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柴油发电机组,应急电源的使用
1 应急电源的应用范围
有关电气规程和国家标准规定，一类高层建筑应按一级负荷供电。
一级负荷供电的一般为：电视台、广播电台、民用机场、火车站、银行、县（区）级以上医院、市（地区）及以上气象台、重要办公建筑、高等院校和科学院的重要实验室，大型博物馆以及计算中心等。
一级负荷，要求供电系统无论是正常运行还是发生事故时，都能保证其连续供电。因此对一级负荷，应由两个独立的电源供电，并按生产的需要和允许停电的时间，采用双电源自动或手动切换，或采用双电源分组同时供电的接线，一般情况下，还应有应急电源作备用。如果一级负荷不大，则可采用蓄电池、自备发电机等设备，或者从邻近的单位取得第二个独立电源。这里所说的两个“独立电源”，是指其中任一个电源发生故障或停电检修时，而不致影响另一个电源继续供电。
应急电源的应用范围：
·消防设施用电：消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警系统、应急照明、电动防火门等。
·保安设施用电：防盗信号电源、事故应急照明、道路照明。
·大中型电子计算机系统电源。
·宾馆、重要办公大楼、商业金融大厦的中央控制室及计算机管理系统。
·具有重要政治、经济意义的部分电力和照明用电。
2 常用应急电源
常用的应急电源包括：独立于正常电源的发电机组、供电网络中有效独立于正常电源的电池组。
由于柴油发电机的容量较大，可并机运行且持续供电时间长，还可独立运行，不与地区电网并列运行，不受电网故障的影响，可靠性较高。尤其对某些地区常用市电不是很可靠的情况下，把柴油发电机作为备用电源，既能起到应急电源的作用，又能通过低压系统的合理优化，将一些平时比较重要的负荷在停电时使用，因此在工程中得到广泛的使用。
但柴油发电机的推广也带来诸多问题：是占用面积较大，除发电机组外，还需考虑控制、配电、油箱等附属设备间，对平面和空间要求较高，加上储油间本身是一个火灾隐患，所以还需对其进行防火处理。在城市用地日趋紧张的情况下，也应考虑其经济合理性。其次，柴油发电机组带来的噪音、振动、排烟、通风、防潮、防冻的问题也很严重，这和目前所倡导的环保理念也格格不入，尤其是对环保要求较高的医院、商业中心及商务楼更不合适。再次，柴油发电机组的运行必须是在市电同时失去的情况下才能启动，严禁和市电并列运行。这样，如果发电机的自启动信号取自10 kV进线侧TV，虽然能满足消防设备两路电源末端切换的要求，但出现线路故障时，由于市电并未失去，而此时柴油发电机组也未能启动，这样造成两路电源形同虚设。如果发生火灾，应急电源不能起到相应的作用。在某些场合，对允许中断时间要求较高的情况下，柴油发电机的启动时间一般在15 s以内，柴油发电机作为应急电源是不能满足允许中断时间要求的。规程规定：在重要场所的安全照明电源转换时间规定不能超过0.5 s，而备用照明在证券、银行等场所电源转换时间不能超过1.5 s。故在这种情况下，只能采用蓄电池作为应急电源，而发电机组只是为了蓄电池投入运行前的过渡期使用，相当于采用了两套应急电源系统，一般不经济很少采用。
采用蓄电池作为应急电源，主要指允许短时电源中断的应急电源装置（EPS）和不间断电源装置（UPS）。
蓄电池是一种能量转换装置，充电时将电能转换成化学能而被贮存在蓄电池中，放电时又将化学能转换成电能供负荷工作。蓄电池充电和放电均为直流，所以变（配）电所蓄电池的充电电源需由交流电源经整流获得。
蓄电池的基本工作原理为电池通过氧化-还原电化学反应，将电池内活性物质的化学能直接转换为电能的一种独立直流电源。它是由正极、负极、电解质、隔膜和容器等部分组成。
电池工作时，负极活性物质发生电化学氧化反应，释放出电子，在两极间电位差的作用下，电子由负极流经外线路传递到正极。正极活性物质则接受电子发生电化学还原反应，同时电解质的离子通过扩散和迁移，在电池内部传输电流，从而形成一个导电回路，隔膜的作用是把正、负极分隔开，防止发生短路现象。电池容器可根据使用要求做成圆筒形、长方形等各种形状。
蓄电池是可以再充电并反复使用的电池，它的电极反应有很好的可逆性，放电时消耗的活性物质在充电时得以恢复。放电时是化学能转变为电能的过程，而充电时是电能转变为化学能的过程，它是一种化学能、电能相互转换的储能装置。
3 EPS和UPS、柴油发电机的性能比较
EPS和UPS性能的比较见表1。
从表1可以看出，UPS适合计算机类负载，允许停电时间为ms级，EPS特别适合作为消防设施用电的应急电源。
EPS和柴油发电机性能的比较见表2。
因此在许多场合，采用EPS取代柴油发电机作为应急电源是可行的。
4 EPS的应用
EPS既可以采用类同于柴油发电机的配电方案，也可对一些应急负荷要求较高的场所，在配电末端设置EPS，如图1所示。
无论L1、L2的正常停电或是L1、L2的线路故障，可通过蓄电池组直流储能放电，经过逆变环节提供交流电源至应急负荷，由于整流环节的存在，因而蓄电池不会向工作电源进线侧反馈，因此不存在像柴油发电机由于正常线路故障而不能启动的情况。
确定EPS电源容量，首先要使电源容量大于负荷功率，其次要根据不同的负载类型，对大容量的电动机应考虑电压降对电动机启动的影响，或是增加EPS的容量，或是对电动机负载采取降压启动等方式。
对应急照明，目前采用较多的是独立供电式系统，即每个应急照明灯具自带蓄电池作为备用电源。建议采用集中供电式系统，在每层配电小室设专用的EPS装置，用于应急照明的供电，应急照明灯具本身不带蓄电池，正常照明电源故障时，由EPS集中供电。
如果采用EPS集中供电式系统，灯具内部所有复杂的电子线路能够被省略掉。由于EPS电子部分对整个系统的价格和设备体积影响不大，可以充分设置各种电压、过电流、抗冲击等保护措施，选择较好的元器件，使用寿命较长，平时的维护成本也能降低很多。
电池容量选择多大才合适，涉及到价格、体积、维护等多种因素，因此不是备用时间越长越好，而是根据工程规模、性质、负荷的重要程度、相应消防设备在火灾中的使用极限等情况来确定。
电气规程规定：商业楼、展览馆、综合楼、一类建筑的财贸金融楼、图书馆、书库、重要的档案馆、科研楼、宾馆的火灾延续时间应按3 h计算，其他高层可按2h计算。自动喷水灭火系统可按火灾延续时间1h计算，排烟机在280 ℃时能连续工作时间为30 min，耐火电缆在火灾连续工作时间为90 min。因此建议：用于消防泵的EPS电池备用时间≥90 min；用于喷淋泵的EPS电池备用时间≥60 min；用于排烟风机的EPS电池备用时间≥30 min；用于火灾疏散标志的EPS电池备用时间≥20 min；用于火灾备用照明电池备用时间≥60 min。
以上已考虑了全部失去供电电源而同时又发生火灾的最不利情况。
当前在高层建筑供电可靠性要求越来越高的情况下，对环保要求且趋增加的今天，如果地区电力网中可靠性较高，柴油发电机连续长时间工作意义不大，用EPS取代柴油发电机作为应急电源也不失为一种合适的选择。
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