備用電源之柴油發(fā)電機組、EPS和UPS的比較與應(yīng)用
介紹了應(yīng)急柴油發(fā)電機組的應(yīng)用、應(yīng)急電源的應(yīng)用范圍、常用應(yīng)急電源、EPS和UPS、柴油發(fā)電機組的性能比較、EPS的應(yīng)用等方面的知識。
1 、應(yīng)急柴油發(fā)電機組的應(yīng)用
有關(guān)電氣規(guī)程和國家標準規(guī)定，一類高層建筑應(yīng)按一級負荷供電，必須使用應(yīng)急柴油發(fā)電機組。
一級負荷供電的一般為：電視臺、廣播電臺、民用機場、火車站、銀行、縣（區(qū)）級以上醫(yī)院、市（地區(qū)）及以上氣象臺、重要辦公建筑、高等院校和科學(xué)院的重要實驗室，大型博物館以及計算中心等重要場所。
一級負荷，要求供電系統(tǒng)無論是正常運行還是發(fā)生事故時，都能保證其連續(xù)供電。因此對一級負荷，應(yīng)由兩個獨立的電源供電，并按生產(chǎn)的需要和允許停電的時間，采用雙電源自動或手動切換，或采用雙電源分組同時供電的接線，一般情況下，還應(yīng)有應(yīng)急電源作備用。如果一級負荷不大，則可采用蓄電池、自備發(fā)電機等設(shè)備，或者從鄰近的單位取得第二個獨立電源。這里所說的兩個“獨立電源”，是指其中任一個電源發(fā)生故障或停電檢修時，而不致影響另一個電源繼續(xù)供電。
應(yīng)急電源的應(yīng)用范圍：
（1）消防設(shè)施用電：消防水泵、消防電梯、防排煙設(shè)施、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、應(yīng)急照明、電動防火門等。
（2）保安設(shè)施用電：防盜信號電源、事故應(yīng)急照明、道路照明。
（3）大中型電子計算機系統(tǒng)電源。
（4）高級賓館、重要辦公大樓、商業(yè)金融大廈的中央控制室及計算機管理系統(tǒng)。
（5）具有重要政治、經(jīng)濟意義的部分電力和照明用電。
2 、常用應(yīng)急電源
常用的應(yīng)急電源包括：獨立于正常電源的發(fā)電機組、供電網(wǎng)絡(luò)中有效獨立于正常電源的電池組。
由于柴油發(fā)電機組的容量較大，可并機運行且持續(xù)供電時間長，還可獨立運行，不與地區(qū)電網(wǎng)并列運行，不受電網(wǎng)故障的影響，可靠性較高。尤其對某些地區(qū)常用市電不是很可靠的情況下，把柴油發(fā)電機作為備用電源，既能起到應(yīng)急電源的作用，又能通過低壓系統(tǒng)的合理優(yōu)化，將一些平時比較重要的負荷在停電時使用，因此在工程中得到廣泛的使用。
但柴油發(fā)電機組的推廣也帶來諸多問題：首選是占用面積較大，除發(fā)電機組外，還需考慮控制、配電、油箱等附屬設(shè)備間，對平面和空間要求較高，加上儲油間本身是一個火災(zāi)隱患，所以還需對其進行防火處理。在城市用地日趨緊張的情況下，也應(yīng)考慮其經(jīng)濟合理性。其次，柴油發(fā)電機組帶來的噪音、振動、排煙、通風(fēng)、防潮、防凍的問題也很嚴重，這和目前所倡導(dǎo)的環(huán)保理念也格格不入，尤其是對環(huán)保要求較高的醫(yī)院、商業(yè)中心及高級商務(wù)樓更不合適。再次，柴油發(fā)電機的運行必須是在市電同時失去的情況下才能啟動，嚴禁和市電并列運行。這樣，如果發(fā)電機的自啟動信號取自10 kV進線側(cè)TV，雖然能滿足消防設(shè)備兩路電源末端切換的要求，但出現(xiàn)線路故障時，由于市電并未失去，而此時柴油發(fā)電機也未能啟動，這樣造成兩路電源形同虛設(shè)。如果發(fā)生火災(zāi)，應(yīng)急電源不能起到相應(yīng)的作用。在某些場合，對允
許中斷時間要求較高的情況下，柴油發(fā)電機的啟動時間一般在15 s以內(nèi)，柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源是不能滿足允許中斷時間要求的。規(guī)程規(guī)定：在重要場所的安全照明電源轉(zhuǎn)換時間規(guī)定不能超過0.5 s，而備用照明在證券、銀行等場所電源轉(zhuǎn)換時間不能超過1.5s。故在這種情況下，只能采用蓄電池作為應(yīng)急電源，而發(fā)電機組只是為了蓄電池投入運行前的過渡期使用，相當(dāng)于采用了兩套應(yīng)急電源系統(tǒng)，一般不經(jīng)濟很少采用。
采用蓄電池作為應(yīng)急電源，主要指允許短時電源中斷的應(yīng)急電源裝置（EPS）和不間斷電源裝置（UPS）。
蓄電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，充電時將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能而被貯存在蓄電池中，放電時又將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能供負荷工作。蓄電池充電和放電均為直流，所以變（配）電所蓄電池的充電電源需由交流電源經(jīng)整流獲得。
