EPS应急电源装置改造

吴晓雪

(西安地下铁道有限责任公司，陕西 西安 710016)

EPS应急电源装置改造

吴晓雪

(西安地下铁道有限责任公司，陕西 西安 710016)

在地铁特殊的工作环境和较高的安全要求下，EPS采用热后备式工作方式更能实现后备电源的功能，保障人员疏散的应急照明。冷后备式EPS改造成热后备式工作方式，以修改控制原理和更换关键元器件(如逆变器、控制板件)为切入点，在原设备参数显示、数据上传功能基础上增加市电/蓄电池电源切换功能和逆变器热后备式启动功能。

EPS；热后备式；冷后备式；改造；逆变

0 引 言

地铁照明系统负荷依赖电力系统供电，一旦供电系统中断，地铁公共区无任何照明，会导致非常严重的甚至灾难性的后果。同时，随着安全意识和对突发事件的防范意识的迅速提高[1]，应急电源装置(EPS)越来越受到重视，对EPS工作可靠性的要求越来越高。随着EPS技术的发展和逆变技术的不断研究，EPS热后备式工作方式的运用越来越广泛。

1 EPS应急电源工作原理

图1 工作原理

EPS应急电源主要采用SPWM(交流脉宽调制)技术，系统主要包括充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置等部分，其中逆变器是核心。充电器的作用是将交流电变成直流电，实现对蓄电池及向逆变器模块供电；逆变器的作用则是将直流电变换成交流电，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监控，可以发出告警信号，同时可通过串行口与计算机通讯，实现对系统的微机监控和远程监控。工作原理图如图1。

当有市电时，市电通过KM输出，同时充电机对蓄电池充电；当控制器检测到市电停电或者市电过低时，逆变器工作，使KM切换至应急输出状态，向负载提供应急电能；当控制器再次检测到有市电时，逆变器退出工作，恢复市电向负载提供电源[2]。

2 EPS应急电源技术改造

2.1 EPS工作方式

地铁使用的EPS应急电源有热后备式和冷后备式两种工作方式。冷后备式时逆变器仅控制部分处于工作状态，其功率部分处于加电待机状态，但不起动；热后备式时整个逆变器处于正常运转状态，但不承担负载。

2.2 EPS应急电源技术改造(冷后备式向热后备式改造)

2.2.1 EPS应急电源冷后备式

1)冷后备式一次工作原理

一次原理图如图2所示。

市电正常时，市电经QF1输出后引至1 KM，1 KM吸合输出至输出总开关QF5和熔断器，完成市电对负载供电。市电正常给负载供电的同时，从QF1输出端引一路220 V的交流电至整流输入开关QF3，QF3合闸后即为充电机提供输入电压。充电机将交流电整流成蓄电池组充电所需达到的充电电压，并通过整流输出开关QF4，加载至蓄电池组“+”、“-”两极，完成对蓄电池组的充电过程。

若两路市电都不能正常供电，此时市电输入开关QF1后级无输出，1 KM断开。逆变模块检测到市电的异常，启动逆变器工作，将备电开关QF2控制的电池组直流电压逆变成交流电压，并通过变压器T1升压至AC380 V，再经过滤波后输出至2 KM，此时2 KM线圈得电吸合，将逆变电输出给输出总开关QF5，从而完成逆变的过程[2]。

2)冷后备式控制原理

逆变启动控制原理如图3所示。

图2 一次工作原理图

图3 逆变启动控制原理

1KM和2KM是一组带机械互锁功能的交流接触器，1KM和2KM有且仅有一个处于吸合状态。市电供电通过1KM输出，蓄电池逆变供电通过2KM输出。

市电正常时，主控测检测板CD1检测两路进线电压正常，CD1的14/15常开触点不吸合，ZJ1继电器释放，J1继电器吸合，1KM接触器吸合，2KM接触器释放，逆变器不启动，市电给负载供电，

市电异常时，主控检测板CD1检测到主用和备用两路进线电源电压缺失或降低，CD1的14/15、16/17、18/19三对常开触点闭合，ZJ1继电器吸合得电，导致1KM、J1释放，2KM吸合。同时逆变器触发G2/SF常开触点导通，逆变器工作，逆变电压经2KM输出至负载供电[3]。

3)冷后备式工作方式的缺陷

(1)从控制原理图分析得到，逆变工作条件是当两路进线电源均无电的条件下才启动逆变器。只要有一路电源有电，无论在任何条件下，逆变器均不会启动。这样将会造成一路市电有电，双切装置故障无法切换至有电回路供电的工况下，既无市电输出，逆变器又无法启动，没有应急电源输出，导致严重后果。

(2)逆变器处于冷后备式时，最短切换时间除切换装置的动作时间外，还要受逆变器起动时间的制约，切换时间较长；而且当负载功率较大时，逆变输出变压器和低通滤波器会产生很大的暂态冲击，甚至会损坏逆变器半导体功率器件，导致逆变器启动过程中故障停止工作，造成无应急照明输出[4-5]。

逆变器处于热后备式时，最短切换时间基本决定于所用切换装置的动作时间，切换时间较短，抗大功率负载冲击力强。

针对地铁特殊的工作环境和安全要求，EPS应急电源采用热后备式工作方式更能实现后备电源的功能，保障当电力系统故障时能够立即切换到逆变器输出电源状态，确保应急照明正常点亮。

