林偉敬

摘 要：主要介紹了EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)的基本原理、分類、與UPS的區(qū)別及在廣州地鐵5號(hào)線事故照明中的應(yīng)用，并提出常見故障處理方法和日常維護(hù)保養(yǎng)的關(guān)鍵事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：EPS；事故照明；蓄電池；逆變器

中圖分類號(hào)：U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）12-0058-02

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和人們對(duì)電源技術(shù)的深入研究，逐漸產(chǎn)生了一種將集中設(shè)置的蓄電池組作為儲(chǔ)能單元的應(yīng)急供電裝置——應(yīng)急電源（Emergency Power Supply，簡稱“EPS”）。應(yīng)急電源被廣泛應(yīng)用于建筑、消防、醫(yī)療、化工、國防等領(lǐng)域，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)能及時(shí)提供獨(dú)立、安全、可靠的應(yīng)急電力，并確保人們生命財(cái)產(chǎn)的安全。

1 EPS基本原理

當(dāng)市電正常時(shí)，由市電作為電源向負(fù)載提供一定電壓等級(jí)的直流或交流輸出；而當(dāng)市電異常時(shí)，切換到由蓄電池組向負(fù)載提供同樣電壓等級(jí)的直流或交流輸出。

2 EPS分類

按照輸出方式劃分，EPS可分為直流輸出型、交直流混合輸出型和交流輸出型。直流輸出型是系統(tǒng)將市電整流濾波后向負(fù)載提供直流電源，當(dāng)市電異常時(shí)，由蓄電池組直接提供直流電源；交直流混合輸出型是系統(tǒng)將市電直接投向負(fù)載，當(dāng)市電異常時(shí)，轉(zhuǎn)由蓄電池組向負(fù)載提供直流輸出；交流輸出型是系統(tǒng)將市電直接投向負(fù)載，當(dāng)市電異常時(shí)，蓄電池組經(jīng)由逆變器將直流電變換為交流電提供給負(fù)載。

按照運(yùn)行方式劃分，EPS可分為冷后備運(yùn)行式、熱后備運(yùn)行式和在線運(yùn)行式。冷后備運(yùn)行方式是市電正常時(shí)，逆變器處于冷態(tài)（待機(jī)不工作），當(dāng)市電異常時(shí)，逆變器才啟動(dòng)輸出向負(fù)載供電；熱后備運(yùn)行方式是市電正常時(shí)，逆變器處于熱待機(jī)狀態(tài)（空載逆變），當(dāng)市電異常時(shí)，輸出單元將負(fù)載切換到處于熱待機(jī)狀態(tài)的逆變器輸出端；在線運(yùn)行方式是市電正常時(shí)，將市電經(jīng)過整流變換為直流，再送入逆變器逆變后輸出向負(fù)載供電，同時(shí)給蓄電池充電，市電異常時(shí)，市電整流的直流消失，由蓄電池投入供電，從而保證輸出端不斷電。

按照負(fù)載特性劃分，EPS可分為照明型、動(dòng)力型和照明/動(dòng)力混合型。照明型主要針對(duì)疏散指示燈、標(biāo)識(shí)燈、照明燈等負(fù)載，這些燈具內(nèi)部無需設(shè)置電池、充電器、逆變器等部件，與普通燈具基本相同，負(fù)荷性質(zhì)可為阻性（比如白熾燈）、感性（比如電感熒光燈、鹵素?zé)簦?、容性（比如電子熒光燈、電子場致發(fā)光板）；動(dòng)力型主要針對(duì)動(dòng)力設(shè)備、電機(jī)等負(fù)載，比如消防水泵、穩(wěn)壓泵、排污泵、排煙風(fēng)機(jī)、電梯、生產(chǎn)用動(dòng)力設(shè)備等；照明/動(dòng)力混合型是上述兩種的混合類型。

