EPS应急电源原理及应用

摘要：本文阐述了EPS应急电源工作原理、特点、及与其他应急电源对比，为工程中应急电源选择提供依据。

关键词： 整流充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置、SPWM

中图分类号：TG434文献标识码： A

引言

随着社会的发展，建筑技术水平的不断提高，城市的建筑趋向于大规模，高层化发展随之而来对建筑的供电要求越来越高，社会的信息化，建筑的现代化，使建筑对供电的依赖也越来越大，尤其是一些重要的公共建筑，一旦中断供电，将造成重大的政治影响或经济损失，如果是发生火灾，后果就更不堪设想。所以现行的《高层民用建筑设计防火规范》及《民用建筑电气设计规范》就有严格规定：“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。一级负荷别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源，常用的应急电源有：(1)独立于正常电源的发电机组；(2)供电网络中有效地独立于正常电源的专门供电线路；(3)蓄电池。”多年来，运行经验表明，电网供电时采用两路独立的电源．若主供电线路停电，则由备用才路供电，采用这种方式虽然简单、可靠，但供电线路复杂。当发生大面积停电事故时，两路电源均可能发生停电事故。因此，应急电源作为独立于电网之外的备用电源．被广泛应用于各种建筑工程之中。目前，应急电源包括柴油发电机组和蓄电池，近年来，含蓄电池的EPS作为应急电源，被广泛应用，尤其是被用做消防应急电源。

一、EPS应急电源工作原理

在网电正常时，应急电源向负载转送网电，同时进行蓄电池充电管理，逆变单元不工作；接到消防信号，将网电或应急电(网电故障时)强制送至负荷末端；网电发生故障时，自动转为应急供电。网电恢复或消防信号解除，应急电源恢复网电工作状态。

EPS应急电源主要采用SPWM(交流脉宽调制)技术，系统主要包括整流充电器、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，实现对蓄电池及向逆变器模块供电；逆变器的作用则是将直流电变换成交流电，供给负载设备稳定持续的电力；互投装置保证负载在市电及逆变器输出间的顺利切换；系统控制器对整个系统进行实时监控，可以发出告警信号，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。

一般由电网供电转为EPS应急电源供电及由EPS电源转为电网供电的切换时间不大于0.1秒－0.2秒。在电网供电正常时，EPS应急电源处于充电饱和状态(进人浮充电状态)，耗电小于标称容量的0.1％。

二、EPS应急电源的分类及特点

(1)按照输出方式划分可分为：直流输出型、交直流混合输出型和交流输出型。

(2)按照负载特性划分可分为：应急照明电源和(消防)设备应急电源。

(3)按照运行方式划分可分为：冷后备式、热后备式、在线式。

EPS消防应急电源，具有一定的先进性和实用性，它可以实现微机监控和处理，对消防应急照明、卷帘门、消防电梯、水泵、排烟风机等消防设施实现自动控制。此类产品多为高层建筑、机场、电信网络机房、医院、重要场馆等工程采用。

