基于EPS系统的消防应急电源车设计

林卡　李钦海　林富华　邹明霞

摘要：应急电源车作为我国电力工程中重要的装备，已成为电力系统应急预案的重要组成部分。而在电力系统应急设备的选型中，消防应急EPS电源应用范围已经越来越大。文章介绍了一种基于EPS系统的消防应急电源车，通过搭载消防应急电源EPS，配合相应的电路设计，使整车与传统应急电源车相比具有更大的实用性和经济性。

关键词：应急电源车；EPS系统；消防联动控制；电力工程；电力系统；应急设备 文献标识码：A

中图分类号：U469 文章编号：1009-2374（2016）20-0005-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.003

1 概述

随着社会的发展，人们对电力系统的可靠性提出了更高的要求，特别是对于关键负荷，当电力供应系统发生故障时，将会造成严重的政治或经济损失。应急电源车因具备机动性强和便于维护的特点，越来越受到用户的青睐，在接到保供电命令时，应急电源车能第一时间到达现场，为用户设备提供备用的电能。从目前市场需求来看，使用较多的是以发电机组或UPS系统为后备电能的应急电源车，这两种电源车日常维护频繁、效率低，增加使用和维护成本，特别是柴油发电机组的排烟中含有大量的二氧化硫，污染环境，而UPS的输入电流谐波则会对电网造成污染。

2 消防应急电源车的系统组成

随着国家及人们对环保意识的增强，使用消防应急EPS电源系统是必然趋势，从产品性价比来看，由于硬件成本相对于发电机组或UPS而言会稍高一些，但是综合维护成本较发电机组或UPS而言要低。由于人们对消防电源的认识不够，很大程度上给市场前景带来一定的阻碍，但这些情况会随着社会的进步，慢慢被人们所接受，因此消防应急电源车产品具有非常广阔的发展前景。本文着重介绍了消防应急电源车的组成和各组成部分的电路设计。本文所设计的消防应急电源车主要由底盘车、车厢、消防应急EPS电源系统、后备蓄电池、输入输出系统、消防联动系统、车内配电系统、电缆收放系统等组成，系统框图（见图1）：

3 消防应急电源车的具体设计

3.1 消防应急EPS电源系统设计

3.1.1 EPS分类。应急电源按供电负荷的类型主要可分为如下三类：（1）应急照明型：主要是单相输入单相输出EPS，用于应急现场的照明。此类EPS由于在应急时输出为单相电源因此只能供单相照明负载。（2）混合负载型：除了用于应急照明外，还可应用于空调、电梯、消防水泵、卷闸门等电感性负载的三相输入三相输出系列EPS。此类EPS由于使用到三相负载，因此应急输出为380V三相交流电压。但由于没有变频缓启动装置，当连接一些直接启动的电机时需要扩容。（3）变频启动型：此类EPS直接为电动机供电，同时带有变频启动功能。主要是针对单一的电机负荷，考虑到电机启动瞬间产生的大冲击电流，对电网及电机本身的影响，所以加入变频启动以减少对电网的干扰。

3.1.2 EPS选型。综合负载情况及成本考虑，选择混合负载型，满载功率为100kW的EPS，其工作原理框图如图2所示：

工作原理如下：正常工作时DSP检测主电或备电是否正常，同时确定K3的工作状态，若主电正常时，输出主电；主电异常、备电正常，则输出备电；当主、备电都异常时，通过DSP的控制使逆变器启动，将蓄电池能量逆变成纯净的交流电源后供给EPS输出。当主电或备电正常时，充电器同时完成对备用电池组的充电。电池检测电路实时检测单节电池的电压，当出现故障时则给出报警。报警电路检测输出支路及充电回路的故障情况，若故障发生则给出声光报警信号，声信号可以通过面板的消声键消除，光信号保留当前状态，直到故障消除才自动熄灭。浪涌抑制电路能对电网中的有害脉冲给予衰减，以至不损坏系统及用户设备。

3.2 后备蓄电池组设计

根据国家标准的要求，消防设备应急电源所配置的蓄电池需满足市电停电后90分钟的应急后备时间。

3.2.1 电池计算方法。本次设计选用汤浅蓄电池，单节电池容量计算方法为：

Cn=Pload/Einv/A

式中：

Cn——单颗电池需要的放电功率

Pload——负载的平均功率

Einv——EPS逆变器效率

A——配置电池数量

得出Cn后，根据Cn寻找电池的放电特性，在需求的放电时间内，电池恒功率放电的能力要大于等于Cn，才能满足要求。单节电池放电终止电压为10.2V（1.70V/2V）。

3.2.2 本方案电池计算。本方案设计容量为100kW EPS，逆变器效率为0.95，按EPS电池配置为40节1组，则：

Cn=100*1000/0.95/40=2631.5789W

单体2V电池需要提供的功率为2631.5789/6=438.596W，查汤浅电池对照表；NP210-12恒功率放电表90分钟为164.5W（按放电终止电压1.70V），三组并联达到493.5W大于需求438.596W，满足90分钟以上应急时间，因此选用型号为NP210-12的汤浅电池，数量为120只。

