EPS应急电源应用浅析

李 秀，高伟杰，刘虎平

0 引言

随着我国现代化建设，科技进步、人民生活水平的提高和电力电子技术的飞速发展，高科技产品与人们的工作、生活的关系日益密切，而高科技产品及重要的生产设备都离不开可靠稳定的应急电源。目前应急电源广泛应用于建筑电气领域和特殊应急供电场所，有效避免发生灾害时的人身伤亡和财产损失。根据用电设备的性质，合理地选择安全、可靠的应急电源。

1 应急电源

1.1 应急电源种类

应急电源种类可分为以下五类：1）独立于正常电源的发电机组；2）UPS不间断电源；3）EPS应急电源；4）带自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路；5）蓄电池。

1.2 应急电源应用场合

根据用电设备负荷的容量以及生产工艺要求的允许中断供电时间的要求，来选择合适的应急电源。

柴油发电机一般起动时间在15 s左右，适用于生产上允许中断时间为15 s以上的供电，如冶炼厂主厂房循环水泵、消防水泵等，民用建筑中的消防水泵、消防风机。

UPS不间断电源装置，适用于容量不大且允许停电时间为毫秒级的用电设备，如实物保护电源、DCS控制系统等，其供电时间一般为30 min。

EPS电源供电切换时间为0.1～0.25 s，且应急供电时间相对于UPS时间稍长，一般为60、90、120 min，还可根据总体供电系统及负荷性质，选择更长的备用时间。EPS电源与UPS相比所带负荷容量比UPS大。

专用馈电线路适用于中断供电时间0.6 s以上的用电负荷，但根据近年来实际生产经验表明，电力系统为整个大电网，供电网络中的专用馈电线路很难保障。

蓄电池适合容量不大且为直流电源的用电设备。

1.3 应急电源系统

工程设计中，大型工业企业、科技园区以及重要的民用建筑中往往同时使用几种应急电源，电气设计人员应统筹考虑，根据工艺、给排水、暖通、通信等专业提出的重要负荷进行仔细研究，确保其对负荷等级的划分准确，并为其配置合理的应急电源装置，使各种应急电源设备密切配合，充分发挥作用。典型的含UPS、EPS、柴油发电机同时使用应急电源系统接线示例如图1所示。这样UPS、EPS的后备时间可选择小一点，节省投资。

图1 应急电源系统接线示例

2 逆变应急电源EPS

2.1 EPS简介

逆变应急电源EPS(Emergency Power Supply)，是利用IGBT大功率模块以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装置，由蓄电池、充电器、互投转换装置、充电器、控制器、保护装置及机柜等组成。它的额定输出功率范围较广，最高可达1 MW。供电时间由其所带的蓄电池容量决定。EPS应急电源是一种新型的、静态无公害的免维护无人值守的安全可靠的集中供电式应急电源设备，适用于电感性及混合性的照明负荷。

2.2 EPS的种类及其应用场所

目前各EPS生产厂制造的品种繁多，笔者认为根据所带负荷性质不同，大致可分为两大类：应急照明集中电源型和动力型EPS应急电源。

（1） 应急照明集中电源型

此类应急电源一般用在工业、民用等以单相为主的应急照明场合，为应急照明提供集中供电。相比分散的自带蓄电池的应急照明系统，具有维修方便、经济等特点，是非常普遍的用法。原理图见图2。

（2）动力型EPS应急电源

此类型EPS应急电源广泛应用于风机、水泵等为消防设施或一级负荷中的电动机提供的一种三相应急电源系统，由于其可实现消防联动、计算机监控、无噪音、无排放，性能稳定、安全可靠等优点，被EPS厂家进行广泛宣传，并大量地应用在消防系统中。动力型EPS分为可变频和不可变频两类，其中可变频工作原理见图3。