3 EPS與UPS的區(qū)別

EPS和UPS兩者均有市電旁路及逆變電路，但EPS僅具有持續(xù)供電功能，一般對(duì)逆變切換時(shí)間要求不高（特殊要求除外），可有多路輸出，有些EPS 還配置蓄電池單體監(jiān)測功能。EPS在市電正常時(shí)由市電供電，在市電中斷時(shí)才轉(zhuǎn)為逆變供電，電能利用率高，帶載能力強(qiáng)。而UPS僅有一路總輸出，一般強(qiáng)調(diào)其三大功能，即穩(wěn)壓穩(wěn)頻、對(duì)切換時(shí)間要求極高的不間斷供電和凈化市電。日常著重整流/逆變的雙變換電路供電，在逆變器故障或過載時(shí)才轉(zhuǎn)為市電旁路供電，電能利用率不高。在我國，EPS 主要用于消防類負(fù)荷和一些對(duì)供電質(zhì)量要求不太高但需保證連續(xù)供電的用電設(shè)備，僅強(qiáng)調(diào)能持續(xù)供電這一功能；而UPS一般用于計(jì)算機(jī)和數(shù)字信息系統(tǒng)等場合，要求供電質(zhì)量較高的負(fù)載，主要強(qiáng)調(diào)逆變切換時(shí)間、輸出電壓、頻率穩(wěn)定性，輸出波形的純正、無各種干擾等。

4 EPS在事故照明裝置中的應(yīng)用

以廣州地鐵5號(hào)線事故照明裝置為例，該裝置是熱后備式交流輸出的照明型EPS，主要包括交流電源自動(dòng)切換裝置、整流/充電機(jī)、蓄電池組、逆變器（帶輸出隔離變壓器）、監(jiān)控裝置和饋線單元等部分。

4.1 系統(tǒng)功能

4.1.1 工作原理

在正常情況下，事故照明裝置由變電所的兩段交流低壓母線各供一路三相電源（手動(dòng)選擇任一路電源為主用電源），當(dāng)主

用電源發(fā)生故障時(shí)，由進(jìn)線電源自動(dòng)投切裝置進(jìn)行控制，備用電源自動(dòng)投入，保證一路電源的正常工作。蓄電池處于浮充狀態(tài)，事故照明和疏散標(biāo)志照明負(fù)荷由交流低壓母線旁路供電。當(dāng)雙路進(jìn)線電源發(fā)生故障時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)動(dòng)作，事故照明電源裝置的電池組通過逆變器向事故照明和疏散標(biāo)志照明設(shè)備供電，提供電壓（380±5%）V，頻率（50±0.5%）Hz，失真度≤3%的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，逆變輸出。當(dāng)交流進(jìn)線電源從故障狀態(tài)恢復(fù)正常時(shí)，逆變器自動(dòng)退出運(yùn)行，應(yīng)急照明負(fù)荷和疏散標(biāo)志照明由交流低壓0.4 kV母線供電，同時(shí)整流/充電器向電池組充電。電池組充電完成后，整流/充電器應(yīng)自動(dòng)調(diào)整電壓向蓄電池浮充電。

4.1.2 蓄電池的低壓保護(hù)和強(qiáng)制啟動(dòng)

事故照明裝置的輸出容量應(yīng)保證應(yīng)急照明和疏散標(biāo)志照明負(fù)荷滿負(fù)荷運(yùn)行90 min的用電需求。當(dāng)任一單體電池放電至額定最低電池電壓時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)以保護(hù)電池（緊急情況除外），并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)以保護(hù)電池時(shí)，在緊急情況下可通過設(shè)備的強(qiáng)制啟功能強(qiáng)行啟動(dòng)設(shè)備，最大限度地保證在緊急情況下應(yīng)急照明的供電時(shí)間。

4.1.3 維修旁路

為了便于維修，系統(tǒng)設(shè)置了旁路開關(guān)將整流/充電單元、逆變器與電池組隔離。當(dāng)裝置需要維修時(shí)，可通過維修旁路開關(guān)將整流/充電機(jī)、逆變器與電池組隔離。由維修旁路對(duì)應(yīng)急照明進(jìn)行供電，以免在設(shè)備維修時(shí)對(duì)應(yīng)急照明負(fù)荷造成影響。

4.1.4 集中監(jiān)控

該裝置能與上位監(jiān)控系統(tǒng)、車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱“BAS”）進(jìn)行通信。BAS可以對(duì)裝置的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視。主要監(jiān)視內(nèi)容包括主備電源運(yùn)行狀況、電池工作狀態(tài)、故障狀態(tài)（比如輸入電源故障、逆變器故障、充電器故障、電池故障、輸出故障等）。BAS可將狀態(tài)信息上傳至控制中心的主控系統(tǒng)，調(diào)度人員通過主控系統(tǒng)獲知故障信息后可立即通知車站值班人員處理。集中監(jiān)控原理如圖1所示。