3.3 输入输出系统设计

3.3.1 输入系统。满载功率为100kW的EPS，单相电流为100kW/380/1.732=152A，考虑到可能出现三相负载不均衡的情况，选用200A的快速连接器（XP1～XP8），同时可节省操作时间，提高工作效率。其中QF1为主电输入断路器，QF2为备电输入断路器。

3.3.2 输出系统。EPS输出系统配置总输出断路器QF3，分三个输出回路：第一输出回路经QF4和快速连接器XP9～XP12直接与负载相连接；第二输出回路经QF5连至消防联动控制系统；第三输出回路经QF6连至车内配电系统。

3.4 消防联动控制系统设计

消防联动系统主要是指消防设备能在每个火灾时间点依据消防人员的控制指令准确动作，使消防设备的应急作用得到最大发挥。本方案所设计的消防联动控制系统（见图3），K1为消防联动控制继电器，其线圈连至消防联动控制中心，由消防联动控制中心发出控制信号，通过控制K1、KM1，达到控制消防联动输出的目的。

3.5 电源车内配电系统设计

电源车内配电系统电路设计的配电系统输入采用双路输入：一路为市电输入；另一路为EPS第三回路输入。通过KM3和KM4组成双电源自动切换系统，所设计的电源车内用电设备主要有：

3.5.1 照明系统：包括操作间、EPS室及绞盘室的照明。

3.5.2 插座：包括操作间空调及车内插座，车内插座可以保证EPS维护时的用电需求。

3.5.3 升降照明灯：升降照明灯的配置，可以为操作人员提供夜间工作环境下的照明。

3.6 电缆收放系统设计

考虑到消防应急电源车可能处于无市电的情况下工作，因此本方案在电缆收放系统的设计上采用液压动力电缆绞盘。液压电缆绞盘包括：取力器、取力器控制器、油泵、油缸及高压油管、液压马达、绞盘及支架总成。底盘车上装有取力器，带动油泵回油，然后驱动液压马达，液压控制回路连接至液压马达，齿轮泵外接设有开关的取力器及发动机或其他原动机；液压马达通过正、反转或停止驱动绞盘正转、反转或停止，从而实现电缆的收和放。它具有结构紧凑、占用空间较小、节能环保等优点，既方便快捷，又能保证在野外或无外接市电的情况下工作。

3.7 车厢

3.7.1 车厢材料。为保证EPS及蓄电池的工作环境，箱体采用钢骨架加内蒙皮和外蒙皮的结构，外蒙皮采用1.2mm冷轧钢板。内蒙皮和外蒙皮间填充吸音、减振、隔离材料。车架、骨架加工采用可工装定位，二氧化碳保护焊、电弧焊焊接，按照国标焊接工艺执行。保证车厢整体强度高、抗冲击、重量轻、具备防雨、防尘、防盗、防腐蚀功能。

3.7.2 车厢内布局设计。车厢（见图4）分为操作室、EPS室、电缆绞盘室，其中EPS控制屏和车内插座安装在操作室内，操作室同时配置工作门，方便工作人员进出和操作；EPS主机及蓄电池安装在EPS室内，通过配置车载空调保证车厢内设备的工作环境温度和湿度；电缆绞盘室内安装有电缆绞盘；车厢下设置有数个下围厢，输入、输出系统、消防联动控制系统安装在下围箱内；车厢右侧还设置有配电柜，车内配电系统安装在配电柜内。该车厢布局紧凑，结构合理，在保证EPS系统工作环境的前提下，留有足够的维修空间，便于车内设备的维护和保养。所设计的车厢尺寸为7510×2500×3000（长×宽×高，单位：mm）。

3.8 底盘车选型

3.8.1 整车承重计算。本方案所设计的消防应急电源车车厢内设备重量明细（见表2），可依据车厢重量及长度选择合适的底盘车。

3.8.2 底盘车选型。依据车厢重量及长度，选择东风DFL5160XXYBX1A为本次方案的底盘车，通过配备这款底盘车，使本方案所设计的消防应急电源车具有机动行驶、应急、移动能力强的特点，同时可在野外露天工作。经过重量计算，采用东风底盘车：DFL5160XXYBX1A，车辆最大总重16000kg，整备质量5400kg，额定载重10600kg。整车实际总重14605kg，低于车辆最大总重约1395kg。由以上计算可知，所选底盘承重留有较大的富余，可满足实际使用要求。

3.8.3 整车效果图。本方案所设计的底盘车与车厢的配合效果图（见图5）：

4 结语

为了满足国家对消防系统建设的需求，本文基于EPS系统，通过相配套的设备选型，配合相应的电路设计，对消防应急电源车的设计作了详细阐述。所设计消防应急电源在具有传统应急电源车机动性强、便于维护等特点的同时，更适合在消防应急领域的应用，具有广阔的发展前景。

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