柴油发电机和EPS应急电源的比较和应用

杨兴国

（重庆鲁能开发（集团）有限公司 重庆 400023）

柴油发电机和EPS应急电源的比较和应用

杨兴国

（重庆鲁能开发（集团）有限公司 重庆 400023）

文章首先通过介绍规范对自备应急电源的要求，再通过分项介绍柴油发电机和EPS应急电源的工作原理、特点，并从使用可靠性、应急持续时间、经济可行性、机房选择和配套设施等方面对柴油发电机和EPS应急电源进行比较分析，从而总结出柴油发电机和EPS应急电源的优缺点以及在实际工程中的运用。

自备应急电源；柴油发电机；EPS应急电源

《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045/95）对于消防设施的供电保障是这样要求的：一类高层建筑的消防设施，必须按一级负荷进行供配电设计。而 《供配电系统设计规范》（GB50052/95）对于一级负荷供电要求是按这样规定的：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。一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源。应急电源可选用：(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馈电线路；(3)蓄电池；（4）干电池。对于自备应急电源的设置，《供配电系统设计规范》是这样规定的：（1）需要设置自备电源作为一级负荷中特别重要负荷的应急电源时或第二电源不能满足一级负荷的条件时。（2）设置自备电源较从电力系统取得第二电源经济合理时。（3）有常年稳定余热、压差、废气可供发电，技术可靠、经济合理时。（4）所在地区偏僻，远离电力系统，设置自备电源经济合理时。

在民用建筑设计中，从城市供电网络中取得独立于正常电源的专用馈电线路比较难，并且引入供电线路的费用比较高，所以在日常民用电气设计工作中通常会采用到自备应急电源作为消防应急电源。笔者将分别从使用可靠性、经济可行性、机房占地面积和自动启动电源的时间等方面对柴油发电机和EPS应急电源进行比较分析。

柴油发电机是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。柴油发电机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。整体可以固定在基础上，定位使用，亦可装在拖车上，供移动使用。柴油发电机组的输出功率一般在12kw～2000kw范围内。

使用可靠性：机组在紧急状态下并且市电失电时能自动启动，并能在10～15s接带负荷，具有3次自启动功能，总计时间在30s内。当采用自动启动有困难时，也可采用手动启动装置。当市电恢复时，机组能延时自动停机，柴油发电机重新处于停机状态。

应急持续时间：在柴油发电机房内一般设有总储存量3～8小时的需要量，并且可以根据实际情况对储油间进行燃料补给，所以柴油发电机在燃料充足的情况下应急持续时间是很长的。

经济可行性：柴油发电机价格根据容量和品牌从几万到几百万不等。柴油发电机的使用年限一般在50年以上。柴油发电机运行时一般每发电1千瓦1小时需要耗油200克左右。另外，由于平时需要对机器进行定期的清理和维护，所以也需要增加更多的运行成本。

表1 机组之间及机组外廓与墙壁的净距(m)

机房选择：根据 《民用建筑电气设计规范》 （JGJ 16-2008）表1可以看出，即便是64kw以下的柴油发电机组至少也需要6m×4m共24m2以上的机房，而且还不包括储油间等配套房间的大小，所以柴油发电机房的占地面积是比较大的。另外柴油发电机房对楼板和门的耐火等级都有特殊要求。

配套设施：柴油发电机组需要通过排烟系统将烟气排放到室外建筑物最高处。如果环境条件要求较高，则需要加装除尘设施，使烟气经处理后排至室外；此外储油间油柜还要安装安全呼气阀至室外，而且柴油发电机噪声强度可达110dB～130dB，对机房和周围环境影响也比较大。根据要求，在宾馆和住宅区白天噪声不超过50dB，夜晚噪声不超过40dB，所以应设消声器以减少噪声。

EPS应急电源主要包括整流充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置和系统控制器等部分。其中逆变器是核心，通常采用DSP或单片CPU对逆变部分进行SPWM调制控制，使之获得良好的交流波形输出；整流充电器的作用是在市电输入正常时，实现对蓄电池组适时充电；逆变器的作用则是在市电非正常时，将蓄电池组存储的直流电能变换成交流电输出，供给负载设备稳定持续的电力；互投装置保证负载在市电及逆变器输出间的顺利切换；系统控制器对整个系统进行实时控制，并可以发出故障告警信号和接收远程联动控制信号，并可通过标准通讯接口由上位机实现EPS系统的远程监控。EPS应急电源的输出功率一般在0.5kw～800kw范围内。

