EPS应急电源在广播电力系统中的应用

１引言

ＥＰＳ是应急电源是ＥｍｅｒｇｅｎｃｙＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ的英文缩写，ＥＰＳ应急电源是根据消防设施、应急照明、事故照明等一级负荷供电需要而设计的备用电源设备。ＥＰＳ应急电源的发展是起源于电网突发故障时，为确保重要设备或重要区域电力保障和消防联动的需要而产生的，它适用范围广、负载适应性强、安装方便、效率高且节能，其输出动态特性好，抗过载能力强，可用于电感性、电容性及综合性负载设备。在无线局广播发射台站，不但拥有类型多样的用电负载，而且设备功率颇大，随着台站的运行朝着“有人留守，无人值班”的模式逐渐发展，设备自动化的程度越来越高，在这种情况下，对于消防安全、设备安全以及安全传输发射等方面来说，确保电力的不间断供电就显得尤为重要，ＥＰＳ应急电源正好可以满足上述各种需要。

２ＥＰＳ应急电源的基本工作原理

2.1EPS应急电源的发展和趋势

随着社会的发展，建筑技术水平的不断提高，工业领域的自动化程度越来越高，社会的信息化，建筑的现代化，生产的自动化，使建筑和技术设备对供电的依赖也越来越大，尤其是一些重要的公共建筑及设备，一旦中断供电，将造成重大的政治影响或经济损失，甚至会使人员伤亡。所以现行的《高层民用建筑设计防火规范》及《民用建筑电气设计规范》有严格规定：“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。一级负荷中，对于特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。”

通常常用的应急电源有如下几种：

（１）独立于正常电源的发电机组；

（２）供电网络中有效地独立于正常电源的专门供电线路；

（３）蓄电池。

多年来，运行经验表明，当发生大面积停电事故时，两路电源均可能发生停电事故。因此，应急电源作为独立于电网之外的备用电源，被广泛应用于各种建筑工程之中。近年来，含蓄电池的ＥＰＳ作为应急电源，已被广泛应用。ＥＰＳ电源的主要设计思想就是在市电突然中断时，提供安全可靠的应急电力供应，有效避免或减少了因发生灾害所造成重大的人员伤亡和经济损失。

2.2EPS应急电源的基本工作原理

ＥＰＳ应急电源系统主要包括充电器、蓄电池组、逆变器、电源切换装置等部分。其中，充电器的作用是将交流电变成直流电，实现对蓄电池充电；逆变器的作用则是将ＥＰＳ系统蓄电池组输出的直流电变换成正弦交流电，逆变器采用ＳＰＷＭ（正弦脉宽调制）技术，供给负载设备稳定持续的电力；电源切换装置是保证负载电源在市电和蓄电池组逆变输出的交流电之间实现顺利切换，ＥＰＳ电源系统在市电与无蓄电池逆变输出电源之间的切换时间为０．１－０．２５ｓ。

当市电正常时，由市电经过ＥＰＳ电源系统的切换装置直接给负载供电，同时进行市电检测及蓄电池充电管理。当市电供电中断或市电电压超过限定值（±１５％或±２０％额定输入电压）时，电源切换装置将立即投切至逆变器供电，电池组的直流电通过逆变器转换为交流电源，为负荷提供电源。当市电电压恢复正常工作时，ＥＰＳ的监控系统发出信号对逆变器执行停机操作，电源切换装置重新切换为市电向负载供电。ＥＰＳ应急电源系统主要部件工作原理框图如图１。

2.3EPS电源和UPS电源的比较

ＵＰＳ电源也称不间断电源或不间断的供电系统，它是一种含有储能装置、以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的电源设备，主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电停电时，ＵＰＳ电源可在无断点的状况下，对负载继续供电，可保证计算机系统不丢失信息和数据，以及保证磁盘的盘面或磁头不受损坏。ＵＰＳ电源系统对工作环境要求较高，通常要求在０℃～３０℃环境中工作，否则容易造成主板工作紊乱和蓄电池寿命降低。ＵＰＳ电源系统带负荷能力有限，适合带阻性和容性负载，不允许在满负载状态下长期运行，在１２０％负荷时，只能运行６０ｓ。在线式ＵＰＳ电源，无论市电正常与否均通过逆变器、蓄电池向负载供电，存在能耗，正常逆变效率为８０％－９０％。ＵＰＳ的应用场合一般要求后备式逆变切换时间小于０．０１ｓ，在线式为０ｓ切换，以满足对计算机设备数据的保护。ＵＰＳ电源价格较贵，主机逆变器长期处于工作状态，使用寿命一般在５到８年。

