現(xiàn)代高層建筑中應(yīng)急電源的選型及管理

1、現(xiàn)代高層建筑中應(yīng)急電源的選型及管理一、引言隨著社會的信息化、現(xiàn)代化的發(fā)展，現(xiàn)代建筑物是越蓋越高，對供電的可靠性要求越來越高，特別是現(xiàn)代大型建筑，如機(jī)場、車站、會展中心、體育館、政府機(jī)構(gòu)辦公樓及居民生活高層建筑等，一旦供電系統(tǒng)突然發(fā)生故障而中斷供電，將會給社會正常的生活秩序造成破壞，造成重大的政治影響或經(jīng)濟(jì)損失。然而電力故障突發(fā)性強(qiáng)，往往不以人們的意志為轉(zhuǎn)移，因?yàn)闊o論供電部門管理得再嚴(yán)格，電網(wǎng)設(shè)施再先進(jìn)，斷電也在所難免。國家標(biāo)準(zhǔn)高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GH50045-95（2005年修訂版），就嚴(yán)格規(guī)定：“一級負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞。一級負(fù)荷中特

2、別重要負(fù)荷，除上述兩個(gè)電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源?！焙螢閮蓚€(gè)電源供電，即電網(wǎng)供電時(shí)采用兩路獨(dú)立的電源其中一路為主供電電源，另一路為備用電源。若主供電線路停電，則由備用線路供電，采用這種方式雖然簡單、可靠，但供電線路復(fù)雜。多年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，獨(dú)立于正常電源的備用電源線路往往在技術(shù)上難于實(shí)現(xiàn)或經(jīng)濟(jì)上負(fù)擔(dān)很重，而且電力部門也從未保證過不斷電。因此，現(xiàn)代高層建筑在設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮應(yīng)急電源（即在供電線路發(fā)生故障時(shí)的應(yīng)急電源），應(yīng)急電源一般清祝下是與電網(wǎng)在電氣上獨(dú)立的各種電源，目前選用最多的是柴油發(fā)電機(jī)組或者含蓄電池組的應(yīng)急電源（EPS）。二、柴油發(fā)電機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)組是目前大部分工程所采用的，由于柴油發(fā)

3、電機(jī)的容量較大，可并機(jī)運(yùn)行且連續(xù)供電時(shí)間長，所以至今已經(jīng)有十年的歷史了。柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備構(gòu)造簡單，過去在無其他選擇的情況下，柴油發(fā)電機(jī)組成為應(yīng)急電源的必選。然而，在高層建筑中使用柴油發(fā)電機(jī)組有許多弊端，特別是伴隨著環(huán)保和消防要求的提高，給柴油發(fā)電機(jī)組的使用帶來更多困難，這種傳統(tǒng)的做法也暴露出許多問題主要有：1.柴油發(fā)電機(jī)機(jī)噪音大，產(chǎn)生公害；2.排煙中有大量的二氧化硫，污染大氣，嚴(yán)重影響環(huán)保；3.在高層建筑中，柴油發(fā)電機(jī)組一般放在地下室，設(shè)計(jì)難度大，造價(jià)高、進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)管道多；4.冷卻、排煙、減震、消音等設(shè)施都需要充分考慮；5.日常維護(hù)必須到位，工作量大；6.存在火災(zāi)隱患。因?yàn)閮τ凸蘧褪且粋€(gè)極為危

4、險(xiǎn)的“炸彈”，萬一失火，后果難以設(shè)想。而使用C02滅火，費(fèi)用則越來越高。三、EPS應(yīng)急電源近年來，隨著電力電子逆變技術(shù)的成熟及其產(chǎn)品價(jià)格的下降，一種新型的無公害、高可靠性、動力型的大型應(yīng)急電源（EPS）逐步成為替代柴油發(fā)電機(jī)組的綠色電源，目前已在建筑領(lǐng)域得到廠泛推廠，并被用戶開始所接受，許多用戶放棄采購柴油發(fā)電機(jī)組而改用EPS，以免日后因購買柴汕發(fā)電機(jī)組而顯得落后或被淘汰。而且隨著電網(wǎng)供電的好轉(zhuǎn)，停電次數(shù)和斷電時(shí)間己明顯地減少和縮短，柴油發(fā)電機(jī)也越來越失去了它的優(yōu)勢。（一）EPS電源的工作原理對于熟悉UPS電源的人士來說，可以把它理解為：一臺由交流旁路供電通道、逆變器電源供電通道和能自動執(zhí)行市