使用可靠性：在市电输入正常时，输入市电通过互投装置给重要负载供电，同时系统控制器自动进行市电检测及通过充电机对蓄电池组充电管理。通常EPS充电器的容量仅相当于10%蓄电池组容量 (Ah)，仅需提供蓄电池组浮充或补充电功能，并不需要具备直接向逆变器提供直流电源的能力。此时，市电经由EPS内的互投装置向用户的应急负载供电。与此同时，在EPS的系统控制器的调控下，逆变器停止工作处于自动关机状态。用户负载在此时实际使用是电网电源，此时通常称EPS应急电源处在睡眠状态，可以有效达到节能的效果。当输入市电供电中断或市电电压超限 (±15%或±20%额定输入电压)时，系统控制器指令互投装置将在(0.1～4)S短时间内投切至逆变器供电，EPS系统在蓄电池组所提供的直流能源的支持下，向用户负载供电。当输入市电电压恢复正常工作时，EPS的系统控制器发出指令对逆变器执行关机操作，同时还通过互投开关执行从逆变器供电向交流旁路供电的切换操作。此后EPS在经交流旁路供电通路向负载提供市电，同时继续通过整流充电器向其蓄电池组充电。

应急持续时间：通常EPS应急电源的备用时间仅为90分钟或120分钟，当需要增加电源备用时间时就需要增加一定数量的电池柜。

机房选择：一般对较小功率的EPS只需要分散在各楼层设置即可，通常不需要专门的设备房。对功率较大需要集中设置EPS设备房的地方，根据 《民用建筑电气设计手册》（第二版）6.3.1规定：不间电源装置室与蓄电池室应分开设置。整流柜、逆变器柜、静态开关柜等安装距离和通道宽度不宜小于下列数值：柜顶距顶棚净距为1.2m；离墙安装时，柜台维护通道为1m；柜前巡视通道为1.5m。

可以看出，规范对EPS应急电源控制柜的间距要求小于对柴油发电机组的间距要求。而EPS应急电源装置的大小很大程度上取决于电池柜的数量，如果在对消防应急电源持续时间要求不长的情况下，EPS应急电源装置不会很大。规范对EPS电源装置室的耐火等级无特殊要求。

经济可行性：EPS应急电源价格由几百元到几十万元不等，略低于柴油发电机价格。EPS主机使用年限一般在20年以上，电池的使用寿命时间一般为5～10年。相对建筑的50年的使用年限EPS应急电源需要考虑更换主机和电池的费用。而大多数EPS应急电源在平时基本不需要专门的维护，它能通过控制模块对电池组进行智能管理，大大减少了人工维护的费用。EPS在市电失电时只需要将蓄电池组存储的直流电能转换成交流电输出即可。

配套设施：EPS电源在运行时无排烟，噪声指数低于国家规范要求的55dB。所以无需再增加配套设施进行处理。

前面对柴油发电机和EPS应急电源从使用可靠性、应急持续时间、经济可行性、机房选择和配套设施上进行了介绍。可以看出EPS作为一种新型的自备应急电源，有以下优势：应急反应时间短；对机房大小和设置要求比较低；运行时噪声低和无废气排放，相应对配套设施要求较少；运行成本较低，不需要耗费宝贵的柴油资源。

在建筑空间成本高昂，人们对环保越来越重视的今天，EPS应急电源比柴油发电机更有优势。但是柴油发电机作为传统的消防应急电源有以下优势：主机使用时间长不需要对设备进行二次更换；消防应急备用时间长。

所以要通过对这两种自备应急电源合理的应用，才能使我们的设计更经济合理。笔者根据《民用建筑电气设计规范》中消防用电设备在火灾发生期间的最少持续供电时间的要求，对两种自备应急电源在工程实际中的运用进行了归纳（表2）。

表2 消防用电设备在火灾发生期间的最少持续供电时间

从表2中可以看出，当火灾发生时，消防用电梯、水泵、风机的最小持续时间大于180分钟，而通常EPS的备用时间仅为90分钟或120分钟，当需要增加备用时间时就需要增加一定数量的电池柜，这对前期投入和机房占地面积都带来了诸多不便，而柴油发电机的3～8小时的储油量对消防负荷要求的持续时间是绝对能满足的。

笔者认为，在如今工程实际中，EPS可以对消防应急照明和分散的小功率消防动力负荷进行合理的供电，而对集中的大功率并要求火灾发生期间的最少持续供电时间较长的消防动力负荷，还是由相应的柴油发电机供电更为合理、经济。因此目前谈论EPS自备应急电源能完全替代柴油发电机还为时过早，但是相信随着科学技术的不断发展，如果EPS应急电源能更好地解决使用年限和备用时间不长的缺点，EPS应急电源还是能在建筑工程中发挥更大的作用。

[1]JGJ 16-2008，民用建筑电气设计规范[S].

[2]GB50045/95，高层民用建筑设计防火规范[S].

[3]GB50052/95，供配电系统设计规范[S].

[4]戴瑜兴，等.民用建筑电气设计手册（第二版）[M].中国建筑工业出版社.

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

杨兴国（1969-）男，机电工程师，从事机械行业机电管理工作10年，从事房地产电气工程管理9年。

余咏梅