2.2.2 冷后备式技术改造方案

1)改造内容

(1)逆变启动方式由冷后备式变换为热后备式，即逆变器一直处于工作状态，保持与市电相序一致，但不输出功率。当市电缺失或失压，逆变器立即输出与市电相同相序的应急电源，保证负载供电正常。

(2)逆变启动条件：检测ASCO后级输出端电源缺失或失压时，启动逆变器。

2)改造项目

(1)市电电压检测、蓄电池电压检测。

(2)强制切换命令输入。

(3)切换接触器控制。

(4)电保关机控制。

(5)逆变器控制。

(6)逆变器故障反馈。

3)改造方案

(1)一次回路改造

①一次工作回路原理不变。

②由于逆变器启动方式变化，逆变器更换成具有热后备式启动功能的产品。

③逆变器产品变化，逆变器的输出电源波形发生变化，更换与逆变器配套使用的变压器。

④逆变启动条件变化，主控检测板CD1的部分功能取消，由切换控制板和继电器控制板替代实现CD1板卡取消的功能。

(2)二次控制回路改造

①市电电压检测改造

原方案：由主控检测板CD1检测ASCO两路进线电源A相电压。

改造方案：由切换控制板检测ASCO后级输出端市电电压。

②市电控制改造

原方案：继电器ZJ1是主电欠压继电器，原理为主控检测板CD1检测到市电欠压时，继电器ZJ1动作，ZJ1触点断开，接触器1KM线包失电，市电断开。SZ是手动转逆变开关，SZ手动断开时，1KM线包失电，市电断开。1KM线包失电的同时，继电器J1失电，控制冷后备式的逆变器启动输出。

改造方案：保留继电器ZJ1的线包信号，断开ZJ1的动作信号，由切换控制板检测市电断电或过欠压，继电器控制板干接点输出XS3-1/XS3-2代替ZJ1控制即可。如图4所示[6]。

图4 市电控制改造图

③逆变器控制改造

原方案：逆变控制信号中，CD1-16/17为电保控制信号，QZ为强制信号。

改造方案：QZ强制信号串入切换控制板XS9-3/XS9-4，J3信号串入切换控制板对变频器的控制回路，取消原控制回路。如图5所示。

图5 逆变器控制改造

④逆变器输出控制改造

原方案：逆变器输出时，用逆变器其中一相输出电压控制逆变接触器线包，当逆变器有输出时逆变接触器2KM吸合。

改造方案：在控制回路中增加切换控制板逆变器切换控制信号XS3-3/XS3-4。如图6所示。

图6 逆变器输出控制改造

⑤逆变器故障反馈信号改造

原方案：原逆变器输出故障信号。

改造方案：逆变器故障反馈信号由变频器TA-TC输出。如图7所示。

图7 逆变器故障反馈信号改造

2.2.3 技术改造效果

改造完成后，除市电/蓄电池电源切换功能和逆变器热后备式功能实现外，其他设备显示、数据上传等功能仍由原设备实现。

3 结束语

EPS应急电源热后备式工作方式具有切换速度快、工作稳定、可靠性高等特点，在地铁应用中逐渐替代了冷后备式工作方式。在地铁供电系统故障情况下，能够以最快速度切换至蓄电池逆变供电，保证车站应急照明的持续性，提供人员疏散的关键性条件。

EPS应急电源热后备式工作方式，逆变器虽不输出功率，但一直处于工作状态，元器件老化和使用寿命较短是热后备式的缺点。如何提高逆变器的工作寿命，如何正确测试逆变功能提高使用寿命，如何减少大功率负载冲击减少逆变器故障率，将是EPS应急电源的研究重点。

[1] 卢其威,郭殿林,王聪.一种新型三相应急电源(EPS)的研制[J].电气应用,2005,24(7):74-76.

[2] 银佳.EPS使用手册[K].江苏,2009.

[3] 龚文杨.数字式应急电源的开发与设计[D].湖南:湖南大学,2006.

[4] 杨兆华,李顺林.EPS应急电源中均衡式充电装置的设计[J].建筑电气,2006,26(2):74-78.

[5] 王坤林,杨兆华，李建民.基于高频整流模式新型EPS及工作原理分析[J].计算技术与自动化,2007,26(2):19-22.

[6] 刘韬,师彦茹.方正书版中的EPS图[J].印刷杂志,2003,32(3):22-23.

Modification of EPS Emergency Power Supply Device

WU Xiao-xue

(Xi’an Metro Co., Ltd., Xi’an Shaanxi 710016,China)

Considering special operational environment and high security demand of the metro, the hot backup type of EPS can perform better function and guarantee emergency lighting for evaluation of people. The cold backup type of EPS can be transformed into the hot backup type through modification of its control principle and replacement of key elements (such as inverter and control board) so that the function of switching between commercial power and battery as well as the hot backup start of the inverter can be added to parameter display and data upload already available with the original equipment.

EPS; hot backup type; cold backup type; modification; inversion

10.3969/j·issn.1000-3886.2015.02.038

TM92

A

1000-3886(2015)02-0111-04

吴晓雪(1986-)，女，湖北人 ，工程师，专业：电气及自动化。

定稿日期: 2014-07-10