实际工程中，设计人员由于各种原因，选用EPS作为消防系统电源，为消防风机、水泵选用动力型EPS。例如某消防负荷为两台22 kW的消防水泵一用一备和两台4 kW消防排烟风机一用一备配电。备用容量不能接入到应急系统中，故消防负荷为一台消防泵的容量22 kW和一台消防排烟风机4 kW组成，共计26 kW。根据某EPS厂家P系列型号，EPS的容量计算选择。

1）直接起动。直接起动风机、水泵时，EPS容量为同时工作总容量的5倍以上，26×5=130 kW，选160 kW即可满足。

2）变频起动。风机、水泵为变频起动，则EPS的容量为同时工作总容量的1.1倍，26×1.1=28.6 kW，选30 kW即可满足。故设计人员一般都会选择可变频动力型EPS为消防设备应急电源。

根据《消防给水及消水栓系统技术规范》GB50974-2014第11.0.14条，火灾时消防水泵应工频运行，消防水泵应工频直接起动；当功率较大时，宜采用星三角和自耦降压变压器起动，不宜采用有源器件起动。因为消防水泵直接起动可靠，水泵电机功率大时在平时流量检测等工频运行，起动电流大而影响电网的稳定性，因此要求功率较大的采用星三角或自耦降压变压器起动，有源电器元件可能因电源的原因而增加故障率，因此规定不宜采用。且最新出版的《工业与民用供配电设计手册》第四版应急电源章节中也明确EPS不宜作为消防水泵、消防电梯、消防风机等电动机类负载的应急电源。故笔者认为可变频动力型EPS不宜作为消防电源。

图2 应急照明集中电源型EPS工作原理

图3 可变频动力型EPS工作原理

2.3 使用中存在的问题

某项目应急照明中使用了集中电源型EPS，电源容量为9 kW，应急时间30 min，机柜内蓄电池采用全密封型铅酸蓄电池。工程设计中将EPS机柜放置在值班室，为其通风散热考虑，室内设置空调，其他条件与控制室要求相同。但在安全标准评分中，考评内容的蓄电池组项目因“蓄电池室照明灯、空调、排风机应为防爆型。”评分标准认为此处不符合要求，扣0.2分。设计人员认为安全验收相关人员对蓄电池采用的全密封免维护铅酸蓄电池的固有属性不是很了解，该类型蓄电池在正常维护、运行过程中不会有氢气和硫酸蒸汽，与固定型排气式铅酸蓄电池和镉镍碱性蓄电池对环境的要求不同。同时根据《电力设备典型消防规程》DL5027-2015第10.6.2条其他蓄电池室（阀控式密封铅酸蓄电池室、无氢蓄电池室、锂电池室、钠硫电池、UPS室等）应负荷下列要求：蓄电池室应装有通向室外的有效通风装置，阀控式密封铅酸蓄电池室内的照明、通风设备可不考虑防爆。《电力工程直流电源系统设计技术规程》DL/T5044-2014第7.2.1条阀控式密封铅酸蓄电池容量在300 Ah及以上时，应设专用的蓄电池室。本工程EPS机柜容量远小于300 Ah，所以此工程电气设计中将EPS房间照明灯、空调、排风机等未采用防爆型是合理可行的。

3 结束语

综上所述，EPS应急电源在工业与民用工程设计中的应用越来越多，而目前尚无统一的国家标准，各生产厂家的产品，其规格型号繁多、技术性能极不一致，且与目前现行规范相悖。故笔者呼吁应尽快对EPS的设计和制造出台统一标准，以有效避免发生灾害时的人身伤亡和财产损失。以上均为笔者阐述自己的观点，旨在抛砖引玉，不妥之处请专家批评指正。

参考文献：

［1］中国航空规划设计研究院有限公司.工业与民用配电设计手册（第四版）［M］.北京：中国电力出版社，2016.

［2］JGJ16-2008.民用建筑电气设计规范［S］.

［3］DL/T5044-2014.电力工程直流电源系统设计技术规程［S］.

［4］DL 5027-1993.电力设备典型消防规程［S］.

［5］GB50974-2014.消防给水及消水栓系统技术规范［S］.