现代高层建筑中应急电源的选型及管理

　　一、引言
　　随着社会的信息化、现代化的发展，现代建筑物是越盖越高，对供电的可靠性要求越来越高，特别是现代大型建筑，如机场、车站、会展中心、体育馆、政府机构办公楼及居民生活高层建筑等，一旦供电系统突然发生故障而中断供电，将会给社会正常的生活秩序造成破坏，造成重大的政治影响或经济损失。
　　然而电力故障突发性强，往往不以人们的意志为转移，因为无论供电部门管理得再严格，电网设施再先进，断电也在所难免。国家标准《高层民用建筑设计防火规范》GH50045-95（2005年修订版），就严格规定：“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。”
　　何为两个电源供电，即电网供电时采用两路独立的电源其中一路为主供电电源，另一路为备用电源。若主供电线路停电，则由备用线路供电，采用这种方式虽然简单、可靠，但供电线路复杂。
　　多年来的运行经验表明，独立于正常电源的备用电源线路往往在技术上难于实现或经济上负担很重，而且电力部门也从未保证过不断电。因此，现代高层建筑在设计时就必须考虑应急电源（即在供电线路发生故障时的应急电源），应急电源一般清祝下是与电网在电气上独立的各种电源，目前选用最多的是柴油发电机组或者含蓄电池组的应急电源（EPS）。
　　二、柴油发电机组柴油发电机组是目前大部分工程所采用的，由于柴油发电机的容量较大，可并机运行且连续供电时间长，所以至今已经有十年的历史了。
　　柴油发电机组设备构造简单，过去在无其他选择的情况下，柴油发电机组成为应急电源的必选。然而，在高层建筑中使用柴油发电机组有许多弊端，特别是伴随着环保和消防要求的提高，给柴油发电机组的使用带来更多困难，这种传统的做法也暴露出许多问题主要有：
　　1.柴油发电机机噪音大，产生公害；
　　2.排烟中有大量的二氧化硫，污染大气，严重影响环保；
　　3.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、进风、出风管道多；
　　4.冷却、排烟、减震、消音等设施都需要充分考虑；
　　5.日常维护必须到位，工作量大；
　　6.存在火灾隐患。因为储油罐就是一个极为危险的“炸弹”，万一失火，后果难以设想。而使用C02灭火，费用则越来越高。
　　三、EPS应急电源近年来，随着电力电子逆变技术的成熟及其产品价格的下降，一种新型的无公害、高可靠性、动力型的大型应急电源（EPS）逐步成为替代柴油发电机组的绿色电源，目前已在建筑领域得到厂泛推厂，并被用户开始所接受，许多用户放弃采购柴油发电机组而改用EPS，以免日后因购买柴汕发电机组而显得落后或被淘汰。
　　而且随着电网供电的好转，停电次数和断电时间己明显地减少和缩短，柴油发电机也越来越失去了它的优势。
　　（一）EPS电源的工作原理
　　对于熟悉UPS电源的人士来说，可以把它理解为：一台由交流旁路供电通道、逆变器电源供电通道和能自动执行市电供电？逆变器电源供电切操作的转开关，所组成的中、大型后备式UPS电源。它的逆变器电源供电通道主要是由充电器、蓄电池和逆变器所组成。传统的后备式UPS电源的输出功率较小、一般仅为0.5～2kVA.然后，当今的UPS的输出功率的复盖范围去可宽达1～400kVA.单相EPS的输出功率（功率因cosφ＝0.8）为：140kVA左右，常见的电池组电压有：24V、48V、ll0V和220V.三相EPS的输出功率（coSφ=0 8）为：5500kVA左右，常见的电池组电压有：220V，480V、600V和l000V.基于上述原因，当用户在选购大功率EPS电源时，直选用电池组电压为：220V/480V的EPS产品，不宜选用电池组电压为l000V的EPS产品。因为过高的工作电压必然会对用户的安装设备的绝缘电阻、防静电保护、人员的操作安全及保护带来相当严格的要求，从而增大投资成本和维护的难度。
　　EPS电源的工作原理简单描述如下。
　　1.市电供电正常当市电供电正常时，市电电源经过充电器对蓄电池组充电。然后再由蓄电池组向逆变器提供直流能源。在这里，充电器是一个仅须向蓄电池组提供相当于10%蓄电池组容量（Ah）的充电电流的小功率的直流电源，它并不具备直接向逆变器提供直流能源的能力。此时，市电电源经由EFS的交流旁路和转开关所组成的供电通道向用尸的各种应急负载供电。与此同时，在EPS的逻辑控制板的调控下，逆变器处于停止工作的自动关机状态。在此条件下，用户负载所实际使用的电源是来自电网的市电电源。众所周知：市电电网具有足够的带载能力来带电阻性、电感性和电容性负载。
　　2.市电供电中断当供电中断或市电电压超限（土15％或士20%额定输人电压）时，EPS在对它的逆变器执行开机启动的同时，还需在很短的时间内，利用它的转换开关执行从交流旁路供电向逆变器电源供电的切操作。在此条件下，在电池组所提供的直流能源的支持下，用户负载所使用的电源是EPS的逆变器电源，并不是来自电网的市电电源。
　　3.市电恢复正常；当 市电恢复正常工作时，EPS在对逆变器执行自动关机操作的同时，还通过它的转换开关执行从逆变器电源供电向交流旁路供电的切操作。此后，EPS在经交流旁路供电通路向负载提供市电电源的同时，还经充电器向电池组充电。
　　（二）EPS电源的特点EPS当有市电时则由市电向负载供电，同时充电器对电池充电。当控制系统检测到市电停电或者市电过低时，逆变器工作，使切换开关切换至应急输出状态，向负载提供电能。
　　电网有电时，处于静态，无噪音；无市电时，UPS应急电源启动，噪音小于60db.不需排烟、防震处理，而且具有无公害、无火灾隐患的特点。
　　1.自动切换，可实现无人值守，节能，电网供电与EPS电源供电相互切换时间为0.1～1s.