4.2 常見故障和處理方法

4.2.1 系統(tǒng)無法切換到逆變輸出

事故照明裝置在進(jìn)行功能測試時(shí)，斷開兩路市電后，無法切換到逆變輸出且逆變器停機(jī)。該故障最主要的原因是核心控制板出現(xiàn)故障或蓄電池開路出現(xiàn)故障，可通過斷開負(fù)載的方式進(jìn)行測試。如果斷開負(fù)載測試后逆變器仍會(huì)停機(jī)，則說明是蓄電池開路故障造成。這時(shí)可通過更換核心控制板或隔離、更換故障蓄電池進(jìn)行處理。

4.2.2 系統(tǒng)無故切換到逆變輸出

當(dāng)兩路市電正常時(shí)，事故照明裝置自動(dòng)切換到逆變輸出。

該故障主要原因是動(dòng)力主控板采集市電電壓數(shù)據(jù)有誤，這時(shí)更換數(shù)據(jù)采集IC可恢復(fù)正常。

4.2.3 應(yīng)急處理措施

當(dāng)事故照明裝置的核心控制板出現(xiàn)故障且無備件更換時(shí)，為保證該裝置能在應(yīng)急情況下切換到逆變輸出，可在市電輸出回路中并聯(lián)一個(gè)中間繼電器KA1，在逆變輸出回路接入中間繼電器KA1的常閉觸點(diǎn)。當(dāng)市電輸出正常時(shí)，逆變輸出回路不工作；當(dāng)市電無輸出時(shí)，市電接觸器KM1和中間繼電器KA1失電，市電接觸器KM1和中間繼電器KA的常閉觸點(diǎn)閉合，轉(zhuǎn)為逆變回路輸出。其原理如下所示。

4.3 日常維護(hù)保養(yǎng)關(guān)鍵事項(xiàng)

4.3.1 安裝場所的維護(hù)

對(duì)事故照明裝置所配的蓄電池，環(huán)境溫度消防行業(yè)要求其環(huán)境溫度不高于40 ℃。溫度對(duì)蓄電池使用壽命影響較大，25 ℃以上，每升高10 ℃，蓄電池使用壽命減半，因此，環(huán)境溫度應(yīng)控制在5～25 ℃，且通風(fēng)、散熱良好。同時(shí)，照明裝置必須遠(yuǎn)離火源和易燃易爆品，平常雜物不要堆放于內(nèi)，否則既不利于防火安全，也容易引發(fā)鼠患。在室內(nèi)和柜內(nèi)采取防潮措施，防止EPS 應(yīng)急電源內(nèi)部控制電路板上結(jié)露，從而減少EPS故障發(fā)生率。此外，室內(nèi)灰塵不能太多、環(huán)境不能太臟。灰塵一般帶正電荷，如果EPS 應(yīng)急電源控制板上灰塵積壓太多，很容易引起控制板故障。

4.3.2 事故照明裝置本身的維護(hù)

對(duì)于事故照明裝置的維護(hù)，可采取以下措施：定期進(jìn)行柜內(nèi)清潔、除塵、除異物；定期測量電氣參數(shù)（包括市電電壓是否正常，兩路市電的中性線、相線是否一致，輸出回路是否超載）；定期進(jìn)行模擬切換測試。

4.3.3 蓄電池的維護(hù)

對(duì)于蓄電池的維護(hù)，可從以下幾點(diǎn)做起：①定期巡視、觀察蓄電池外觀是否鼓脹、爆裂、漏液等；②每三個(gè)月進(jìn)行一次功能性放電，放電時(shí)間0.5～1 h，可使蓄電池極板有效物質(zhì)得到活化、容量得到恢復(fù)、使用壽命得到延長；③每年需進(jìn)行一次容量核對(duì)性放電，使用負(fù)載儀設(shè)定I10恒流放電；④發(fā)現(xiàn)異常電池（容量低于80%）及時(shí)處理，對(duì)單體電池進(jìn)行隔離、活化或更換；⑤不宜采用整組電池充電的方式對(duì)個(gè)別電池補(bǔ)充電，防止其他電池過充。

5 結(jié)束語

地鐵作為大客流運(yùn)輸系統(tǒng)，對(duì)其安全性有著極高的要求，因而對(duì)EPS可靠性要求也很高。在選擇應(yīng)急電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)它們各自的特點(diǎn)分別用于不同的工程，并注意日常使用中的維護(hù)保養(yǎng)，這將為整個(gè)社會(huì)的安全提供更有力的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]陳志清.EPS應(yīng)急電源百事通[M].北京：中國電力出版社，2007.

