一、EPS應(yīng)急電源概要
《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045-95）對于消防設(shè)施的供電保障是這樣要求的：一類高層建筑的消防設(shè)施，必須按一級負(fù)荷進(jìn)行供配電設(shè)計(jì)?！豆┡潆娤到y(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052—95）對于一級負(fù)荷供電要求是按這樣規(guī)定的：一級負(fù)荷應(yīng)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)電源不致同時(shí)受到損壞。一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除由兩個(gè)電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。應(yīng)急電源可選用：(1)獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組；(2)供電網(wǎng)絡(luò)中有效地獨(dú)立于正常電源的專門饋電線路；(3)蓄電池；（4）干電池。對于自備應(yīng)急電源的設(shè)置，《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》是這樣規(guī)定的：（1）需要設(shè)置自備電源作為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的應(yīng)急電源時(shí)或第二電源不能滿足一級負(fù)荷的條件時(shí)。（2）設(shè)置自備電源較從電力系統(tǒng)取得第二電源經(jīng)濟(jì)合理時(shí)。（3）有常年穩(wěn)定余熱、壓差、廢氣可供發(fā)電，技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理時(shí)。（4）所在地區(qū)偏僻，遠(yuǎn)離電力系統(tǒng)，設(shè)置自備電源經(jīng)濟(jì)合理時(shí)。
柴油發(fā)電機(jī)組作為消防應(yīng)急電源在工程上被廣泛應(yīng)用在國內(nèi)外已有幾十年的歷史。隨著建筑設(shè)計(jì)理念
進(jìn)步，采用柴油發(fā)電機(jī)組作為消防應(yīng)急電源的很多弊端日益突出,如機(jī)組噪音和有害氣體的排放公害；機(jī)組占用成本高昂的建筑空間且配套建筑設(shè)計(jì)要求高、難度大；儲油設(shè)施本身存在火災(zāi)隱患，需要配套自動(dòng)氣體滅火等高成本的消防設(shè)施等。近年來，隨著電力電子逆變技術(shù)的發(fā)展，靜止逆變應(yīng)急電源（一般稱為EPS）得到了迅速發(fā)展，由于其應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間短、對安裝環(huán)境的靈活適應(yīng)性和較強(qiáng)的負(fù)載的適應(yīng)能力、無噪聲和廢氣排放的環(huán)保特點(diǎn)以及在中低功率段明顯的綜合造價(jià)等優(yōu)勢，被愈來愈多地采用作為消防應(yīng)急電源；并在400KW以下中小功率范圍,有逐步取代應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組趨勢。
二、EPS的基本工作原理
EPS應(yīng)急電源廣泛意義上是指正常供電電源中斷時(shí)，可以向用戶的重要負(fù)載進(jìn)行短時(shí)供電的獨(dú)立應(yīng)急電源裝置(EPS：EmergencyPowerSupply)，這個(gè)廣義的稱謂當(dāng)然包括了應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。隨著靜止逆變電源在建筑消防中應(yīng)作為急電源的逐步應(yīng)用，目前國內(nèi)電源和消防行業(yè)中被簡稱為EPS的主要是專指采用電力電子技術(shù)靜止型逆變應(yīng)急電源系統(tǒng)（下文統(tǒng)一簡稱為EPS）其主要構(gòu)成如下圖1所示：
圖1EPS系統(tǒng)控制原理框圖
EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)主要包括整流充電器、蓄電池組、逆變器、互投裝置和系統(tǒng)控制器等部分。其中逆變器是核心，通常采用DSP或單片CPU對逆變部分進(jìn)行SPWM調(diào)制控制，使之獲得良好的交流波形輸出；整流充電器的作用是在市電輸入正常時(shí)，實(shí)現(xiàn)對蓄電池組適時(shí)充電；逆變器的作用則是在市電非正常時(shí)，將蓄電池組存儲的直流電能變換成交流電輸出，供給負(fù)載設(shè)備穩(wěn)定持續(xù)的電力；互投裝置保證負(fù)載在市電及逆變器輸出間的順利切換；系統(tǒng)控制器對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并可以發(fā)出故障告警信號和接收遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)控制信號，并可通過標(biāo)準(zhǔn)通訊接口由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)EPS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
EPS的基本工作原理可以從圖1中得到清晰的說明：
(1)在市電輸入正常時(shí)，輸入市電通過互投裝置給重要負(fù)載供電，同時(shí)系統(tǒng)控制器自動(dòng)進(jìn)行市電檢測及通過充電機(jī)對蓄電池組充電管理。通常EPS充電器的容量僅相當(dāng)于10蓄電池組容量(Ah)，僅需提供蓄電池組浮充或補(bǔ)充電功能，并不需要具備直接向逆變器提供直流電源的能力。此時(shí),市電經(jīng)由EPS內(nèi)的互投裝置向用戶的應(yīng)急負(fù)載供電。與此同時(shí)，在EPS的系統(tǒng)控制器的調(diào)控下，逆變器停止工作處于自動(dòng)關(guān)機(jī)狀態(tài)。用戶負(fù)載在此時(shí)實(shí)際使用是電網(wǎng)電源，此時(shí)通常稱EPS應(yīng)急電源處在睡眠狀態(tài)，可以有效達(dá)到節(jié)能的效果。
(2)當(dāng)輸入市電供電中斷或市電電壓超限(±15或±20額定輸入電壓)時(shí)，系統(tǒng)控制器指令互投裝置將在(0.1~4)S短時(shí)間內(nèi)投切至逆變器供電，EPS系統(tǒng)在蓄電池組所提供的直流能源的支持下，向用戶負(fù)載供電。
(3)當(dāng)輸入市電電壓恢復(fù)正常工作時(shí)，EPS的系統(tǒng)控制器發(fā)出指令對逆變器執(zhí)行關(guān)機(jī)操作，同時(shí)還通過互投開關(guān)執(zhí)行從逆變器供電向交流旁路供電的切換操作。此后EPS在經(jīng)交流旁路供電通路向負(fù)載提供市電，同時(shí)繼續(xù)通過整流充電器向其蓄電池組充電。
三、EPS應(yīng)急電源的設(shè)計(jì)選型
1）EPS以產(chǎn)品特征分為以下三類產(chǎn)品：
1.1)應(yīng)急照明和事故照明EPS，輸出功率范圍：(0.5～10)KVA。
這類EPS由單路、雙路供電輸入二類產(chǎn)品組成，一般輸入單/三相220VAC或380VAC，輸出單相
220VAC,并可帶多路輸出配電開關(guān)，適應(yīng)于應(yīng)急照明和事故照明的照明負(fù)載。
1.2)混合負(fù)載型EPS，輸出功率范圍：(2.2～800)KVA。
這類EPS由單路、雙路供電輸入二類產(chǎn)品組成，一般輸入/輸出電壓均為三相380/220VAC。除可用于應(yīng)急照明、事故照明，同時(shí)也適應(yīng)于消防電梯、卷簾門、風(fēng)機(jī)、水泵、淋浴泵、供水泵等電感性負(fù)載或混合供電。
1.3)單機(jī)軟啟動(dòng)型EPS，輸出功率范圍：(2.2～800)KVA。
這類EPS主要用于大功率的單臺負(fù)載，通常有單逆變臺單負(fù)載、由單逆變單臺負(fù)載一用一備用、雙逆變單臺負(fù)載一用一備用三類型式；一般輸入/輸出電壓均為三相380/220VAC，它僅為只有一路電源的消防設(shè)施或一級負(fù)荷中的大功率負(fù)載電動(dòng)機(jī)提供一種可軟啟動(dòng)的獨(dú)立三相應(yīng)急電源系統(tǒng)，適應(yīng)于高層建筑的電梯、消防風(fēng)機(jī)、消防水泵等大功率的電機(jī)負(fù)載。
2）根據(jù)應(yīng)急負(fù)載特征選用EPS
2.1）應(yīng)急照明或事故照明用EPS
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《消防應(yīng)急燈具》（GB17945-2000）規(guī)定，為確保建筑內(nèi)部的應(yīng)急照明系統(tǒng)能正常運(yùn)行，應(yīng)對EPS提出如下基本要求：
