柴油發(fā)電機和EPS應(yīng)急電源的比較和應(yīng)用

楊興國

（重慶魯能開發(fā)（集團）有限公司 重慶 400023）

柴油發(fā)電機和EPS應(yīng)急電源的比較和應(yīng)用

楊興國

（重慶魯能開發(fā)（集團）有限公司 重慶 400023）

文章首先通過介紹規(guī)范對自備應(yīng)急電源的要求，再通過分項介紹柴油發(fā)電機和EPS應(yīng)急電源的工作原理、特點，并從使用可靠性、應(yīng)急持續(xù)時間、經(jīng)濟可行性、機房選擇和配套設(shè)施等方面對柴油發(fā)電機和EPS應(yīng)急電源進行比較分析，從而總結(jié)出柴油發(fā)電機和EPS應(yīng)急電源的優(yōu)缺點以及在實際工程中的運用。

自備應(yīng)急電源；柴油發(fā)電機；EPS應(yīng)急電源

《高層民用建筑設(shè)計防火規(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)荷進行供配電設(shè)計。而 《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(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)由兩個電源供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不致同時受到損壞。一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除由兩個電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。應(yīng)急電源可選用：(1)獨立于正常電源的發(fā)電機組；(2)供電網(wǎng)絡(luò)中有效地獨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)急電源時或第二電源不能滿足一級負(fù)荷的條件時。（2）設(shè)置自備電源較從電力系統(tǒng)取得第二電源經(jīng)濟合理時。（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)濟合理時。（4）所在地區(qū)偏僻，遠離電力系統(tǒng)，設(shè)置自備電源經(jīng)濟合理時。

在民用建筑設(shè)計中，從城市供電網(wǎng)絡(luò)中取得獨立于正常電源的專用饋電線路比較難，并且引入供電線路的費用比較高，所以在日常民用電氣設(shè)計工作中通常會采用到自備應(yīng)急電源作為消防應(yīng)急電源。筆者將分別從使用可靠性、經(jīng)濟可行性、機房占地面積和自動啟動電源的時間等方面對柴油發(fā)電機和EPS應(yīng)急電源進行比較分析。

柴油發(fā)電機是一種小型發(fā)電設(shè)備，系指以柴油等為燃料，以柴油機為原動機帶動發(fā)電機發(fā)電的動力機械。柴油發(fā)電機組一般由柴油機、發(fā)電機、控制箱、燃油箱、起動和控制用蓄電瓶、保護裝置、應(yīng)急柜等部件組成。整體可以固定在基礎(chǔ)上，定位使用，亦可裝在拖車上，供移動使用。柴油發(fā)電機組的輸出功率一般在12kw～2000kw范圍內(nèi)。

使用可靠性：機組在緊急狀態(tài)下并且市電失電時能自動啟動，并能在10～15s接帶負(fù)荷，具有3次自啟動功能，總計時間在30s內(nèi)。當(dāng)采用自動啟動有困難時，也可采用手動啟動裝置。當(dāng)市電恢復(fù)時，機組能延時自動停機，柴油發(fā)電機重新處于停機狀態(tài)。

應(yīng)急持續(xù)時間：在柴油發(fā)電機房內(nèi)一般設(shè)有總儲存量3～8小時的需要量，并且可以根據(jù)實際情況對儲油間進行燃料補給，所以柴油發(fā)電機在燃料充足的情況下應(yīng)急持續(xù)時間是很長的。

經(jīng)濟可行性：柴油發(fā)電機價格根據(jù)容量和品牌從幾萬到幾百萬不等。柴油發(fā)電機的使用年限一般在50年以上。柴油發(fā)電機運行時一般每發(fā)電1千瓦1小時需要耗油200克左右。另外，由于平時需要對機器進行定期的清理和維護，所以也需要增加更多的運行成本。

表1 機組之間及機組外廓與墻壁的凈距(m)

