EPS技術探討

EPS的設計與應用
(2005-11-10 10:49:01)　人氣：1024
EPS的設計與應用 上海青辰集團　　肖先生(13338691205) * 引言 EPS也稱應急電源,即英文Emergency Power Supply的簡稱,被廣泛應用于建筑電氣領域和特殊應急供電場合。隨著社會發展，越是信息化，現代化，就越依賴于電力。突然的斷電必然會給人們正常的生活秩序和學習帶來影響，尤其是對于生產、生活中特別重要的負荷，一旦中斷供電，將會造成重大的經濟損失。然而，電力故障具有突發性，不以人們的意志為轉移，即使電網設施再先進，意外的斷電也在所難免。目前，城市供電系統的安全對策一般是采用并網供電，為城市電力提供可靠的電源保護。但從企業及工業，民用建筑使用情況來看，僅僅靠公用電網還遠遠不夠，必須具備應急供電系統EPS，其重要性是在事故發生的情況下確保提供所需的應急電力，以有效降低因為斷電而造成的損失，為人們生產和生活安全提供保障。因此，EPS也被稱為“城市生命線系統”的重要組成部分。 1應急電源的分類 目前市場上的EPS品牌眾多，大家在設計方面所采用的控制方式和控制手段不盡相同，但針對所帶負載的種類大致可以歸納為以下三種：一是主要用于應急照明和事故照明的單相EPS；二是用于應急照明、事故照明之外，還有應用于空調、電梯、卷簾門、排氣風機、水泵等電感性負載或兼而有之的混合供電的三相系列EPS；三是直接給電動機供電的變頻系列EPS。不難看出，EPS的應用范圍尤為廣泛，市場容量頗大，發展前景廣闊，誰抓住了這個市場發展方向，誰就會在這個行業中嶄露頭角。 2應急電源的設計要求 應急電源可以說是近兩年才訊猛發展起來的一個新興產業，相比于發展很成熟的UPS而言，有相同之處，也有不同之處。其相同點在于都具備在市電故障（中斷）情況下繼續向負載提供交流電源的功能，均采用IGBT逆變技術和脈寬調制PWM技術。不同之處為UPS除了提供應急供電外，還兼備改善市電品質的功能，而EPS則主要解決市電故障時的應急供電問題；UPS主要是為IT行業設備提供用電保障，EPS則適用于各種行業；UPS供電模式要求切換時間很短（0-10ms）, EPS則相對較寬（0-4s）；EPS所帶負載混雜，EPS主要帶計算機類的負載EPS對于運行環境要求較高，EPS則要求能適應各種環境；UPS以一般用戶監控為主，EPS主要用于應急供電，要求與消防聯動；UPS以維護信息傳遞通為主要目的，EPS以防范重大災難事故為主要目的。 鑒于EPS的主要設計思想是在市突然由斷時提供安全可靠的應急電力供應，有效避免發生災害時的人身傷亡和財產損失為原則。因此，在設計EPS時應著重考慮其安全性、可靠性、適用性及合理性。主要有： （1） 斷電轉換時間一般在毫秒級（25ms）,以保證供電的及時性。 （2） 負載適應能力強，包括電容性、電感性、混合型負載，而且過載能力和抗沖擊能力強。 （3） 有多路輸出，防止輸出單一形成的故障。 （4） 有消防聯動和遠程控制信號，可手動與自動相互轉換。 （5） 環境適應能力強，適用于各種惡劣環境，有防止高低溫、濕熱、鹽霧、灰塵、震動及鼠動及鼠咬等措施。 （6） 使用壽命長，有電池快速充電能力和管理能力。 （7） 節能，運行效率高，運行成本低。 （8） 有無人值守、自動操作功能。 （9） 報警功能齊全，能及時提供各種異常狀況的報警。 （10） 有強啟動功能，避免電池環節保護后無法啟動。 （11） 無煙霧、無噪音、無公害等。 （12） 維護簡單，維護費用低。 3 EPS的設計原理 3.1應急照明和事故照明類 照明型的EPS一般以單相為主，主要為應急照明場合提供集中供電（見圖1），比如：商場、娛樂場所、辦公場所、交易場所等的燈光指向，應急照明等負載 當輸入正常時，市電一路通過轉換裝置輸出給日常照明，另一路通過充電器給電池組充電，當控制器檢測到市電中斷或異常（偏低或偏高）時，向逆變器發出啟動信號，并控制互投轉換裝置轉入逆變器輸出。當然，對于EPS的接法不同，還可以把EPS當作二路電源、三路電源使用。 3.2應急照明及混合型負載類 此類型EPS一般適用于負載性質比較復雜的場合，譬如既有照明型負載，又有動力型負載，所以一般以三相居多（見圖2）。適用場合為賓館、高層建筑、醫院、大型商場等。 3.3電機專用的變頻啟動類 顧名思義，此種類型EPS主要為電機類負載而設計，避免因電機起動過程的大電流沖擊而損壞設備。這種EPS被廣泛應用于功率電動機負載，比如電梯、消防水泵、大型風機等。與其他EPS的不同之處是此類型EPS一般只有單路輸出，見圖3。 工作方式：當三相輸入市電正常時經整流后給逆變器提供直流電，同時給充電器對電池組充電；如果當三相輸入斷電或異常時，自動轉由電池組給變頻器提供直流電。當需要電機負載工作時，送給頻器會立即輸出。從0-50Hz變頻，供給電動機進行變頻起動，當其頻率到達50Hz后保持正常運行。 4 EPS領域的現狀 隨著科技的不斷發展，眾多的智能大廈拔地而起，人們對其居住環境提出了更高要求的同時，也提出了電力保障和消防安全問題。