（1）电网有电时处于静态，无噪音，小于60dB，不需排烟、防震处理。

（2）自动切换，可实现无人值守。电网与EPS电源相互切换时间为0.1s-0.25s。

（3）带载能力强，EPS适合电感性、电容性及综合性负载的设备，如消防电梯、水泵、风机、应急照明等。

（4）使用可靠，在重要场合可以采用双机热备方式，确保事故和火灾情况下供电可靠，主机寿命可达20A以上，电池5A-10A以上。

（5）适应恶劣环境，可放置于地下室或配电室，可以紧应急负载使用场所就地设置，减少供电线路。

（6）对于某些功率较大的用电设施，如：消防水泵、风机，EPS可直接与电机相联变频启

三、EPS应急电源与同类应急电源比较

(1) EPS应急电源与发电机组比较

用柴油发电机组作为应急电源是目前大部分工程所采用的，也是最常见的应急备用电源，由于柴油发电的容量较大，可并机运行且连续供电时间长，所以已经有较长的应用历史。然而，无论发电机的起动速度有多快，从停电后使发电机接到起动信号开始，至发电机电压、频率等达到稳定可以供电时为止，至少需要数十s至数min，这段时间，所有用电设备均停止工作，就可能造成少数设备的损坏或出现生命财产的安全问题。而EPS的启动一般不会超过25ms，所以不会影响设备的正常工作。 另一方面，柴油发电机应用在应急供电场合，有诸多不利之处，主要有： （1）在高层建筑中，柴油发电机组一般放在地下室，设计难度大，造价高，配备进风、冷却、排烟、减震、消音等设施都需要充分考虑； （2）存在火灾隐患。其油罐像一个极为危险的“炸弹”，万一失火，后果不堪设想； （3）日常维护比较频繁，工作量大； （4）柴油发电机噪音大，产生公害； （5）排烟中有大量的二氧化硫，污染严重，影响环保。

(2) EPS应急电源与UPS电源的区别及比较

UPS为不间断电源(Uninterruptible Power System)的英文缩写，其注重的是供电参数中的“不间断”。实现方式为整流一逆变在线运行，蓄电池与逆变器直流母线无断点，从而保证了输出电源的连续性。其工作原理为当网电正常时，将网电整流为直流，为逆变器供电，逆变器在线长期运行为负载提供电源，当网电故障时，虽然网电整流的直流电源消失，但蓄电池仍然继续为逆变器供电。在UPS的工作过程中，在线运行是实现不间断供电的方式，也是产生问题的原由。目前整流环节、逆变环节的损耗一般10％－15％，而UPS在线运行，这部分损耗以热量的形式散发出去。而EPS为后备运行或热后备运行，电池满电状态几乎没有损耗。而工作原理、应用场合的区别表明UPS无法替换EPS，尤其不能替换应用于消防照明、动力领域(UPS在线运行本身就是火灾事故隐患)。

综上所述，EPS与UPS在经典理论领域有一定联系，但要解决的问题不同，实现方式不同，不存在技术先进性的差异，更不存在谁先进谁落后的问题。二者如同可以相切，却不可能同心的两个圆。大多数情况，二者不具备相互替换性。

四、EPS应急电源的应用领域

(1)EPS应急电源系统一般的备用供电时间为90min或180min(增加供电时间须增加蓄电池容量，同时也增加体积、增加造价)，因此，应强调EPS是一种应急电源产品，不是长时间性质的备用电源，它只用于当正常电源故障时，维持重要负载的供电可靠性，保证重要负荷在一段时间内或规定时间范围内供电的连续性。所以，对正常电源供电可靠性较差的场所，EPS应急电源不能用作常用设备的备用电源。而应选用柴油发电机组或UPS作为备用电源。由此可见，EPS最适合用于消防用电设备的备用电源。

(2)允许中断供电时间为毫秒级的设备如计算机、程控交换机、数据处理系统、精密电子仪器等不可选用EPS作为备用电源，而应选用UPS电源。

(3)当一级负荷容量不大仅为照明或电话站负荷，又难于从电力系统或临近单位取得第二低压电源，且要求连续供电时间低于时，可设EPS作为应急备用电源。

(4)一级负荷中的特别重要负荷允许中断时间大于0.2S时，可设EPS作为应急电源。

(5)分散的小容量一、二级消防负荷，如消防水泵、防排烟风机、应急照明等，可采用一路市电加EPS或采用一路电源与设备自带的蓄(干)电池(组)在设备处自动切换。

(6)由于EPS无排气、排烟、无噪音、无振动、对环境无污染，所以对于有环保要求而不宜选用柴油发电机组的场所。可选用EPS应急电源。

(7)对于改造工程，柴油发电机组无法设置的场所，可选用EPS应急电源。

结语

随着社会的进步和发展，环境要求的不断提高，消防意识也越来越被人们重视。EPS以其特有的优越性将被人们认识和采用，在一个工程中，它可以灵活的运用在消防供电回路末端、个别重要场合等多种情况。在选择应急电源上，不再只局限于柴油发电机了，因为它们各自的特点分别适用于不同的工程，这将为整个社会的安全提供更有力的保障。

参考文献：

EPS应急电源百事通 中国电力出版社 陈志清

青岛传统EPS使用手册