ＥＰＳ应急电源，是专门为消防设备和一级负荷或照明用电而设计，它是在紧急情况下提供应急电源的专用设备，它的负载通常是照明、水泵、风机等。ＥＰＳ应急电源适应恶劣环境，可放置在地下室或配电室，允许用于－２５℃－５５℃的温度以及０－９０％的湿度环境中使用，比ＵＰＳ电源的环境适应性强。ＥＰＳ应急电源带负载能力强，可带电感性、电容性及综合性负载设备，在１２０％负载的情况下能长时间正常运行。ＥＰＳ电源在市电正常时，逆变器不投入运行，处于低能耗状态，逆变器的逆变效率也能达到９０％以上，比ＵＰＳ电源更节能。ＥＰＳ电源的切换时间一般在０．１ｓ到０．２５ｓ，比ＵＰＳ电源长。ＥＰＳ电源价格相对便宜，主机逆变器长期处于非工作状态，使用寿命一般在１５到２０年。

从上述几方面的比较可以看出，ＥＰＳ电源不如ＵＰＳ电源的最主要一点在于切换时间较长。在电能质量方面，ＥＰＳ输出电压在市电正常时与市电一致，电压稳定在±１５Ｖ范围内，应急供电时，能稳定在±３％额定输出范围内，在０－１２０％额定功率范围内，无论所带负载有何变化，输出电压始终不变，输出频率在负载启动后正常运行时，无论所带负荷有何变化，均可稳定在５０Ｈｚ。

ＥＰＳ电源通常不允许连接计算机设备，因为计算机主机在断电的情况下只能够维持约８ｍｓ的正常状态，而一般数据设备、服务器等要求主备电源切换时间小于５ｍｓ，但ＥＰＳ电源如需要带计算机设备，可选择有静态开关的快速切换ＨＥＰＳ电源。ＨＥＰＳ电源中的切换单元为专用静态开关，此静态开关采用ＤＳＰ控制技术与高速可控硅组成，可确保切换时间在２．５ｍｓ以内。ＨＥＰＳ具有较快的供电切换速度（＜３ｍｓ），能保证数据类设备在供电切换时不停机正常工作，可以满足数据保护和设备安全需求。目前，ＨＥＰＳ专用电源已经成功应用于我国多个省份的重大工程项目中，如国家游泳中心（水立方）等六个奥运场馆、天津地铁、成都地铁、广州军区阳逻军用机场、公路隧道等工程设施。

３ＥＰＳ应急电源在实际工作中的应用

在电台的电力系统中，供给变配电室日常使用的站用变压器通常都有两台，它们提供设备区和办公区的设备用电。两台变压器互为备份，可以正常应对设备检修和突发故障。但是，用两台站用变压器，设备较多，施工成本、设备成本和检修成本相对较高，而且在外电全部中断时，无法提供必要的应急电源。在我台的电力系统中，安装的站用变压器只有一台，备用电源我们采用ＥＰＳ应急电源加柴油发电机的方案来替代，这种备用电源系统维护方便，可提供长时间持续的应急电源。同时，电台的电力系统不同于其他的建筑供电系统，电台的主要负荷为发射机，在播音时，将产生较强的电磁干扰。为消除电磁干扰，我台在ＥＰＳ应急电源的主回路设计时，安装了输入、输出电磁滤波装置，并且采用了具有抗干扰性能的电源监控系统，有效避免了发射机房内用电设备运行中的高频干扰，保证了ＥＰＳ电源系统的稳定可靠运行。

我台使用的ＥＰＳ应急电源型号为ＥＰＳ－４０ｋＶＡ，属于可以带感性负载的产品系列。在我台的供电系统中，ＥＰＳ应急电源系统不仅仅只是应用于消防设备，它的负载还被扩展到应急照明和处理特殊情况的设备上以及电力系统的控制系统中。ＥＰＳ应急电源系统的负载主要包括：消防主控制箱、机房室内照明、变电站室内照明、变电站３８０Ｖ电力系统二次控制系统、变电站室内排风系统、变电站３５ｋＶ／１０ｋＶ电力设备用直流屏输入备用电源。ＥＰＳ应急电源实际供电电路框图如图２所示。

