浅谈EPS应急电源系统及在广州地铁五号线的应用

林伟敬

摘 要：主要介绍了EPS应急电源系统的基本原理、分类、与UPS的区别及在广州地铁5号线事故照明中的应用，并提出常见故障处理方法和日常维护保养的关键事项。

关键词：EPS；事故照明；蓄电池；逆变器

中图分类号：U231.8 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）12-0058-02

随着电力电子技术的飞速发展和人们对电源技术的深入研究，逐渐产生了一种将集中设置的蓄电池组作为储能单元的应急供电装置——应急电源（Emergency Power Supply，简称“EPS”）。应急电源被广泛应用于建筑、消防、医疗、化工、国防等领域，当事故发生时能及时提供独立、安全、可靠的应急电力，并确保人们生命财产的安全。

1 EPS基本原理

当市电正常时，由市电作为电源向负载提供一定电压等级的直流或交流输出；而当市电异常时，切换到由蓄电池组向负载提供同样电压等级的直流或交流输出。

2 EPS分类

按照输出方式划分，EPS可分为直流输出型、交直流混合输出型和交流输出型。直流输出型是系统将市电整流滤波后向负载提供直流电源，当市电异常时，由蓄电池组直接提供直流电源；交直流混合输出型是系统将市电直接投向负载，当市电异常时，转由蓄电池组向负载提供直流输出；交流输出型是系统将市电直接投向负载，当市电异常时，蓄电池组经由逆变器将直流电变换为交流电提供给负载。

按照运行方式划分，EPS可分为冷后备运行式、热后备运行式和在线运行式。冷后备运行方式是市电正常时，逆变器处于冷态（待机不工作），当市电异常时，逆变器才启动输出向负载供电；热后备运行方式是市电正常时，逆变器处于热待机状态（空载逆变），当市电异常时，输出单元将负载切换到处于热待机状态的逆变器输出端；在线运行方式是市电正常时，将市电经过整流变换为直流，再送入逆变器逆变后输出向负载供电，同时给蓄电池充电，市电异常时，市电整流的直流消失，由蓄电池投入供电，从而保证输出端不断电。

按照负载特性划分，EPS可分为照明型、动力型和照明/动力混合型。照明型主要针对疏散指示灯、标识灯、照明灯等负载，这些灯具内部无需设置电池、充电器、逆变器等部件，与普通灯具基本相同，负荷性质可为阻性（比如白炽灯）、感性（比如电感荧光灯、卤素灯）、容性（比如电子荧光灯、电子场致发光板）；动力型主要针对动力设备、电机等负载，比如消防水泵、稳压泵、排污泵、排烟风机、电梯、生产用动力设备等；照明/动力混合型是上述两种的混合类型。

3 EPS与UPS的区别

EPS和UPS两者均有市电旁路及逆变电路，但EPS仅具有持续供电功能，一般对逆变切换时间要求不高（特殊要求除外），可有多路输出，有些EPS 还配置蓄电池单体监测功能。EPS在市电正常时由市电供电，在市电中断时才转为逆变供电，电能利用率高，带载能力强。而UPS仅有一路总输出，一般强调其三大功能，即稳压稳频、对切换时间要求极高的不间断供电和净化市电。日常着重整流/逆变的双变换电路供电，在逆变器故障或过载时才转为市电旁路供电，电能利用率不高。在我国，EPS 主要用于消防类负荷和一些对供电质量要求不太高但需保证连续供电的用电设备，仅强调能持续供电这一功能；而UPS一般用于计算机和数字信息系统等场合，要求供电质量较高的负载，主要强调逆变切换时间、输出电压、频率稳定性，输出波形的纯正、无各种干扰等。

4 EPS在事故照明装置中的应用

以广州地铁5号线事故照明装置为例，该装置是热后备式交流输出的照明型EPS，主要包括交流电源自动切换装置、整流/充电机、蓄电池组、逆变器（带输出隔离变压器）、监控装置和馈线单元等部分。