但由于EPS的起步較發電機和UPS要晚，直到近兩年才迅速發展，人們對其認識的程度還不夠，所以在眾多應急供電場合，還是以發電機和UPS為主要應急供電方式來實現EPS的功能。就提供應急供電能力而言，這兩種方式已暴露出許多不足之處。 4.1 用柴油發電機組作為應急電源 柴油發電機組是目前大部分工程所采用的，也是最常見的應急備用電源，由于柴油發電機的容量較大，可并機運行且連續供電時間長，所以已經有較長的應用歷史。然而，無論發電機的啟動速度有多快，從停電后使發電機接到啟動信號開始，至發電機電壓、頻率等達到穩定可以供電時為止，至少需要數十秒至數分鐘，這段時間，所有用電設備均停止工作，就可能造成少數設備的損壞或生命財產的安全。而EPS的啟動一般不會超過25ms，所以不會影響設備的正常工作。 另一方面，柴油發電機應用在應急供電場合，有諸多不利之處，主要有： （1） 在高層建筑中，柴油發電機組一般放在地下室，設計難度大，造價高，配備進風、冷卻、排煙、減震、消音等設施都需要充分考慮。 （2） 存在火災隱患，其油罐像一個極為危險的“炸彈”，萬一失火，后果不堪設想。 （3） 日常維護比較頻繁，工作量大。 （4） 柴油發電機噪音大，產生公害。 （5） 排煙中有大量的二氧化硫，污染嚴重，影響環保。 將EPS與柴油發電機的性比價作一個比較：以負載容量為200KW為例，選用EPS時，其額定功率與負載功率為1：1即可，其總價約為60萬元左右；而選用柴油發電機時，其額定功率與負載功率應為1.3-1.5：1。所以，200KW的負載，用柴油發電機則需要用250KVA規格，該機組價格為40萬元左右，但是除機組本身價格之外，還需油罐（2-3萬元）、控制屏（2-3萬元）、ATS（2-3萬元）、自啟動（3-5萬元）、噪音治理器（1-2萬元）、通風/排煙/冷卻等設施（1-3萬元）、機組本身消防措施（2-3萬元）、后期的維護費用（1-2萬元）、專用房屋費用（2-5萬元），所以使用柴油發電機的費用除機組本身價格外，還需外加其他輔助裝置費用約16-29萬元，現以20萬元計算，即選用柴油發電機機組的總價格為60萬元左右，所以，二者價格差不多。從中也不難看出，如果EPS容量小于200KW時，其價格要小于進口柴油發電機的綜合造價。當EPS容量介于200KW-400KW之間時，其價格接近進口柴油發電機的綜合造價。因目前消防應急供電場合的負載總容量一般在200KW以下，從投資的長遠利益考慮，EPS較柴油發電機經濟得多。 4.2用UPS作為應急電源 EPS從原理結構上和UPS大同小異，可以看成是一種離線（后備）式的UPS，如圖4所示。UPS不論市電是否正常，它都一直有逆變器供電，即按照“市電輸入>整流>逆變>輸出”的順序進行，只有在逆變器故障或過載時才改由旁路輸出。 而EPS如圖所示，當市電正常時，市電通過S輸出給負載，同時充電器對電池充電。當控制系統檢測到市電停電時，逆變器工作，使切換開關S切換至逆變輸出狀態，響負載提供電能。 從以上供電系統圖可以看出，UPS是一種雙變換結構的不簡斷電源，主要為負載提供穩定的高質量電能，不受市電電網影響，而且其轉換時間一般在10MS以內，所以，UPS被廣泛應用于計算機、程控交換機、醫療設備以及精密電子儀器等不能中斷供電的場所。但正因為UPS不僅擔負著應急供電外，還擔負著改善電力品質的任務，所以其逆變器要連續不斷的工作，因此，使用壽命相對較短，一般為5-8年，尤其是電池的更換較為頻繁。另一方面，UPS的逆變器長期處于工作中，自身的損耗較大，而且對使用環境要求很高，只能放在計算機或空調房間里。 由于UPS專為IT行業的計算機類和通訊類負載而設計，所以其負載適應能力不及EPS，比如帶感性負載和沖擊性負載。舉例說明，如果應急供電場合含有交流感應式電動機一類的感性負載，那么在UPS的設計選型和使用中就會出現很大問題。由于交流電動機的起動電流通常是其額定電流的5-7倍，而UPS的過載能力標準規定：過載125%時，A類為10min，B類為1min，C類為30s；過載150%時為10s，大于150%時僅200ms。如果想要UPS能承受電動機起動電流的沖擊能力，勢必要增大UPS的額定容量，這無疑將加大投資，還未必能徹底解決問題。因此，選用UPS作為應急電源，工作既不可靠，還得花費大量資金。 5、選用EPS參考事項 EPS產品的品種歸類性差，用電環境復雜，負載類型多，運行環境惡劣，用戶應根據實際的電力環境，選擇最佳的、合理的配置，可參考以下項目： （1）EPS的主要技術性能（輸入范圍、過載能力、互投轉換時間、保護功能等）是否優越； （2）EPS的電氣性能（電網的適應能力、輸出能力、管理能力等）是否超群； （3）EPS的系統性能（環境適應能力、噪音、干擾等）是否達標； （4）EPS的物理性能（安裝形式、安裝尺寸、接線方式、輸入、輸出路數等）是否合理。 6、結語 EPS種類繁多，何為最佳，見仁見智。上述對EPS的結構、特點、應用作了簡單介紹，對用戶在選擇EPS產品時可能有所裨益。