图２中，消防控制箱、３８０Ｖ电力系统二次控制电源、３５ｋＶ／１０ｋＶ系统直流屏备用电源这三个负载，它们的主备电源分别是ＥＰＳ电源系统输入的市电和ＥＰＳ蓄电池组逆变电源；机房照明配电箱和变电站照明配电箱，它们的主备电源分别是站用变压器输出的市电电源和ＥＰＳ电源系统输出的电源，这两路主备电源通过配电箱的双电源自动切换开关实现自动切换。

下面结合图２，介绍一下ＥＰＳ应急电源在我台实际工作中的应用。

3.1消防系统中的应用

消防系统对每一栋建筑来讲都是必不可少的安全设施，它是保障人身和财产安全的重要保障。消防设施是在发生火灾时才启用的，但是在发生火灾时，往往电力系统都将被中断，此时，ＥＰＳ应急备用电源将会发挥至关重要的作用。消防设施主要包括：主控制箱、烟感探头、火灾报警按钮、应急照明灯和安全出口灯光指示牌等。在传统的应急照明灯和安全出口灯光指示牌中，通常使用小容量的充电电池作为备用电源，但是这种电池由于容量小，应急照明灯和安全出口灯光指示牌的照明并不能维持多长时间，根据实际经验，这些设施在正常使用时通常只能维持３０分钟左右，甚至更短（视质量而定），而且照度会越来越低，在有大量烟雾的情况下或者在设备众多的机房内能发挥的作用很有限。在建筑面积大、结构复杂的建筑体内，发生灾难时，在停电的情况下，如果没有可以长时间使用的有效的应急照明和安全出口指示牌，对人员的撤离和重要物品或资料的抢救将造成严重的阻碍。ＥＰＳ消防应急电源正是为了解决上述问题而设计的，它可以提供稳定可持续的应急电力输出，持续时间，标准型为９０分钟（满功率运行），实际工作时间依据电池组的额定容量而定，可扩展为１２０分钟、１８０分钟或更长。

我台安装使用ＥＰＳ消防应急电源额定容量４０ｋＷ，输入／输出为三相３８０Ｖ交流电源，额定工作时间９０分钟。从图２的电路图我们知道，我台的消防系统是ＥＰＳ电源的直接负载，ＥＰＳ应急电源系统正常情况下，用市电直接给负荷供电，在市电失去时，由蓄电池逆变输出电源为负荷供电。ＥＰＳ电源系统在市电与蓄电池逆变输出电源之间的切换时间为０．１－０．２５ｓ，可以确保消防系统有不间断的电源供应。在发生火灾造成电力中断时，消防系统的监控、报警、照明指示设施能够在ＥＰＳ电源系统持续的电力供应下，保持正常运行，为火灾报警、消防系统启动、人员疏散和及时救助，减少反应时间，提高安全指数，创造了良好的硬件条件。

在消防应急照明方面最值得一提的是，在我们的机房和变电站主要设备区域内并没有安装专用的应急照明灯，我们的应急照明和日常照明灯用的是同一套照明系统，这就是我们在应用了ＥＰＳ应急电源后主要创新的地方。在图２中可以看到，ＥＰＳ电源是作为机房照明配电箱和变电站照明配电箱的备用电源来使用的。当市电失去时，首先ＥＰＳ电源系统的输出被自动切换为蓄电池组逆变输出的电源，然后ＥＰＳ逆变输出的电源，通过两个照明配电箱的双电源切换开关，切换到备用电源通路分配给配电箱的负载使用。与使用传统的应急照明灯相比，由ＥＰＳ电源供电的应急照明系统，灯光没有死角，照度充分，供电时间长，即使在有少量烟雾的情况下，对视线造成的影响也较小，可以为人员撤离、贵重物品转移和后续扑救工作提供可靠有利的灯光条件。

3.2应急排风系统中的应用

在电站照明配电箱的负载中包含有三个感性负载，它们是３５ｋＶ配电室排风机、１０ｋＶ配电室排风机和３８０Ｖ配电室排风机，这些排风机的主要任务是将上述三个房间的室内空气向室外抽排。在平时，这些排风机处于停止运行状态，它们最重要的作用是，在因电力设备发生故障产生浓烟时，向室外抽排烟气。经历过电力设备事故的人都清楚，高电压或大电流的电力设备发生损毁时，往往伴随着大量的浓烟产生，这些浓烟会迅速扩散至整个配电室内，使室内的能见度降低，影响事故处理，而且这样的烟雾含有毒性成分，会对人的眼睛和呼吸器官造成严重的伤害，甚至危及人的生命。这时，就需要排风系统发挥作用了，但是，在多数时候，发生较严重的电力事故时，往往会造成电力的中断，排风系统在没有电力的情况下根本无法发挥它的作用，对事故的处理产生不了任何积极的作用。而在相对封闭的室内环境里，要想通过自然方式等待烟雾消散，需要的时间相当长，这势必会大大增加处理事故的时间，甚至增加停播时间。据我们了解，无线局多数台站的排风系统，都存在缺少应急后备电源的问题。