4.1 系统功能

4.1.1 工作原理

在正常情况下，事故照明装置由变电所的两段交流低压母线各供一路三相电源（手动选择任一路电源为主用电源），当主

用电源发生故障时，由进线电源自动投切装置进行控制，备用电源自动投入，保证一路电源的正常工作。蓄电池处于浮充状态，事故照明和疏散标志照明负荷由交流低压母线旁路供电。当双路进线电源发生故障时，静态转换开关动作，事故照明电源装置的电池组通过逆变器向事故照明和疏散标志照明设备供电，提供电压（380±5%）V，频率（50±0.5%）Hz，失真度≤3%的标准正弦波，逆变输出。当交流进线电源从故障状态恢复正常时，逆变器自动退出运行，应急照明负荷和疏散标志照明由交流低压0.4 kV母线供电，同时整流/充电器向电池组充电。电池组充电完成后，整流/充电器应自动调整电压向蓄电池浮充电。

4.1.2 蓄电池的低压保护和强制启动

事故照明装置的输出容量应保证应急照明和疏散标志照明负荷满负荷运行90 min的用电需求。当任一单体电池放电至额定最低电池电压时，系统自动停机以保护电池（紧急情况除外），并发出报警信号；当系统自动停机以保护电池时，在紧急情况下可通过设备的强制启功能强行启动设备，最大限度地保证在紧急情况下应急照明的供电时间。

4.1.3 维修旁路

为了便于维修，系统设置了旁路开关将整流/充电单元、逆变器与电池组隔离。当装置需要维修时，可通过维修旁路开关将整流/充电机、逆变器与电池组隔离。由维修旁路对应急照明进行供电，以免在设备维修时对应急照明负荷造成影响。

4.1.4 集中监控

该装置能与上位监控系统、车站机电设备监控系统（简称“BAS”）进行通信。BAS可以对装置的运行状态、故障状态进行自动监视。主要监视内容包括主备电源运行状况、电池工作状态、故障状态（比如输入电源故障、逆变器故障、充电器故障、电池故障、输出故障等）。BAS可将状态信息上传至控制中心的主控系统，调度人员通过主控系统获知故障信息后可立即通知车站值班人员处理。集中监控原理如图1所示。

4.2 常见故障和处理方法

4.2.1 系统无法切换到逆变输出

事故照明装置在进行功能测试时，断开两路市电后，无法切换到逆变输出且逆变器停机。该故障最主要的原因是核心控制板出现故障或蓄电池开路出现故障，可通过断开负载的方式进行测试。如果断开负载测试后逆变器仍会停机，则说明是蓄电池开路故障造成。这时可通过更换核心控制板或隔离、更换故障蓄电池进行处理。

4.2.2 系统无故切换到逆变输出

当两路市电正常时，事故照明装置自动切换到逆变输出。

该故障主要原因是动力主控板采集市电电压数据有误，这时更换数据采集IC可恢复正常。

4.2.3 应急处理措施

当事故照明装置的核心控制板出现故障且无备件更换时，为保证该装置能在应急情况下切换到逆变输出，可在市电输出回路中并联一个中间继电器KA1，在逆变输出回路接入中间继电器KA1的常闭触点。当市电输出正常时，逆变输出回路不工作；当市电无输出时，市电接触器KM1和中间继电器KA1失电，市电接触器KM1和中间继电器KA的常闭触点闭合，转为逆变回路输出。其原理如下所示。

4.3 日常维护保养关键事项

4.3.1 安装场所的维护

对事故照明装置所配的蓄电池，环境温度消防行业要求其环境温度不高于40 ℃。温度对蓄电池使用寿命影响较大，25 ℃以上，每升高10 ℃，蓄电池使用寿命减半，因此，环境温度应控制在5～25 ℃，且通风、散热良好。同时，照明装置必须远离火源和易燃易爆品，平常杂物不要堆放于内，否则既不利于防火安全，也容易引发鼠患。在室内和柜内采取防潮措施，防止EPS 应急电源内部控制电路板上结露，从而减少EPS故障发生率。此外，室内灰尘不能太多、环境不能太脏。灰尘一般带正电荷，如果EPS 应急电源控制板上灰尘积压太多，很容易引起控制板故障。