　　2.带载能力强，EPS适应于电感性、电容性、及综合性负载的设备，如电梯、水泵、风机、办公自动化设备、应急照明等。
　　3.使用可靠、主机寿命长达10年以上。
　　4.适应恶劣环境，可放置于地下室或配电室，甚至建筑竖井里可以紧靠应急负荷使用场所就地设置，减少供电线路。
　　5.对于某些功率较大的用电设施，如电梯电机、消防水泵、风机，EPS还可直接与电机相连变频启动后，再进入正常运行状态，可省去电机的软启动和控制箱等设置。
　　6.应急备用时间：标准型为60min（有延时接口），可长可短。
　　所以EPS可以作为一种可靠的绿色应急供电电源，它尤其适用于高层建筑消防设施没有第二路市电，又不便于使用柴油发电机组的场合，既可以采用类同于柴油发电机的配电方案，也适用于一些工程在局部重要场合作为末端应急备用电源。
　　三、EPS应急电源的选择选型之前首先了解一下EPS和UPS的区别。
　　EPS和UPS均是采用了工GBI逆变技术和脉宽调制（PWM）技术，但它们的工作原理又有不同。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（充电）—逆变—输出”的路程进行，只有在逆变器故障或过载时才改由市电供电。
　　UPS作为不间断供电设备，是因为当市电异常转为电池供电或市电恢复正常后将负载切换到市电时的切换时间小于10ms.而10ms的断电时间属于计算机正常工作清况，即计算机不向市电或UPS摄取能量的时间是l0ms.所以，UPS广泛应用于计算机，程控交换机。数据处理系统、医疗诊断仪及精密电子仪等不能中断供电的场所。但因为UPS是只要开机，就连续不间断的工作，因此，寿命相对较短，一般约为8年。价格却是同容量的EPS的1.5倍。UPS对使用环境要求也很高，只能放在计算机房或空调房间。
　　应急电源可以说是近两年才迅猛发展起来的一个新兴产业，相比于发展成熟的UPS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故障（中断）情况下继续向负载提供交流电源的功能，均采用了IGBI逆变技术和脉宽调制（PWM）技术。不同之处为UPS除了提供应急供电外，还兼备改善市电品质的功能，而EPS则主要解决市电故障时的应急供电问题；UPS主要是为IT行业设备提供用电保障，EPS则适用于各种行业；UPS供电模式要求切换时间很短（0～10ms），EPS则相对较宽（0～4s）；EPS所带负载混杂，UPS主要带计算机类负载；UPS对于运行环境要求较高，EPS则要求能适应各种环境：UPS以一般用户监控为主，EPS主要用于应急供电，要求与消防联动；UPS以维护信息传递畅通为主要目的，EPS以防范重大灾难事故为主要目的。一般EPS功率较大，机内的逆变器处于备用状态，因而可以简单地理解为：EPS就是大功率后备式UPS.目前，市场上的EPS品牌众多，大家在设计上所采用的控制方式和控制手段不尽相同，但针对所带负载的种类大致可以归纳为以下3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，还有应用于空调、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.以深圳市龙源电气有限公司生产的YJS系列三相（动力/照明）应急电源为例，该产品是与德国专家技术合作，采用国际著名厂家生产的整体式模块化逆变器，应用最新的IGBI逆变技术，采用CPU控制、数字电路、高集成度电子元件，研制出的高科技环保型专利产品。该产品为一级负荷和特别重要负荷用电设备或消防设备提供第二或第三电源。
　　四、结语
　　EPS应急电源是以解决应急照明、事故照明、消防设施、电梯电机、水泵等一级负荷供电设备为主要目标，提供一种符合消防规范的具有独立回路的应急供电系统，该系统能够在应急状态下提供紧急供电，用来解决照明用电或只有一路市电缺少第二路电源，或代替发电机组构成第二电源，或作为需要第三电源的场合使用。相信在今后的高层建筑中会得到越来越多的应用。