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备用电源
阅读:1264时间:2017-12-20 16:07:03

  供电级别较高的建筑, 在正常情况下要能够提供充足的电源, 在正常使用的电源出现故障时也要有足够的备用电源, 当建筑遇到紧急情况时( 如: 火灾、 地震等) ,也必须有应急电源保证救灾和人员疏散。任何建筑都需要消耗大量电能才能得以正常使用和运转,建筑消耗的电能,主要来源是国家或地区的电网, 在电网不能保证供电或自身有特殊条件时也会以自备小型电厂作为主要电源或补充电源; 在很多情况还会设置柴油发电机组和蓄电池储能设备作为备用和应急电源。

供电方案选择

  根据现行设计规范规定,民用建筑的常用供电方案有下面几种:
  1) 对于一级负荷,电网能够提供两路电源,同时保证这两路电源不会由于一路电源发生故障不能供电时,影响到另一路电源不能供电,在旧规范里称之为两路独立电源。这两路电源可以一路主要供电,另一路作为备用;也可以各自供部分负荷用电,同时互为备用。在没有特别重要的一级负荷时,可不设发电机组等应急电源[1]  。
  2)对于一级负荷,能够有两路电网电源供电,但不能保证这两路电源不会由于一路电源发生故障不能供电时,影响到另一路电源,这两路电源可以一路主要供电,另一路作为备用;也可以各自供部分负荷用电,同时互为备用。由于电源满足不了负荷的供电需求,需要设置柴油发电机组或EPS等电源设备作为备用电源和消防应急电源。
  3)对于一级负荷,只能有一路电网电源供电,外电满足不了负荷的供电需求,必须设置柴油发电机等电源设备作为备用电源和消防应急电源。
  4)对于二级负荷,能够有两路电网电源供电,必须保证一路电源发生故障,另一路电源不受到损坏,这两路电源可以一路主要供电,另一路作为备用;也可以各自供部分负荷用电,同时互为备用,可以不设发电机组等备用和应急电源。
  5)对于二级负荷,当只有一路电网电源供电时,外电满足不了负荷的供电需求,也必须设置柴油发电机等电源设备作为备用电源和消防应急电源。
  6)对于二级负荷,在负荷较小或地区供电条件困难时,也可仅由一路电网电源供电而不设发电机组等应急电源。但这路电源必须满足以下条件之一:a.架空线路为6kV及以上的专用线路;b.埋地敷设的线路须由两根电缆组成,电缆截面适当加大,保证线路的每根电缆能够承受100%的二级负荷。7)当仅有三级负荷时,由一路电网电源供电。对第2种~第6种供电方案,应急照明需设蓄电池组或者灯具自带蓄电池,以满足应急照明的需要或电源转换时间不大于5s的要求。

选择

  在一般民用建筑中,用电负荷按重要性可划分为一级、二级和三级负荷;按使用功能划分可分为:1)维持正常工作和生活的用电;2)保障舒适性的用电;3)保证建筑及人员安全的用电三种。有些负荷虽然负荷等级相同,但因为功能不同,供电考虑角度也不尽相同。
  第1)类用电包括:住宅、写字楼和商业一般的工作和生活照明用电、生活水泵、北方冬天的供暖用电、非消防使用的普通电梯用电等,一旦不能供电,会影响到居民的生活、商场的营业和办公室的正常工作,给人们带来不便。
  第2)类用电包括:住宅和办公室的空调、娱乐活动用电,普通场所的通风用电等,如果不能供电,会在一定程度上使人感到不舒服。
  第3)类用电包括:各种场所在火灾时使用的排烟风机、楼梯加压风机、消防电梯、消防水泵及人员疏散照明的用电等,如果不能保证供电,会形成极大安全隐患,甚至直接引发事故,威胁到建筑和人员的安全。
  在以上3种负荷中,第3)类负荷关系到建筑及人员安全,必须要保证用电;在电网电源不能满足需要时,必须设置应急电源。
  第1)类负荷中维持正常生活的生活水泵、北方冬天的供暖用电、非消防使用的普通电梯用电等供电重要性与消防用电相同,应该保证用电;在电网电源不能满足需要时,需要设置备用电源。
  第1)类负荷的一般工作和照明用电及第2)类负荷可以选择性的供给备用电源。
  在很多时候,电网电源并不能满足建筑用电要求,这时就需要设置内部电源作为备用和应急电源。人们首先考虑到的是使用柴油发电机组。
  柴油机的作用和使用范围决定了柴油发电机组的容量。在多数情况下,发电机组兼做应急电源和备用电源,其容量需考虑满足不同的需要。兼做应急电源和备用电源的发电机的容量,其额定输出容量应大于维持正常生活用电负荷所需容量,其应急输出容量应大于消防等应急负荷所需容量,选择发电机时应特别注意:1)柴油发电机组的额定输出容量与应急输出容量并不相同,前者比后者大10%左右;2)发电机所带负荷的总容量应小于其标称值,同时考虑满足不同负荷所需的富裕量。
  在现代建筑中,因为某些建筑的重要性很高,很多建筑中大量的使用了计算机设备,很多场合对供电的连续性要求很高。比如:机场、铁路、银行、医院、重要办公建筑、重要会议中心等重要场所和一般建筑的消防和保安系统、计算机房等等。这类场合不但要求提供足够的备用电源,对电能的转换时间也有较高要求。对这类场所,除了提供必要的备用电源外,还应根据设备对电能转换时间的要求设置由蓄电池储能的UPS不间断电源系统,不间断电源系统的转换时间须满足设备容许最小断电时间的要求,对时间要求极高的场所,可以以浮充电的方式供电。
  柴油发电机的优点非常明显,只要柴油能够保证供给,就可以长期供应可靠电能,在野外作业、救灾等场合及在电网供电不能保证的地区,这一优点尤为重要。在很多情况下柴油发电机供电的可靠程度远高于电网电源。
  但柴油发电机的缺点与优点一样明显:1)发电机运行需要充足氧气,燃油产生的烟气严重污染空气,在建筑中设置发电机,需要考虑进风、排风、排烟通道和除烟设备,在环保意识较强地区还要求排烟出口必须在建筑群下风向的最高处,给建筑设计带来一定麻烦;2)发电机运行时产生的噪声和振动污染环境,发电机房周围房间使用受到限制;3)发电机组启动时间较长不能满足部分设备的电源转换时间的需要等。
  于是EPS应急电源系统这种全新的产品应运而生,与发动机相比这种产品具有无污染、低噪声、转换快的优点,在很多场合可以代替柴油发电机用于工程中。

