最大线电流不超过其额定值； （6）三相输出系统输出电压的不平衡系数（负序分量与正序分量之比）应不超过 5%；输出电压的波形失真和谐波含量，输出电压的总波形失真度不应超过5% （单 相输出允许10%）。当不间断电源系统内整流器负荷较大时，应注意高次谐波对不间断电源装 置输出电压波形、配出回路保护及对供电电网的影响，必要时应采取吸收高次谐 波的措施表2UPS不间断电源系统设计不间断电源

18、系统时，系统的各级保护装置之间应有选择性地配合。确定不间断电源设备的容量。不间断电源设备输出功率应按下列条件选择不间断电源设备为计算机供电时，单台UPS其输出功率应大于计算机各设备额 定功率总和的1.5倍；为其他用电设备供电时，其输出功率应为最大计算负荷的 1.3 倍。负荷的最大冲击电流应小于或等于不间断电源设备的额定电流的150%。不间断电源装置配套的整流器容量，应大于或等于逆变器需要容量与蓄电池 直供的应急负荷之和。UPS的应急供电时间。不间断电源系统在交流输入发生故障后，为保证用电设备按照操作顺序进行 停机时，其蓄电池的额定放电时间可按停机所需最长时间来确定，一般可取8 15min；当有

19、备用电源时，不间断电源系统在交流输入发生故障后，为保证用电设备 供电连续性并等待备用电源投入，其蓄电池额定放电时间的确定，一般可取10 30min。在供电系统中设有应急发电机的UPS应急供电时间可以短一些；如有特殊要求，其蓄电池额定放电时间可根据负荷特性来确定。UPS不间断电源系统根据用电设备对供电可靠性、连续性、稳定性和电源诸参数质量的要求，不间断 电源宜采用以下系统类型(见表2)。五、EPS应急电源EPS为Emergency Power Supply的简称，意为应急电源。EPS是利用IGBT大功 率模块及相关的逆变技术而开发的一种把直流电能逆变成交流电能的大型应急 电源，它的容量从0.54

20、00kW，是一种新颖的、静态、无公害、免维护无人值 守的、安全可靠的集中供电式应急电源装置。（一）EPS应急电源设置组成EPS应急电源由充电器、逆变器、蓄电池、隔离变压器，切换开关、监控器和显 示、保护等装置及机箱组成。充电器是把电网的交流电能转换成直流电能给蓄电池充电的装置；逆变器是一种把直流电能转换为交流电能的动力变换装置，也是EPS应急电源 的核心部件，目前，正弦波脉宽调制逆变器应用得最为广泛，它能把幅度一定的 高频三角波与可调幅度的50Hz正弦波调制合成新的脉冲波，用以控制功率开关 的导通时间，以改变输出电压的幅值，从而得到电压稳定、频率稳定的正弦波交 流电源；蓄电池是储存电能的装置。

21、当外电源供电时，整流器输出直流电对蓄电池充电； 当外电源中断时，蓄电池向逆变器供电，维持EPS继续工作。蓄电池的容量决定 了 EPS电源在外电源中断时的供电时间。因此，蓄电池的容量应根据实际工程要 求来确定；隔离变压器是把逆变器输出的交流电能经隔离转换的变压装置；切换开关是把电网的交流电能与逆变器送来的交流电能相互切换的装置。当电 网断电后，切换开关就投向逆变器的一端，让逆变器向负荷供电；监控器是检测和监控逆变器、充电器、切换开关工作的EPU装置。监控器包括 网络硬件、软件和通信线路，可向BAS上位机管理系统提供通信协议、检测内容、 数据格式等资料。一台计算机可以监控远端的一台或多台EPS，并

22、且能够对EPS 定时关机、自我检测、系统配置等管理，还可以在监控网上对EPS的输入/输出 电压、电源负载率、频率、充电、电池、温度等状态进行实时监控，也可查阅网 络中的EPS的有关资料。如EPS的名称、位置、类型和历史事件记录等；显示和保护装置是对逆变器进行过载、短路保护及对EPS工作状态进行显示的 装置；机箱是用来组装、固定各部件的金属框架。根据EPS的规格和容量的不同，机 箱可分为嵌墙、壁挂式和落地安装三种。（二）EPS应急电源的工作原理EPS应急电源一般分为两种，不可变频应急电源和可变频应急电源。不可变频EPS应急电源工作原理不可变频EPS应急电源工作原理见图5，当电网有电时，电网电能通过KM1直接 给负载供电。若蓄电池电能不足时，同时通过充电器给蓄电池充电。当电网断电 时，互投装置立即动作将KM1断开，KM2接通，同时逆变器瞬间启动，将蓄电池 的直流电能转变为三相交流380V/50HZ电能，通过KM2给负载进行应急供电。从 电网断电到应急供电切换时间0.10.2秒，且带载投入。当电网恢复供电时，互投装置KM2断开，KM1通，立即由该电网供电。此时，逆 变器关闭停止应急供