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如何解决应急电源在应用中的问题 |
( 本站提供 应用行业：智能建筑 阅读次数：12
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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。因此，EPS应急电源作为一种特殊的电源应运而生，而且应用越来越广。现在，EPS应急电源已被广泛应用于建筑电气领域和特殊应急供电场合。
随着社会发展，越是信息化、现代化，就越依赖于电力。突然的断电必然会给人们正常的生活秩序和学习带来影响，尤其是对于生产、生活中特别重要的负荷，一旦中断供电，将会造成重大的经济损失。然而，电力故障具有突发性，不以人们的意志为转移，即使电网设施再先进，意外的断电也在所难免。目前，城市供电系统的安全对策一般是采用并网供电，为城市电力提供可靠的电源保护。但从企业及工业、民用建筑使用情况来看，仅仅靠公用电网还远远不够，必须具备应急供电系统（EPS），其重要性是在事故发生的情况下确保提供所需的应急电力，以有效降低因为断电而造成的损失，为人们生产和生活安全提供保障。因此，EPS也被称为“城市生命线系统”的重要组成部分。
现在EPS应急电源的质量技术标准多采用消防应急灯专用电源（即GB17945-2000），而在应用中，我们发现，负载为电机类负载或复合性负载的EPS应急电源，并不能完全适用此标准，针对此种情况，我司起草了WYS/B三相动力系列(380V)应急电源的质量技术标准，并得到了北京质量技术监督局的认可。本文所述的动力型应急电源(EPS)是我公司WYS三相动力系列（380V）应急电源(EPS)的一种，指具有变频调速功能的应急电源,负载为电机类负载。通过在实践中的应用案例,我们将遇到的问题及解决方法总结如下：
随着科技的不断发展，众多的智能大厦拔地而起，人们在对其居住环境提出了更高要求的同时，也提出了电力保障和消防安全问题。但EPS的起步较发电机和UPS要晚，人们对其认识的程度还不够，所以在众多的应急供电场合，还是以发电机和UPS为主要应急供电方式来实现EPS的功能。就提供应急供电能力而言，这两种方式已暴露出许多不足之处。
一、与UPS的比较
1、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，由于柴油发电机的容量较大，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，至少需要数十秒至数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。
以负载容量为200kW为例，将EPS与柴油发电机组的性价比作一个比较。选用EPS时，其额定功率与负载功率比为1：1即可，其总价约为60万元左右。而选用柴油发电机时，其额定功率与负载功率比应为1.3～1.5：1，对200kW的负载，柴油发电机组需250kVA规格，该机组价格为40万元左右，但是除机组本身价格之外，还需外加其他辅助装置费用约16～29万元，现以20万元计算，即选用柴油发电机组总价为60万元左右。所以，二者价格相差不多。从中也不难看出，如果EPS容量小于200kW时，其价格要小于柴油发电机组的综合造价。目前消防应急供电场合的负载总容量一般在200kW以下，从投资的长远利益考虑，EPS较柴油发电机组经济得多。
2、用UPS作为应急电源EPS从原理结构上和UPS大同小异。在线式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→逆变→输出”的顺序进行，只有在逆变器故障或过载时才改由旁路输出。而EPS，当市电正常时，市电通过开关输出给负载，同时充电器对电池充电。当控制系统检测到市电停电时，逆变器工作，使开关切换至逆变输出状态，向负载提供电能。
因此，UPS是一种双变换结构的不间断电源，主要为负载提供稳定的高质量电能，不受市电电网的影响，而且其转换时间一般在10ms以内，所以，UPS被广泛应用于计算机、程控交换机、医疗设备及精密电子仪器等不能中断供电的场所。但正因为UPS不仅担负着应急供电外，还担负着改善电力品质的任务，所以其逆变器要连续不断地工作，使用寿命相对较短，一般为5～8年，尤其是电池的更换较为频繁。另一方面，UPS的逆变器长期处于工作中，自身的损耗较大，而且对使用环境要求很高，只能放在计算机房或空调房间里。
UPS专为IT行业的计算机类和通讯类负载而设计，其负载适应能力不及EPS，举例说明，如果应急供电场合含有交流感应式电动机一类的感性负载，那么在UPS的设计选型和使用中就会出现很大问题。由于交流电动机的起动电流通常是其额定电流的5～7倍，而UPS的过载能力标准规定：过载125％时，A类为10min，B类为1min，C类为30s；过载150％时10s。如果想要UPS能承受电动机起动电流的冲击能力，势必要增大UPS的额定容量，这无疑将加大投资，还未必能彻底解决问题。因此，选用UPS作为应急电源，工作既不可靠，还得花费大量资金。