機房選擇：根據(jù) 《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》 （JGJ 16-2008）表1可以看出，即便是64kw以下的柴油發(fā)電機組至少也需要6m×4m共24m2以上的機房，而且還不包括儲油間等配套房間的大小，所以柴油發(fā)電機房的占地面積是比較大的。另外柴油發(fā)電機房對樓板和門的耐火等級都有特殊要求。

配套設(shè)施：柴油發(fā)電機組需要通過排煙系統(tǒng)將煙氣排放到室外建筑物最高處。如果環(huán)境條件要求較高，則需要加裝除塵設(shè)施，使煙氣經(jīng)處理后排至室外；此外儲油間油柜還要安裝安全呼氣閥至室外，而且柴油發(fā)電機噪聲強度可達110dB～130dB，對機房和周圍環(huán)境影響也比較大。根據(jù)要求，在賓館和住宅區(qū)白天噪聲不超過50dB，夜晚噪聲不超過40dB，所以應(yīng)設(shè)消聲器以減少噪聲。

EPS應(yīng)急電源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，實現(xiàn)對蓄電池組適時充電；逆變器的作用則是在市電非正常時，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)控制器對整個系統(tǒng)進行實時控制，并可以發(fā)出故障告警信號和接收遠程聯(lián)動控制信號，并可通過標(biāo)準(zhǔn)通訊接口由上位機實現(xiàn)EPS系統(tǒng)的遠程監(jiān)控。EPS應(yīng)急電源的輸出功率一般在0.5kw～800kw范圍內(nèi)。

使用可靠性：在市電輸入正常時，輸入市電通過互投裝置給重要負(fù)載供電，同時系統(tǒng)控制器自動進行市電檢測及通過充電機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，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，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關(guān)機狀態(tài)。用戶負(fù)載在此時實際使用是電網(wǎng)電源，此時通常稱EPS應(yīng)急電源處在睡眠狀態(tài)，可以有效達到節(jié)能的效果。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，系統(tǒng)控制器指令互投裝置將在(0.1～4)S短時間內(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。當(dāng)輸入市電電壓恢復(fù)正常工作時，EPS的系統(tǒng)控制器發(fā)出指令對逆變器執(zhí)行關(guān)機操作，同時還通過互投開關(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，同時繼續(xù)通過整流充電器向其蓄電池組充電。

應(yīng)急持續(xù)時間：通常EPS應(yīng)急電源的備用時間僅為90分鐘或120分鐘，當(dāng)需要增加電源備用時間時就需要增加一定數(shù)量的電池柜。

機房選擇：一般對較小功率的EPS只需要分散在各樓層設(shè)置即可，通常不需要專門的設(shè)備房。對功率較大需要集中設(shè)置EPS設(shè)備房的地方，根據(jù) 《民用建筑電氣設(shè)計手冊》（第二版）6.3.1規(guī)定：不間電源裝置室與蓄電池室應(yīng)分開設(shè)置。整流柜、逆變器柜、靜態(tài)開關(guān)柜等安裝距離和通道寬度不宜小于下列數(shù)值：柜頂距頂棚凈距為1.2m；離墻安裝時，柜臺維護通道為1m；柜前巡視通道為1.5m。

可以看出，規(guī)范對EPS應(yīng)急電源控制柜的間距要求小于對柴油發(fā)電機組的間距要求。而EPS應(yīng)急電源裝置的大小很大程度上取決于電池柜的數(shù)量，如果在對消防應(yīng)急電源持續(xù)時間要求不長的情況下，EPS應(yīng)急電源裝置不會很大。規(guī)范對EPS電源裝置室的耐火等級無特殊要求。

經(jīng)濟可行性：EPS應(yīng)急電源價格由幾百元到幾十萬元不等，略低于柴油發(fā)電機價格。EPS主機使用年限一般在20年以上，電池的使用壽命時間一般為5～10年。相對建筑的50年的使用年限EPS應(yīng)急電源需要考慮更換主機和電池的費用。而大多數(shù)EPS應(yīng)急電源在平時基本不需要專門的維護，它能通過控制模塊對電池組進行智能管理，大大減少了人工維護的費用。EPS在市電失電時只需要將蓄電池組存儲的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電輸出即可。