应急电源分析

  蓄电池作为供电能源的应急电源EPS与UPS的构成基本相同,主要组成均为充电器、逆变器、电池组、控制器等;EPS主要作为应急照明电源和设备应急电源使用;UPS作为给不容许断电的特殊设备保障电源使用[2]  。
  需注意不同类别应急电源应针对不同负载选择使用,不应混用。
  蓄电池应急电源优点是:不污染环境,电源转换时间短,尤其是UPS的转换时间以ms记,可以认为是瞬间转换。缺点是:电能容量受限制,充电时间长,不能长时间使用。

配电方案

  在实际工程中,供电方案各自不同,每种供电方案又有不同配电方案可供选择:
  方案一:对由两路高压电源供电,不设发电机组等应急电源的一、二类负荷的供电方案:变压器成组设置,每一组变压器数量不宜过多,分别由不同的高压线路供电,每一重要负荷的两路线路分别引自由不同高压线路供电的变压器。
  方案二:对由一路高压电源供电,设置发电机组等应急电源的一、二级负荷的供电方案:每一重要负荷的两路线路,一路引自变压器,一路引自发电机。
  方案三:对由两路高压电源供电,设置发电机组等应急电源的一、二级负荷的供电方案:可以同方案二一样,每一重要负荷的两路线路,一路引自变压器,一路引自发电机。
  方案四:对由两路高压电源供电,设置发电机组等应急电源的一、二级负荷的供电方案,也可以采用这种方案:变压器成组设置,每一组有一台变压器(暂称为可备用变压器)低压侧与柴油发电机采用自投自复式双电源切换开关连接,切换开关后形成一段单独的母线段,本变压器组所有重要负荷的应急或备用电源均由该段母线段引出,需注意的是可备用变压器的供电能力不应小于发电机的供电能力。本人在设计中经常采用方案四,曾经将一个工程中六台变压器设为一组。
  方案四比方案三有明显的优点:其一,方案三每一台带有重要负荷的变压器因故不能供电,发电机均需启动,方案四只有可备用变压器不能供电,发电机才会启动,柴油发电机启动条件简化,发电机启动次数减少;其二,如果能将带有重要负荷的变压器与可备用变压器由不同高压电源供电的话,重要负荷将会有两路电网电源和发电机电源三重保障,供电可靠性达到最佳;第三,当采用重要负荷双电源监控系统时,只有正常情况下两路电源均带电才能有效监控,这一条件方案三是做不到的。
  对仅有一路高压电源供电,不设发电机组等应急电源的供电方案,二级重要负荷的两路电源应尽可能引自不同变压器。
  在实际工程中,一般会选用柴油发电机作为备用(应急)电源,选用UPS作为计算机类负载的保障电源,配备一定数量的由EPS供电或自带电池的应急灯具。
  EPS为设计人员带来了新的选择,有些设计人员将EPS用作备用电源,这样做虽然有很大的好处,但其自身的局限性又使在使用中受到限制。
  对有两路电源供电的一、二类建筑,电源等级比较高,EPS作为备用电源实际上只是作为应急电源或消防应急电源使用。一般工程中的消防设备要求的供电时间不太长,最长(火灾时需保证照明的房间)的不超过3h,这种情况使用EPS自然是上佳选择;但如果是只有一路电源供电的一、二类建筑,备用(应急)在多数情况下是在作为电梯、生活水泵、污水泵等非消防负荷的备用电源使用,主电源的故障时间难以确定,备用电源使用时间不可预计,EPS作为备用(应急)电源不能满足需要。即使增加电池数量,仍然只能在有限时间供电,仍无法满足备用电源的需要。

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