5、電供電？逆變器電源供電切操作的轉(zhuǎn)開關(guān)，所組成的中、大型后備式UPS電源。它的逆變器電源供電通道主要是由充電器、蓄電池和逆變器所組成。傳統(tǒng)的后備式UPS電源的輸出功率較小、一般僅為0.52kVA.然后，當(dāng)今的UPS的輸出功率的復(fù)蓋范圍去可寬達(dá)1400kVA.單相EPS的輸出功率（功率因cos0.8）為：140kVA左右，常見的電池組電壓有：24V、48V、ll0V和220V.三相EPS的輸出功率（coS=0 8）為：5500kVA左右，常見的電池組電壓有：220V，480V、600V和l000V.基于上述原因，當(dāng)用戶在選購大功率EPS電源時(shí)，直選用電池組電壓為：220V/480V的EPS產(chǎn)品，不

6、宜選用電池組電壓為l000V的EPS產(chǎn)品。因?yàn)檫^高的工作電壓必然會對用戶的安裝設(shè)備的絕緣電阻、防靜電保護(hù)、人員的操作安全及保護(hù)帶來相當(dāng)嚴(yán)格的要求，從而增大投資成本和維護(hù)的難度。EPS電源的工作原理簡單描述如下。1.市電供電正常當(dāng)市電供電正常時(shí)，市電電源經(jīng)過充電器對蓄電池組充電。然后再由蓄電池組向逆變器提供直流能源。在這里，充電器是一個(gè)僅須向蓄電池組提供相當(dāng)于10%蓄電池組容量（Ah）的充電電流的小功率的直流電源，它并不具備直接向逆變器提供直流能源的能力。此時(shí)，市電電源經(jīng)由EFS的交流旁路和轉(zhuǎn)開關(guān)所組成的供電通道向用尸的各種應(yīng)急負(fù)載供電。與此同時(shí)，在EPS的邏輯控制板的調(diào)控下，逆變器處于停止工作

7、的自動關(guān)機(jī)狀態(tài)。在此條件下，用戶負(fù)載所實(shí)際使用的電源是來自電網(wǎng)的市電電源。眾所周知：市電電網(wǎng)具有足夠的帶載能力來帶電阻性、電感性和電容性負(fù)載。2.市電供電中斷當(dāng)供電中斷或市電電壓超限（土15或士20%額定輸人電壓）時(shí)，EPS在對它的逆變器執(zhí)行開機(jī)啟動的同時(shí)，還需在很短的時(shí)間內(nèi)，利用它的轉(zhuǎn)換開關(guān)執(zhí)行從交流旁路供電向逆變器電源供電的切操作。在此條件下，在電池組所提供的直流能源的支持下，用戶負(fù)載所使用的電源是EPS的逆變器電源，并不是來自電網(wǎng)的市電電源。3.市電恢復(fù)正常；當(dāng) 市電恢復(fù)正常工作時(shí)，EPS在對逆變器執(zhí)行自動關(guān)機(jī)操作的同時(shí)，還通過它的轉(zhuǎn)換開關(guān)執(zhí)行從逆變器電源供電向交流旁路供電的切操作。此后

8、，EPS在經(jīng)交流旁路供電通路向負(fù)載提供市電電源的同時(shí)，還經(jīng)充電器向電池組充電。（二）EPS電源的特點(diǎn)EPS當(dāng)有市電時(shí)則由市電向負(fù)載供電，同時(shí)充電器對電池充電。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到市電停電或者市電過低時(shí)，逆變器工作，使切換開關(guān)切換至應(yīng)急輸出狀態(tài)，向負(fù)載提供電能。電網(wǎng)有電時(shí)，處于靜態(tài)，無噪音；無市電時(shí)，UPS應(yīng)急電源啟動，噪音小于60db.不需排煙、防震處理，而且具有無公害、無火災(zāi)隱患的特點(diǎn)。1.自動切換，可實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)能，電網(wǎng)供電與EPS電源供電相互切換時(shí)間為0.11s. 2.帶載能力強(qiáng)，EPS適應(yīng)于電感性、電容性、及綜合性負(fù)載的設(shè)備，如電梯、水泵、風(fēng)機(jī)、辦公自動化設(shè)備、應(yīng)急照明等。3.使用可靠

