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1、高 层 建 筑 应 急 电 源 的 应 用摘要：本文对高层建筑选择何种类型的应急电源，做一些简略分析。叙词：应急电源 柴油发电机组 EPS UPS随着社会主义经济的高度发展，改革开放的不断深入，城市用地日益紧张，综合性的高层建筑如雨后春笋不断涌出。但随着建筑物高度越来越高，要求供电的可靠性程度也日益增高，对防火、安全提出更高的要求，如何选用合适的应急电源就显得事关重要。高层民用建筑设计防火规范（以下简称“高规” ） ，民用建筑电气设计规范（以下简称“民规” ）规定：一类高层建筑应按一级负荷供电。一级负荷的供电电源应由二个电源供电，当一个电源发生故障时，另一电源不致同时损坏。根据工程情况，和当地
2、供电部门协商，一般可采用二路高压 10KV 同时供电；一路高压，另一路为低压电源，亦可采用应急发电机组。对于一级负荷中特别重要负荷，除上述二个电源外，还必须增设应急电源。应急电源的供电范围一般为：1，消防设施用电：消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警装置、应急照明、电动防火门等2，保安设施、通讯、航空障碍灯、电钟等设备用电3，高级宾馆、商业金融大厦的中央控制室及计算机管理系统4，大、中型电子计算机室等用电5，具有重要政治、经济意义场所的部分电力和照明用电由于应急电源供给的负荷可靠性要求高，因此应急电源的选用应仔细斟酌，下面就此展开一些讨论。“民规”3.1.9.2 指出，常用的应急电源可
3、由以下几种：1，独立于正常电源的发电机组2，供电网络中有效独立于正常电源的专门馈电线路3，蓄电池一、对于第一条，是目前大部分工程所采用的。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。独立运行，不与地区电网并列运行，不受电网电力故障的影响，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：首先是占用的面积较大，除发电机间外，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，由于储油间本身是一个火灾
4、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、商业中心及高级商务楼等更不合适。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 10KV 进线侧 PT 取样，对图 1 的系统来说，虽然消防设备满足二路电源末端切换的要求，但出现 L1 线路的故障，由于市电并未失去，而此时柴油发电机组也未能启动，L2 线路也无电，这样造成二路电源如同虚设，火灾发生时，应急电源没
5、能起到相应的作用。还有，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 15S 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。 “民规”规定：在重要场所的安全照明电源转换时间 CIE 规定不能超过 0.5 秒，而备用照明在金融贸易及银行等场所，电源转换时间不能超过 1.5 秒。故在这种情况下，只能采用蓄电池作为应急电源，而发电机组只是为蓄电池投入运行前的过渡期使用，相当于采用了二套应急电源系统，也不经济合理。图 1二、对于第二条，应急电源采用供电网络中有效独立于正常电源的专门馈电线路，实际工程中也较少运用。对于特别重要的负荷不能满足供电可靠性及连续性的要
6、求，因为电力网故障引起的停电，可能造成全部电源进线同时失去电源，无论是从电网取几个回路，都不能得到严格意义上的独立电源，其可靠性并没有增加。三、对于第三条，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（Emergency Power Supply，以下简称 EPS）和不间断电源装置（Uninterrupted Power Supply，以下简称 UPS） 。其工作原理见图 2图 2下表是 EPS 和 UPS 性能的一些比较指标 EPS UPS结构 逆变器冗余量大 逆变器冗余量小节电 电网供电正常时处于睡眠状态，耗电不足 0.1%电网供电正常时也工作，其效率仅 8090%噪音 电
7、网供电正常时处于睡眠状态，静置无噪音 工作噪音一般为 5565db价格 约为同容量 UPS 的 60% 价格较昂贵寿命 只有电网无电时才进行逆变工作，主机寿命相对较长，一般在 20 年以上只要开机就连续不间断工作，主机寿命相对较短，一般在 8 年以上目标负载 电感、阻性负载 计算机类电容性负载主要特征 适应负载能力强 适应负载单一工作目的 确保应急供电万无一失 确保供电不间断和稳压使用地点 设置在建筑竖井或配电室 设置在计算机房或空调间 从上表可以看出，UPS 适合计算机类负载，允许停电时间为毫秒级，EPS 特别适合作为消防设施用电的应急电源。下表是 EPS 和柴油发电机组性能的比较：指标 E
8、PS 柴油发电机组 结论启动时间 0.10.2 秒 530 秒 快环保 无排气排烟、无噪音、无振动、无公害有二氧化硫排放、排烟、噪音特大、有振动，油库需防火好维护 维护简单，可无人值守自动操作需专人看管，需定期维护好供电状况 供电电压稳定能力强、频率稳定、波形好、无干扰、效率高电压、频率不稳定，效率低好过载及保护过载能力强，保护功能完善过载能力弱，保护功能一般好造价及运行成本一次性投入基本无后续运行费用，电池可循环充放电 300500次发电机组设备采购成本稍低，但辅助设施造价高，且后续运行费用多相近因此，在许多场合，用 EPS 取代柴油发电机组作为应急电源是可行的。下面就 EPS 作为应急电源
9、使用时可能会遇到的一些问题作一些探讨。1，EPS 装置配电系统的方案既可以采用类同于柴油发电机组的配电方案，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 3 所示： 图 3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，因此不存在象柴油发电机组类似图1 由于正常线路故障而不能启动的情况。2，EPS 电源容量的选择确定 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，或者是增加
10、EPS 的容量，或是对电动机负载采取降压启动等方式。3，应急照明的设计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。理由如下：普通应急灯内部装有稳压、充电、逆变、蓄电池等大量电子元器件，灯具使用时工作环境温度较高，由于价格、体积的原因，充放电回路的设计尽可能的简单，难以达到很好的技术指标。有时和不带蓄电池的灯具接在同一回路，在检修、使用、故障时电池均须充放电，影响其使用寿命。另外，由于灯具数量多，分散在建筑物各
11、处，平时由交流电源供电，备用电源部分的故障平时难以发现，维护工作量也较大。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。4，电池的备用时间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、相应消防设备火灾中的使用极限等情况来确定。“高规”规定：商业楼、展览楼、综合楼、一类建筑的财贸金融楼、图书馆、书库、重要的档案楼、科研楼、高级旅
12、馆的火灾延续时间应按 3 小时计算，其他高层可按 2 小时计算，自动喷水灭火系统可按火灾延续时间 1 小时计算。排烟风机在 280C 时能连续工作 30min。耐火电缆在火灾连续工作时间为 90min。因此建议：用于消防泵的 EPS 电池备用时间90min 用于喷淋泵的 EPS 电池备用时间60min用于排烟风机的 EPS 电池备用时间30min用于火灾疏散标志的 EPS 电池备用时间 20min用于火灾备用照明电池备用时间60min以上已考虑了市电全部失去同时又发生火灾的最不利情况结论：因此，在高层建筑供电可靠性要求越来越高的情况下，对环保要求日趋增加的今天，如果地区电力网可靠性较高，柴油发电机组连续长时间工作意义不大，用 EPS 取代柴油发电机组作为应急电源也不失为一种合适的选择。以上是本人对高层建筑应急电源使用的一些粗浅看法，其中不乏错误缺漏，请广大同行不吝赐教。参考书目:1 高层民用建筑设计防火规范 GB 50045-952 民用建筑电气设计规范 JGJ/T-16-923吴恩远 陆泰峰著集中供电式应急照明系统 （97 年全国建筑电气设计情报网年会论文集）