我台外部３５ｋＶ输电线路只有一路，一旦室内电力系统发生设备故障，可能造成全台性停电的几率很高。那么，能否在故障发生时，及时排出室内浓烟，则成为影响处理故障效率的关键因素。上述问题，ＥＰＳ应急电源系统发挥了至关重要的作用。排风系统中的排风机都是感性负载，特别适合做ＥＰＳ应急电源负载，由图２可以看出，配电室的排风机电源均引自变电站照明配电箱，当发生停电事故时，ＥＰＳ系统蓄电池逆变输出的交流电源，将通过变电站照明配电箱双电源切换开关的备用电源通路为排风系统提供工作电源，保证排风系统能够在关键的时刻有效发挥其作用。

3.3电力设备中的应用

在高压电力系统中，高压电力设备柜的二次控制电路的电源是由整流柜直流屏电源系统提供的，而整流柜直流屏电源的主用输入电源通常由站用变压器提供。为确保高压电力系统的安全可靠运行，保证二次控制电路电源的不间断是非常重要的。我台的整流柜直流屏电源系统是为变电站的３５ｋＶ和１０ｋＶ电力设备提供二次控制的电源，使用它的蓄电池在逆变供电时，在无设备操作的情况下，持续运行３个小时后，就会消耗掉电池组约８０％的电量，此时可以看到高压柜体的指示灯亮度会明显减弱，难以再可靠运行下去。如果发生站用变压器事故停电，维修时间较长的话，此时如果整流柜直流屏的电池组电量不足，高压电力设备的二次控制电源将不能得到正常供给，那么设备的运行状态监控和操作将会受到严重影响，十分不利于电力运行安全。

为了确保整流柜直流屏输入电源的不间断，我们从ＥＰＳ电源柜的出线端引出一路作为整流柜直流屏的备用输入电源（整流柜电源系统为双电源输入）。它可以持续可靠地提供电力，保证高压电力设备二次控制系统能保持稳定可靠运行。

在实际应用中，我们的ＥＰＳ电源系统还为变电站的３８０Ｖ电力系统直接提供二次控制电源。

４总结

随着无线局基层台站管理方式的转变，在无人值班目标的指引下，为了完成好安全播出中心工作，台站技术区域各类设备的自动化程度将越来越高，这同样为我们的应急保障系统提出了更高的要求，而应急保障的核心无疑是后备电源。ＥＰＳ应急电源在停电时，能在不同场合为各种用电设备供电，它适用范围广、负载适应性强、安装方便、效率高。采用集中供电的ＥＰＳ应急电源可降低工程成本，减少不必要的电能浪费。在发生停电事故时，ＥＰＳ应急电源除了照明外，还能给供水、通风、监控等各种应急设备供电，它与转换效率较低且长期连续运行的ＵＰＳ不间断电源相比较，具有更高的性能价格优势。

其实，ＥＰＳ电源是在ＵＰＳ电源基础上衍生出来的一种行业产品，ＥＰＳ的高端产品就是休眠状态下的ＵＰＳ。在市电正常时，ＥＰＳ除了输电质量不及ＵＰＳ外，能满足大部分用电设备的要求。因此，在人们关心节电这个永恒的主题以及高可靠性两大因素时，ＥＰＳ大多数情况下是优于ＵＰＳ的。如果电网质量良好，供电可靠，用电设备规范，在我国许多场合下，有可能用ＥＰＳ取代双逆变在线式ＵＰＳ，而不是用ＵＰＳ代替ＥＰＳ。当然，在某些非常关键的设备，仍需用双逆变在线式ＵＰＳ。

最近几年，由于国内消防行业、建筑电气设计行业对ＥＰＳ项目的日趋重视，使ＥＰＳ行业于近年驶入了快车道。随着国家电网及电力供应的不断完善，从节能应用和应急后备的角度可以预测，将来的部分ＵＰＳ应用领域会被ＥＰＳ所取代。