〔編輯：劉曉芳〕

4.2 常見故障和處理方法

4.2.1 系統(tǒng)無法切換到逆變輸出

事故照明裝置在進(jìn)行功能測試時(shí)，斷開兩路市電后，無法切換到逆變輸出且逆變器停機(jī)。該故障最主要的原因是核心控制板出現(xiàn)故障或蓄電池開路出現(xiàn)故障，可通過斷開負(fù)載的方式進(jìn)行測試。如果斷開負(fù)載測試后逆變器仍會(huì)停機(jī)，則說明是蓄電池開路故障造成。這時(shí)可通過更換核心控制板或隔離、更換故障蓄電池進(jìn)行處理。

4.2.2 系統(tǒng)無故切換到逆變輸出

當(dāng)兩路市電正常時(shí)，事故照明裝置自動(dòng)切換到逆變輸出。

該故障主要原因是動(dòng)力主控板采集市電電壓數(shù)據(jù)有誤，這時(shí)更換數(shù)據(jù)采集IC可恢復(fù)正常。

4.2.3 應(yīng)急處理措施

當(dāng)事故照明裝置的核心控制板出現(xiàn)故障且無備件更換時(shí)，為保證該裝置能在應(yīng)急情況下切換到逆變輸出，可在市電輸出回路中并聯(lián)一個(gè)中間繼電器KA1，在逆變輸出回路接入中間繼電器KA1的常閉觸點(diǎn)。當(dāng)市電輸出正常時(shí)，逆變輸出回路不工作；當(dāng)市電無輸出時(shí)，市電接觸器KM1和中間繼電器KA1失電，市電接觸器KM1和中間繼電器KA的常閉觸點(diǎn)閉合，轉(zhuǎn)為逆變回路輸出。其原理如下所示。

4.3 日常維護(hù)保養(yǎng)關(guān)鍵事項(xiàng)

4.3.1 安裝場所的維護(hù)

對(duì)事故照明裝置所配的蓄電池，環(huán)境溫度消防行業(yè)要求其環(huán)境溫度不高于40 ℃。溫度對(duì)蓄電池使用壽命影響較大，25 ℃以上，每升高10 ℃，蓄電池使用壽命減半，因此，環(huán)境溫度應(yīng)控制在5～25 ℃，且通風(fēng)、散熱良好。同時(shí)，照明裝置必須遠(yuǎn)離火源和易燃易爆品，平常雜物不要堆放于內(nèi)，否則既不利于防火安全，也容易引發(fā)鼠患。在室內(nèi)和柜內(nèi)采取防潮措施，防止EPS 應(yīng)急電源內(nèi)部控制電路板上結(jié)露，從而減少EPS故障發(fā)生率。此外，室內(nèi)灰塵不能太多、環(huán)境不能太臟。灰塵一般帶正電荷，如果EPS 應(yīng)急電源控制板上灰塵積壓太多，很容易引起控制板故障。

4.3.2 事故照明裝置本身的維護(hù)

對(duì)于事故照明裝置的維護(hù)，可采取以下措施：定期進(jìn)行柜內(nèi)清潔、除塵、除異物；定期測量電氣參數(shù)（包括市電電壓是否正常，兩路市電的中性線、相線是否一致，輸出回路是否超載）；定期進(jìn)行模擬切換測試。

4.3.3 蓄電池的維護(hù)

對(duì)于蓄電池的維護(hù)，可從以下幾點(diǎn)做起：①定期巡視、觀察蓄電池外觀是否鼓脹、爆裂、漏液等；②每三個(gè)月進(jìn)行一次功能性放電，放電時(shí)間0.5～1 h，可使蓄電池極板有效物質(zhì)得到活化、容量得到恢復(fù)、使用壽命得到延長；③每年需進(jìn)行一次容量核對(duì)性放電，使用負(fù)載儀設(shè)定I10恒流放電；④發(fā)現(xiàn)異常電池（容量低于80%）及時(shí)處理，對(duì)單體電池進(jìn)行隔離、活化或更換；⑤不宜采用整組電池充電的方式對(duì)個(gè)別電池補(bǔ)充電，防止其他電池過充。

5 結(jié)束語

地鐵作為大客流運(yùn)輸系統(tǒng)，對(duì)其安全性有著極高的要求，因而對(duì)EPS可靠性要求也很高。在選擇應(yīng)急電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)它們各自的特點(diǎn)分別用于不同的工程，并注意日常使用中的維護(hù)保養(yǎng)，這將為整個(gè)社會(huì)的安全提供更有力的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]陳志清.EPS應(yīng)急電源百事通[M].北京：中國電力出版社，2007.

