高层建筑应急电源及应用

高层建筑应急电源及应用本文简介：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EPSUPS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

高层建筑应急电源及应用本文内容：

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80~90%

噪音

电网供电正常时处于睡眠状态，静置无噪音

工作噪音一般为55~65db

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

EPS

柴油发电机组

结论

启动时间

<0.1~0.2秒

5~30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300~500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280°C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

50045-95

2．《民用建筑电气设计规范》

JGJ/T-16-92

3．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）