蓄電池的基本工作原理為電池通過氧化-還原電化學(xué)反應(yīng)，將電池內(nèi)活性物質(zhì)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種獨立直流電源。它是由正極、負極、電解質(zhì)、隔膜和容器等部分組成。
電池工作時，負極活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)，釋放出電子，在兩極間電位差的作用下，電子由負極流經(jīng)外線路傳遞到正極。正極活性物質(zhì)則接受電子發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)，同時電解質(zhì)的離子通過擴散和遷移，在電池內(nèi)部傳輸電流，從而形成一個導(dǎo)電回路，隔膜的作用是把正、負極分隔開，防止發(fā)生短路現(xiàn)象。電池容器可根據(jù)使用要求做成圓筒形、長方形等各種形狀。
蓄電池是可以再充電并反復(fù)使用的電池，它的電極反應(yīng)有很好的可逆性，放電時消耗的活性物質(zhì)在充電時得以恢復(fù)。放電時是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，而充電時是電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程，它是一種化學(xué)能、電能相互轉(zhuǎn)換的儲能裝置。
3 、EPS和UPS、柴油發(fā)電機組的性能比較
UPS適合計算機類負載，允許停電時間為ms級，EPS特別適合作為消防設(shè)施用電的應(yīng)急電源。
在許多場合，采用EPS取代柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源是可行的。
4、 EPS的應(yīng)用
EPS既可以采用類同于柴油發(fā)電機的配電方案，也可對一些應(yīng)急負荷要求較高的場所，在配電末端設(shè)置EPS。
無論L1、L2的正常停電或是L1、L2的線路故障，可通過蓄電池組直流儲能放電，經(jīng)過逆變環(huán)節(jié)提供交流電源至應(yīng)急負荷，由于整流環(huán)節(jié)的存在，因而蓄電池不會向工作電源進線側(cè)反饋，因此不存在像柴油發(fā)電機由于正常線路故障而不能啟動的情況。
確定EPS電源容量，首先要使電源容量大于負荷功率，其次要根據(jù)不同的負載類型，對大容量的電動機應(yīng)考慮電壓降對電動機啟動的影響，或是增加EPS的容量，或是對電動機負載采取降壓啟動等方式。
對應(yīng)急照明，目前采用較多的是獨立供電式系統(tǒng)，即每個應(yīng)急照明燈具自帶蓄電池作為備用電源。建議采用集中供電式系統(tǒng)，在每層配電小室設(shè)專用的EPS裝置，用于應(yīng)急照明的供電，應(yīng)急照明燈具本身不帶蓄電池，正常照明電源故障時，由EPS集中供電。
如果采用EPS集中供電式系統(tǒng)，燈具內(nèi)部所有復(fù)雜的電子線路能夠被省略掉。由于EPS電子部分對整個系統(tǒng)的價格和設(shè)備體積影響不大，可以充分設(shè)置各種電壓、過電流、抗沖擊等保護措施，選擇較好的元器件，使用壽命較長，平時的維護成本也能降低很多。
電池容量選擇多大才合適，涉及到價格、體積、維護等多種因素，因此不是備用時間越長越好，而是根據(jù)工程規(guī)模、性質(zhì)、負荷的重要程度、相應(yīng)消防設(shè)備在火災(zāi)中的使用極限等情況來確定。
電氣規(guī)程規(guī)定：商業(yè)樓、展覽館、綜合樓、一類建筑的財貿(mào)金融樓、圖書館、書庫、重要的檔案館、科研樓、高級賓館的火災(zāi)延續(xù)時間應(yīng)按3 h計算，其他高層可按2h計算。自動噴水滅火系統(tǒng)可按火災(zāi)延續(xù)時間1h計算，排煙機在280 ℃時能連續(xù)工作時間為30 min，耐火電纜在火災(zāi)連續(xù)工作時間為90 min。因此建議：用于消防泵的EPS電池備用時間≥90 min；用于噴淋泵的EPS電池備用時間≥60 min；用于排煙風(fēng)機的EPS電池備用時間≥30 min；用于火災(zāi)疏散標志的EPS電池備用時間≥20 min；用于火災(zāi)備用照明電池備用時間≥60 min。
以上已考慮了全部失去供電電源而同時又發(fā)生火災(zāi)的最不利情況。
當(dāng)前在高層建筑供電可靠性要求越來越高的情況下，對環(huán)保要求且趨增加的今天，如果地區(qū)電力網(wǎng)中可靠性較高，柴油發(fā)電機連續(xù)長時間工作意義不大，用EPS取代柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源也不失為一種合適的選擇。
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