配套設(shè)施：EPS電源在運行時無排煙，噪聲指數(shù)低于國家規(guī)范要求的55dB。所以無需再增加配套設(shè)施進行處理。

前面對柴油發(fā)電機和EPS應(yīng)急電源從使用可靠性、應(yīng)急持續(xù)時間、經(jīng)濟可行性、機房選擇和配套設(shè)施上進行了介紹?？梢钥闯鯡PS作為一種新型的自備應(yīng)急電源，有以下優(yōu)勢：應(yīng)急反應(yīng)時間短；對機房大小和設(shè)置要求比較低；運行時噪聲低和無廢氣排放，相應(yīng)對配套設(shè)施要求較少；運行成本較低，不需要耗費寶貴的柴油資源。

在建筑空間成本高昂，人們對環(huán)保越來越重視的今天，EPS應(yīng)急電源比柴油發(fā)電機更有優(yōu)勢。但是柴油發(fā)電機作為傳統(tǒng)的消防應(yīng)急電源有以下優(yōu)勢：主機使用時間長不需要對設(shè)備進行二次更換；消防應(yīng)急備用時間長。

所以要通過對這兩種自備應(yīng)急電源合理的應(yīng)用，才能使我們的設(shè)計更經(jīng)濟合理。筆者根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中消防用電設(shè)備在火災(zāi)發(fā)生期間的最少持續(xù)供電時間的要求，對兩種自備應(yīng)急電源在工程實際中的運用進行了歸納（表2）。

表2 消防用電設(shè)備在火災(zāi)發(fā)生期間的最少持續(xù)供電時間

從表2中可以看出，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，消防用電梯、水泵、風(fēng)機的最小持續(xù)時間大于180分鐘，而通常EPS的備用時間僅為90分鐘或120分鐘，當(dāng)需要增加備用時間時就需要增加一定數(shù)量的電池柜，這對前期投入和機房占地面積都帶來了諸多不便，而柴油發(fā)電機的3～8小時的儲油量對消防負(fù)荷要求的持續(xù)時間是絕對能滿足的。

筆者認(rèn)為，在如今工程實際中，EPS可以對消防應(yīng)急照明和分散的小功率消防動力負(fù)荷進行合理的供電，而對集中的大功率并要求火災(zāi)發(fā)生期間的最少持續(xù)供電時間較長的消防動力負(fù)荷，還是由相應(yīng)的柴油發(fā)電機供電更為合理、經(jīng)濟。因此目前談?wù)揈PS自備應(yīng)急電源能完全替代柴油發(fā)電機還為時過早，但是相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，如果EPS應(yīng)急電源能更好地解決使用年限和備用時間不長的缺點，EPS應(yīng)急電源還是能在建筑工程中發(fā)揮更大的作用。

[1]JGJ 16-2008，民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB50045/95，高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].

[3]GB50052/95，供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]戴瑜興，等.民用建筑電氣設(shè)計手冊（第二版）[M].中國建筑工業(yè)出版社.

Application and Comparison of DieselGeneratorand EPSEmergency Power Supply

Thew riter in this paper beginsw ith introducing standardized requirements for self-owned emergency power supply.Then,the principlesof work and the characteristicsof dieselgeneratorand EPSemergency power supply are respectively introduced in details.Moreover,dieselgenerator and EPSemergency power supply are furtheranalyzed and compared in such aspectsas reliability,emergency duration,econom ical feasibility,engine room choice,andmatching facilities.this thesis finally summarizes the advantages and disadvantages of diesel generator and EPSemergency power supply and theapplications in thepracticalprojects.

self-owned emergency power supply;dieselgenerator;EPSemergency power supply

TU85

A

1671-9107（2011）05-0046-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.05.046

2011-03-01

楊興國（1969-）男，機電工程師，從事機械行業(yè)機電管理工作10年，從事房地產(chǎn)電氣工程管理9年。

余詠梅