4.3.2 事故照明装置本身的维护

对于事故照明装置的维护，可采取以下措施：定期进行柜内清洁、除尘、除异物；定期测量电气参数（包括市电电压是否正常，两路市电的中性线、相线是否一致，输出回路是否超载）；定期进行模拟切换测试。

4.3.3 蓄电池的维护

对于蓄电池的维护，可从以下几点做起：①定期巡视、观察蓄电池外观是否鼓胀、爆裂、漏液等；②每三个月进行一次功能性放电，放电时间0.5～1 h，可使蓄电池极板有效物质得到活化、容量得到恢复、使用寿命得到延长；③每年需进行一次容量核对性放电，使用负载仪设定I10恒流放电；④发现异常电池（容量低于80%）及时处理，对单体电池进行隔离、活化或更换；⑤不宜采用整组电池充电的方式对个别电池补充电，防止其他电池过充。

5 结束语

地铁作为大客流运输系统，对其安全性有着极高的要求，因而对EPS可靠性要求也很高。在选择应急电源时，应根据它们各自的特点分别用于不同的工程，并注意日常使用中的维护保养，这将为整个社会的安全提供更有力的保障。

参考文献

[1]陈志清.EPS应急电源百事通[M].北京：中国电力出版社，2007.

〔编辑：刘晓芳〕

4.2 常见故障和处理方法

4.2.1 系统无法切换到逆变输出

事故照明装置在进行功能测试时，断开两路市电后，无法切换到逆变输出且逆变器停机。该故障最主要的原因是核心控制板出现故障或蓄电池开路出现故障，可通过断开负载的方式进行测试。如果断开负载测试后逆变器仍会停机，则说明是蓄电池开路故障造成。这时可通过更换核心控制板或隔离、更换故障蓄电池进行处理。

4.2.2 系统无故切换到逆变输出

当两路市电正常时，事故照明装置自动切换到逆变输出。

该故障主要原因是动力主控板采集市电电压数据有误，这时更换数据采集IC可恢复正常。

4.2.3 应急处理措施

当事故照明装置的核心控制板出现故障且无备件更换时，为保证该装置能在应急情况下切换到逆变输出，可在市电输出回路中并联一个中间继电器KA1，在逆变输出回路接入中间继电器KA1的常闭触点。当市电输出正常时，逆变输出回路不工作；当市电无输出时，市电接触器KM1和中间继电器KA1失电，市电接触器KM1和中间继电器KA的常闭触点闭合，转为逆变回路输出。其原理如下所示。

4.3 日常维护保养关键事项

4.3.1 安装场所的维护

对事故照明装置所配的蓄电池，环境温度消防行业要求其环境温度不高于40 ℃。温度对蓄电池使用寿命影响较大，25 ℃以上，每升高10 ℃，蓄电池使用寿命减半，因此，环境温度应控制在5～25 ℃，且通风、散热良好。同时，照明装置必须远离火源和易燃易爆品，平常杂物不要堆放于内，否则既不利于防火安全，也容易引发鼠患。在室内和柜内采取防潮措施，防止EPS 应急电源内部控制电路板上结露，从而减少EPS故障发生率。此外，室内灰尘不能太多、环境不能太脏。灰尘一般带正电荷，如果EPS 应急电源控制板上灰尘积压太多，很容易引起控制板故障。

4.3.2 事故照明装置本身的维护

对于事故照明装置的维护，可采取以下措施：定期进行柜内清洁、除尘、除异物；定期测量电气参数（包括市电电压是否正常，两路市电的中性线、相线是否一致，输出回路是否超载）；定期进行模拟切换测试。

4.3.3 蓄电池的维护

对于蓄电池的维护，可从以下几点做起：①定期巡视、观察蓄电池外观是否鼓胀、爆裂、漏液等；②每三个月进行一次功能性放电，放电时间0.5～1 h，可使蓄电池极板有效物质得到活化、容量得到恢复、使用寿命得到延长；③每年需进行一次容量核对性放电，使用负载仪设定I10恒流放电；④发现异常电池（容量低于80%）及时处理，对单体电池进行隔离、活化或更换；⑤不宜采用整组电池充电的方式对个别电池补充电，防止其他电池过充。