(1)要求負(fù)責(zé)向普通應(yīng)急照明燈供電EPS的供電中斷時(shí)間<5s；但對于高危險(xiǎn)工作區(qū)及關(guān)鍵工作區(qū)的應(yīng)急照明而言，則要求EPS的供電中斷時(shí)間<0.25s；
(2)為盡可能的利用市電，當(dāng)市電電壓在187~242V(220V/-15, 10)的范圍內(nèi)不允許EPS進(jìn)入逆變器供電狀態(tài)；
(3)要求EPS配置足夠容量的蓄電池組，以便在市電供電中斷時(shí)，至少確保應(yīng)急照明燈繼續(xù)工作90min以上；
(4)EPS中的充電器對蓄電池組的最長充電時(shí)間小于24h，最大充電電流小于0.4C(A)。
在市電供電正常時(shí)，EPS是通過它的交流旁路向負(fù)載供電。原則上，它可以帶具有各種不同功率因數(shù)的負(fù)載，然而在市電供電中斷或市電電壓或頻率超限時(shí)則是有EPS中的逆變器來供電的。在此條件下EPS的帶載能力不僅需要考慮逆變器在不同功率因數(shù)值負(fù)載時(shí)的降額度輸出特性，而且還需要根據(jù)所使用的應(yīng)急照明燈具的不同來選配EPS的輸出功率和機(jī)型。在選配EPS時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：
(1)普通的應(yīng)急照明燈具：由于應(yīng)急照明的功耗是用有功功率P(KW)來標(biāo)注的，而EPS逆變器的輸出功率是用功率因數(shù)cosφ=0.8(滯后)時(shí)的視在功率S(KVA)來標(biāo)注的，所以實(shí)際選用EPS的滿載輸出功率應(yīng)為：S=P/0.8；
(2)應(yīng)急照明燈具為熒光燈時(shí)，所選用的EPS滿載輸出功率應(yīng)為S=(1.3~1.5)ΣP/0.8，其原因是熒光燈啟動(dòng)時(shí)存在較大的”啟動(dòng)浪涌”電流；
(3)應(yīng)急照明燈具為高壓氣體燈時(shí)(例：高壓鈉燈,高壓鈀燈等)，宜選用切換時(shí)間小于20ms的特殊EPS產(chǎn)品。這是因?yàn)槿绻麑Ω邏簹怏w燈的供電中斷時(shí)間超過20ms時(shí)，就有可能致使氣體燈中的放電電弧”熄滅或中斷”。一旦發(fā)生放電電弧中斷現(xiàn)象，即使馬上恢復(fù)供電也可能導(dǎo)致長達(dá)數(shù)分鐘的燈具熄滅現(xiàn)象發(fā)生。這因?yàn)樗枰銐蜷L時(shí)間來重新預(yù)熱高壓氣體燈中燈絲的緣故。顯然，對于大型體育館和演出場地的照明系統(tǒng)來說，是不允許出現(xiàn)這種狀況的。
2.2）應(yīng)急照明 電動(dòng)機(jī)混合型負(fù)載用EPS
為了正確的選用EPS的輸出功率，應(yīng)首先分別統(tǒng)計(jì)應(yīng)急阻性照明負(fù)載與應(yīng)急感性電機(jī)類負(fù)載的比例。對于電機(jī)負(fù)載而言，因用戶所選的機(jī)型及工作方式的不同，它的啟動(dòng)電流可能高達(dá)5~10倍額定工作電流。為確保電機(jī)及EPS本身的安全運(yùn)行，對這部分電機(jī)負(fù)載而言，不僅要求所選的EPS輸出功率應(yīng)為6倍以上的電機(jī)標(biāo)稱功率；其切換時(shí)間也必須充份滿足保證應(yīng)急快速反應(yīng)的需要。
2.3）帶電機(jī)負(fù)載的EPS
(1)采用電機(jī)“硬啟動(dòng)”工作方式，對于這種EPS輸出功率的選用方案同2.2所述，采用這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：不管在市電供電中斷時(shí)還是在市電恢復(fù)正常工作時(shí)，EPS均可確保電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，其缺點(diǎn)是:需選用大功率的EPS，成本較高。
(2)選用帶變頻軟啟動(dòng)功能的電機(jī)專用型EPS
對于大功率電機(jī)負(fù)載，可以采用帶變頻軟啟動(dòng)功能的電機(jī)專用型EPS。主要優(yōu)點(diǎn)是很明顯的：
①可以利用EPS交流逆變器的“轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤”或“瞬時(shí)掉電自啟動(dòng)”功能使電機(jī)平滑上電，防止在EPS與處于“慣性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”下的電機(jī)所產(chǎn)生的自激勵(lì)電勢發(fā)生短路故障；
②可以降低EPS的輸出功率和降低投資成本，此時(shí)EPS的輸出功率只需選取1:1電機(jī)的額定功率就可滿足要求。