〔編輯：劉曉芳〕

4.2 常見故障和處理方法

4.2.1 系統(tǒng)無法切換到逆變輸出

事故照明裝置在進(jìn)行功能測試時(shí)，斷開兩路市電后，無法切換到逆變輸出且逆變器停機(jī)。該故障最主要的原因是核心控制板出現(xiàn)故障或蓄電池開路出現(xiàn)故障，可通過斷開負(fù)載的方式進(jìn)行測試。如果斷開負(fù)載測試后逆變器仍會(huì)停機(jī)，則說明是蓄電池開路故障造成。這時(shí)可通過更換核心控制板或隔離、更換故障蓄電池進(jìn)行處理。

4.2.2 系統(tǒng)無故切換到逆變輸出

當(dāng)兩路市電正常時(shí)，事故照明裝置自動(dòng)切換到逆變輸出。

該故障主要原因是動(dòng)力主控板采集市電電壓數(shù)據(jù)有誤，這時(shí)更換數(shù)據(jù)采集IC可恢復(fù)正常。

4.2.3 應(yīng)急處理措施

當(dāng)事故照明裝置的核心控制板出現(xiàn)故障且無備件更換時(shí)，為保證該裝置能在應(yīng)急情況下切換到逆變輸出，可在市電輸出回路中并聯(lián)一個(gè)中間繼電器KA1，在逆變輸出回路接入中間繼電器KA1的常閉觸點(diǎn)。當(dāng)市電輸出正常時(shí)，逆變輸出回路不工作；當(dāng)市電無輸出時(shí)，市電接觸器KM1和中間繼電器KA1失電，市電接觸器KM1和中間繼電器KA的常閉觸點(diǎn)閉合，轉(zhuǎn)為逆變回路輸出。其原理如下所示。

4.3 日常維護(hù)保養(yǎng)關(guān)鍵事項(xiàng)

4.3.1 安裝場所的維護(hù)

對(duì)事故照明裝置所配的蓄電池，環(huán)境溫度消防行業(yè)要求其環(huán)境溫度不高于40 ℃。溫度對(duì)蓄電池使用壽命影響較大，25 ℃以上，每升高10 ℃，蓄電池使用壽命減半，因此，環(huán)境溫度應(yīng)控制在5～25 ℃，且通風(fēng)、散熱良好。同時(shí)，照明裝置必須遠(yuǎn)離火源和易燃易爆品，平常雜物不要堆放于內(nèi)，否則既不利于防火安全，也容易引發(fā)鼠患。在室內(nèi)和柜內(nèi)采取防潮措施，防止EPS 應(yīng)急電源內(nèi)部控制電路板上結(jié)露，從而減少EPS故障發(fā)生率。此外，室內(nèi)灰塵不能太多、環(huán)境不能太臟?；覊m一般帶正電荷，如果EPS 應(yīng)急電源控制板上灰塵積壓太多，很容易引起控制板故障。

4.3.2 事故照明裝置本身的維護(hù)

對(duì)于事故照明裝置的維護(hù)，可采取以下措施：定期進(jìn)行柜內(nèi)清潔、除塵、除異物；定期測量電氣參數(shù)（包括市電電壓是否正常，兩路市電的中性線、相線是否一致，輸出回路是否超載）；定期進(jìn)行模擬切換測試。

4.3.3 蓄電池的維護(hù)

對(duì)于蓄電池的維護(hù)，可從以下幾點(diǎn)做起：①定期巡視、觀察蓄電池外觀是否鼓脹、爆裂、漏液等；②每三個(gè)月進(jìn)行一次功能性放電，放電時(shí)間0.5～1 h，可使蓄電池極板有效物質(zhì)得到活化、容量得到恢復(fù)、使用壽命得到延長；③每年需進(jìn)行一次容量核對(duì)性放電，使用負(fù)載儀設(shè)定I10恒流放電；④發(fā)現(xiàn)異常電池（容量低于80%）及時(shí)處理，對(duì)單體電池進(jìn)行隔離、活化或更換；⑤不宜采用整組電池充電的方式對(duì)個(gè)別電池補(bǔ)充電，防止其他電池過充。

5 結(jié)束語

地鐵作為大客流運(yùn)輸系統(tǒng)，對(duì)其安全性有著極高的要求，因而對(duì)EPS可靠性要求也很高。在選擇應(yīng)急電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)它們各自的特點(diǎn)分別用于不同的工程，并注意日常使用中的維護(hù)保養(yǎng)，這將為整個(gè)社會(huì)的安全提供更有力的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]陳志清.EPS應(yīng)急電源百事通[M].北京：中國電力出版社，2007.

〔編輯：劉曉芳〕