5 结束语

地铁作为大客流运输系统，对其安全性有着极高的要求，因而对EPS可靠性要求也很高。在选择应急电源时，应根据它们各自的特点分别用于不同的工程，并注意日常使用中的维护保养，这将为整个社会的安全提供更有力的保障。

参考文献

[1]陈志清.EPS应急电源百事通[M].北京：中国电力出版社，2007.

〔编辑：刘晓芳〕

4.2 常见故障和处理方法

4.2.1 系统无法切换到逆变输出

事故照明装置在进行功能测试时，断开两路市电后，无法切换到逆变输出且逆变器停机。该故障最主要的原因是核心控制板出现故障或蓄电池开路出现故障，可通过断开负载的方式进行测试。如果断开负载测试后逆变器仍会停机，则说明是蓄电池开路故障造成。这时可通过更换核心控制板或隔离、更换故障蓄电池进行处理。

4.2.2 系统无故切换到逆变输出

当两路市电正常时，事故照明装置自动切换到逆变输出。

该故障主要原因是动力主控板采集市电电压数据有误，这时更换数据采集IC可恢复正常。

4.2.3 应急处理措施

当事故照明装置的核心控制板出现故障且无备件更换时，为保证该装置能在应急情况下切换到逆变输出，可在市电输出回路中并联一个中间继电器KA1，在逆变输出回路接入中间继电器KA1的常闭触点。当市电输出正常时，逆变输出回路不工作；当市电无输出时，市电接触器KM1和中间继电器KA1失电，市电接触器KM1和中间继电器KA的常闭触点闭合，转为逆变回路输出。其原理如下所示。

4.3 日常维护保养关键事项

4.3.1 安装场所的维护

对事故照明装置所配的蓄电池，环境温度消防行业要求其环境温度不高于40 ℃。温度对蓄电池使用寿命影响较大，25 ℃以上，每升高10 ℃，蓄电池使用寿命减半，因此，环境温度应控制在5～25 ℃，且通风、散热良好。同时，照明装置必须远离火源和易燃易爆品，平常杂物不要堆放于内，否则既不利于防火安全，也容易引发鼠患。在室内和柜内采取防潮措施，防止EPS 应急电源内部控制电路板上结露，从而减少EPS故障发生率。此外，室内灰尘不能太多、环境不能太脏。灰尘一般带正电荷，如果EPS 应急电源控制板上灰尘积压太多，很容易引起控制板故障。

4.3.2 事故照明装置本身的维护

对于事故照明装置的维护，可采取以下措施：定期进行柜内清洁、除尘、除异物；定期测量电气参数（包括市电电压是否正常，两路市电的中性线、相线是否一致，输出回路是否超载）；定期进行模拟切换测试。

4.3.3 蓄电池的维护

对于蓄电池的维护，可从以下几点做起：①定期巡视、观察蓄电池外观是否鼓胀、爆裂、漏液等；②每三个月进行一次功能性放电，放电时间0.5～1 h，可使蓄电池极板有效物质得到活化、容量得到恢复、使用寿命得到延长；③每年需进行一次容量核对性放电，使用负载仪设定I10恒流放电；④发现异常电池（容量低于80%）及时处理，对单体电池进行隔离、活化或更换；⑤不宜采用整组电池充电的方式对个别电池补充电，防止其他电池过充。

5 结束语

地铁作为大客流运输系统，对其安全性有着极高的要求，因而对EPS可靠性要求也很高。在选择应急电源时，应根据它们各自的特点分别用于不同的工程，并注意日常使用中的维护保养，这将为整个社会的安全提供更有力的保障。

参考文献

[1]陈志清.EPS应急电源百事通[M].北京：中国电力出版社，2007.

〔编辑：刘晓芳〕