二、抗干扰(电磁兼容)
由于动力型应急电源(EPS)中有变频器, 变频器输出的是高压、大电流,因此会产生强烈的干扰。干扰通常可分为传导干扰和幅射干扰,通常两种干扰同时存在。我们通过以下措施加以抑制。
1.加装输入滤波器
滤波是一种抑制传导干扰的方法。例如在电源输入端接上滤波器，可以抑制来自电网的噪声对电路本身的侵害，也可以抑制由电路产生并向电网反馈的干扰。电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。它不仅可抑制传输线上的传导干扰，同时对传输线上的辐射发射也具有显著的抑制效果。在滤波电路中，选用穿心电容、三端电容、铁氧体磁环，能够改善电路的滤波特性。适当的设计或选择合适的滤波器，并正确地安装滤波器是抗干扰技术的重要组成部分，具体措施如下：在交流电输入端加装电源滤波器。可根据实际情况加以调整。
所有电源滤波器都必须接地，因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作用。一般的接地方法是除了将滤波器与金属外壳相接之外，还要用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连。接地阻抗越低滤波效果越好。滤波器尽量安装在靠近电源入口处。滤波器的输入及输出端要尽量远离，避免干扰信号从输入端直接耦合到输出端。
2.印制线路板布线、布局采用抗干扰措施
实践证明，印制板的元器件布置和布线设计对线路板的EMC性能有极大的影响，线路板的辅助电源通常采用高频开关电源，由于印制板上既有电平为±5V、±12V的小信号控制线，机柜中又有高压电源母线，同时还有一些高频功率开关、磁性元件，如何在印制板有限的空间内合理地安排元器件位置，将直接影响到电路中各元器件自身的抗干扰性和电路工作的可靠性。
（1）导线阻抗的影响
通过分析印制导线的特性阻抗，来选取印制导线的放置方式、长度、宽度以及布局方式。
单根导线的特性阻抗由直流电阻R和自感L组成
（2）元器件的布局
在设计印制电路板时，通常干扰源和受扰体由于受到工作条件的限制而难以避免。这时，应尽量将相互关联的元器件摆放在一起以避免因器件离的太远而造成印制线过长所带来的干扰;再者将输入信号和输出信号尽量放置在引线端口附近，以避免因耦合路径而产生的干扰。
3.选用抗干扰芯片
对于影响系统正常的电路尽量采用数字电路解决而非单片机,以防单片机受干扰,程序跑飞、复位, 单片机只完成数据采集与显示,不参与系统控制,即便如此, 单片机也应选用带EMI措施的产品(外部采用低频晶振,内部通过倍频实现高速)。
4.结构上的措施
屏蔽是解决幅射干扰问题的重要且有效的手段,目的是切断电磁波的传播途径。大部分幅射干扰问题都可以通过电磁屏蔽来解决，用电磁屏蔽的方法解决电磁干扰问题不会影响电路的正常工作。
三、不间断转换
现有的动力型应急电源(EPS)方案中,大多数方案在切换过程中均有时间间隔,这就带来一个问题。由于电机失市电后转由动力型应急电源中用的变频调速器供电时,由于变频调速器加速时间的限制,电动机需有一段时间才能达到额定转速,这在有些用户中是不允许的。我们通过改变两路电转换方式的方法,实现电机不间断供电,从而很好地解决了这个问题。
四、带变频功能的应用
众所周知,变频调速器是起动电机及给电机调速最好的装置，在给电机提供第二路或第三路电源时,由蓄电池与变频调速器相结合构成的电源方案是理想的方案，该方案除具有常规EPS应急电源的优势外，还有以下优势：
1、对电网的容量要求低，因变频调速器可保证起动电流小于额定电流, 电网的容量等于变 频器容量即可。
2、当今变频调速器可完成各种复杂的控制功能,控制柜的功能可集成到电源柜中。
3、可实现集中远程监控。
4、可实现不间断供电（既达到零切换）。
5、可实现EPS应急电源输出功率与负载额定功率之比为1：1
6、控制柜与电源柜与一体，节约空间和投资。
有二个基本方案(单台电机)供选择：
方案一：
说明：
1、 市电正常，市电为变频器供电，变频器拖动电机
2、 市电异常，电池为变频器供电，变频器拖动电机
3、 控制简单，变频器长期带载工作
方案二
说明：
1、 市电正常时，首先由变频器缓起动电机，到达额定转速后，切换到由市电直接拖动电机,变频器失电，不再工作。
2、市电异常时，电池为变频器供电，变频器拖动电机
3、 变频器平时不工作，可延长使用寿命，但控制较复杂，成本略高。
结语
随着社会的进步和发展，环境要求的不断提高，消防安全也越来越被人们重视。EPS以其特有的优越性将被越来越多的人们认识和采用，EPS消防应急电源作为一种可靠的绿色应急供电源，可以灵活的运用在消防供电回路末端、个别重要场合等。在选择应急电源上，不再只限于柴油发电机了，EPS应急电源的使用，为整个社会的消防安全提供了更有力的保障。
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