9、、主機(jī)壽命長達(dá)10年以上。4.適應(yīng)惡劣環(huán)境，可放置于地下室或配電室，甚至建筑豎井里可以緊靠應(yīng)急負(fù)荷使用場所就地設(shè)置，減少供電線路。5.對于某些功率較大的用電設(shè)施，如電梯電機(jī)、消防水泵、風(fēng)機(jī)，EPS還可直接與電機(jī)相連變頻啟動后，再進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，可省去電機(jī)的軟啟動和控制箱等設(shè)置。6.應(yīng)急備用時(shí)間：標(biāo)準(zhǔn)型為60min（有延時(shí)接口），可長可短。所以EPS可以作為一種可靠的綠色應(yīng)急供電電源，它尤其適用于高層建筑消防設(shè)施沒有第二路市電，又不便于使用柴油發(fā)電機(jī)組的場合，既可以采用類同于柴油發(fā)電機(jī)的配電方案，也適用于一些工程在局部重要場合作為末端應(yīng)急備用電源。三、EPS應(yīng)急電源的選擇選型之前首先了解一下E

10、PS和UPS的區(qū)別。EPS和UPS均是采用了工GBI逆變技術(shù)和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，但它們的工作原理又有不同。UPS不論市電是否正常，它都一直由逆變器供電，即按照“市電輸入整流（充電）逆變輸出”的路程進(jìn)行，只有在逆變器故障或過載時(shí)才改由市電供電。UPS作為不間斷供電設(shè)備，是因?yàn)楫?dāng)市電異常轉(zhuǎn)為電池供電或市電恢復(fù)正常后將負(fù)載切換到市電時(shí)的切換時(shí)間小于10ms.而10ms的斷電時(shí)間屬于計(jì)算機(jī)正常工作清況，即計(jì)算機(jī)不向市電或UPS攝取能量的時(shí)間是l0ms.所以，UPS廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，程控交換機(jī)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、醫(yī)療診斷儀及精密電子儀等不能中斷供電的場所。但因?yàn)閁PS是只要開機(jī)，就連續(xù)不間斷的工作，因

11、此，壽命相對較短，一般約為8年。價(jià)格卻是同容量的EPS的1.5倍。UPS對使用環(huán)境要求也很高，只能放在計(jì)算機(jī)房或空調(diào)房間。應(yīng)急電源可以說是近兩年才迅猛發(fā)展起來的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，相比于發(fā)展成熟的UPS而言，有相同之處也有不同之處。其相同點(diǎn)在于都具備在市電故障（中斷）情況下繼續(xù)向負(fù)載提供交流電源的功能，均采用了IGBI逆變技術(shù)和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。不同之處為UPS除了提供應(yīng)急供電外，還兼?zhèn)涓纳剖须娖焚|(zhì)的功能，而EPS則主要解決市電故障時(shí)的應(yīng)急供電問題；UPS主要是為IT行業(yè)設(shè)備提供用電保障，EPS則適用于各種行業(yè)；UPS供電模式要求切換時(shí)間很短（010ms），EPS則相對較寬（04s）；EPS所

12、帶負(fù)載混雜，UPS主要帶計(jì)算機(jī)類負(fù)載；UPS對于運(yùn)行環(huán)境要求較高，EPS則要求能適應(yīng)各種環(huán)境：UPS以一般用戶監(jiān)控為主，EPS主要用于應(yīng)急供電，要求與消防聯(lián)動；UPS以維護(hù)信息傳遞暢通為主要目的，EPS以防范重大災(zāi)難事故為主要目的。一般EPS功率較大，機(jī)內(nèi)的逆變器處于備用狀態(tài)，因而可以簡單地理解為：EPS就是大功率后備式UPS.目前，市場上的EPS品牌眾多，大家在設(shè)計(jì)上所采用的控制方式和控制手段不盡相同，但針對所帶負(fù)載的種類大致可以歸納為以下3種：一是主要用于應(yīng)急照明和事故照明的單相EPS；二是用于應(yīng)急照明、事故照明之外，還有應(yīng)用于空調(diào)、電梯、卷簾門、排氣風(fēng)機(jī)、水泵等電感性負(fù)載或兼而有之的混合供電的三相系列EPS；三是直接給電動機(jī)供電的變頻系列EPS.以深圳市龍?jiān)措姎庥邢薰旧a(chǎn)的YJS系列三相（動力/照明）應(yīng)急電源為例，該產(chǎn)品是與德國專家技術(shù)合作，采用國際著名廠家生產(chǎn)的整體式模塊化逆變器，應(yīng)用最新的IGBI逆變技術(shù)，采用CPU控制、數(shù)字電路、高集成度電子元件，研制出的高科技環(huán)保型專利產(chǎn)品。該產(chǎn)品為一級