浅谈用电单位如何设置合适的自备应急电源

李 强

摘要:为了提高供电的可靠性,很多重要用电单位都设置自备应急电源。目前社会上使用的自备应急电源设备种类繁多,如何选用最合适的自备应急电源是面临的最大问题。文章阐述了自备应急电源的分类、特点、要求以及选择的根据,重点分析了柴油发电机组和静止型UPS不间断电源设备的选型、特性、使用条件以及使用方法。

关键词:供电可靠性;选择应急电源;发电机组;UPS不间断电源

中图分类号:TU113.64文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)18-0120-02

现在很多用电单位为了保证重要负荷供电的可靠性,一般都要求两路及以上电源进线,由自备应急电源作为第三电源。对于特别重要的负荷(如银行、医院、大型商场、重要宾馆、通信枢纽等的业务电脑与管理电脑系统电源),除设置应急发电机组外,还要另设静止型交流UPS不间断电源装置提供第四电源。如何选用最合适的自备应急电源是面临的最大问题。

1 自备应急电源的分类

①按照电能种类分:交流备用电源和直流备用电源两种,交流电源又有单相与三相之别。

②按照电源设备种类分:自备柴油发电机组、自备汽油发电机组、静止型交流不间断电源装置(UPS)及直流蓄电池组。其中以自备柴油发电机组应用最为广泛。

③按照发电机组的起动方式分:普通型、应急自起动型和全自动化型三种。

2对自备应急电源的一般要求

2.1安全

自备应急电源的种类选择、安装地点及方式、与市电网的匹配等均要满足有关规范、规定的安全要求。自备应急电源与市电网、应急电源与工作电源之间必须采取可靠切换装置防止并列运行,并应设置防止误并网的可靠联锁装置。

2.2可靠

可靠性要求应急电源如发电机组等设备能按要求迅速起动及正常带负荷运行。

2.3优质

全压起动最大容量笼型异步电动机时,发电机母线电压不应低于额定电压的75%,或通过计算确定。静止型交流不间断电源装置三相输出系统输出电压的不平衡系数应不超过5%,输出电压的总波形失真度不应超过5%。频率误差则不超过±0.5～1 Hz 。

2.4经济

要适当考虑备用应急电源设施设备投资、占地、运行、维护、管理等费用,尽可能节约。其中,使用多台机组时,应选用同一生产厂、同型号、同规格的成套设备,以便于操作及维修。

2.5发展

对备用应急电源的容量、场地布置、安装处所等要适当考虑5～10年内扩容发展的可能性。

3根据允许中断供电的时间选择自备应急电源

根据允许中断供电的时间,可分别选择下列应急电源:

①允许中断供电时间为15 以上的供电,可选用快速自动起动的发电机组。

②自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的,可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。

③允许中断供电的时间为毫秒(ms)级供电,可选用蓄电池静止型UPS不间断供电装置、蓄电池机械储能电机型不间断供电装置等。

4自备应急柴油发电机组

4.1自备应急发电机组的供电范围

对于高层建筑及工矿企业、部队、学校、医院、通信、高级宾馆、大中型商场、饭店等,应急柴油发电机供给动力和照明用电。主要负荷有以下几种:

①消防设备用电包括消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警、自动灭火装置、火灾事故照明、疏散指示标志和自动防火门窗、防火卷帘、消防控制室等。②应急疏散照明。③电梯设备和生活用水泵。④中央控制室及电脑用电。⑤保安设施、报警装置、通信设施、自动门等设备的用电。⑥重要场所用电具有重要政治经济影响的场所的有关动力、照明、空调等设备的用电。

4.2自备应急发电机组容量的选择

机组的容量与台数应按应急负荷大小和投入顺序以及单台电机最大起动容量等因素综合考虑确定。一般按一级负荷的容量确定;对于重要的用电单位可按一级负荷和部分二级负荷来确定装机容量。机组台数不宜超过两台。

4.3自备应急发电机组的自起动

机组应始终处于准备启动状态。当市电中断时,机组应立即起动,并在15s内能自动起动投入正常带负荷运行。

4.3.1选择自启动发电机组

其要求是:①当市电中断供电时,单台机组应能自动起动,并在15s内向负荷供电;②当市电恢复正常后,应能自动切换和自动延时停机,由市电恢复向负荷供电;③当连续三次自起动失败,应能发出报警信号并自动起动第二台发电机组。

4.3.2对自起动发电机组的要求

自起动机组的操作电源、热力系统、燃料油、润滑油、冷却水以及室内环境温度等均应保证机组随时起动,水源及能源必须具有足够的独立性,不得受工作电源停电的影响。

4.3.3发电机组的电起动设备

应按下列要求设置:①电起动蓄电池电压宜为24V,容量应按柴油机连续起动不少于6次确定;②蓄电池组应尽量靠近起动电动机设置,并应防止油、水侵入;③应设整流充电设备,其输出电压宜高于蓄电池组的电动势50%,输入电流不小于蓄电10h放电率的电流。

4.3.4发电机组的保护

要求:①应设有短路、过负荷、接地故障及过、欠电压保护装置;②当两台机组并列运行且无人经常值班时,应设置逆功率保护。

4.3.5发电机组的控制

发电机组的控制有机房控制、控制室集中控制和自动控制三种方式。对于应急发电机组,宜采用自动控制或控制室集中控制方式。

4.3.6自动化发电机组

自动化发电机组应符合以下要求:①就地操作的发电机组应在机旁实施人工起动、调速、停机,机房与值班室间应设必要的联络信号、正常运行和事故性质的声光信号;应单独设置蓄电池组作为控制电源,并设置整流充电设备;应能在控制室或配电室控制或监视起动、停机、送电、停电、调频和调压,监测各运行参数。②能自动控制负荷的投入和切除;③能自动控制附属设备及自动转换冷却方式和通风方式。

4.4 自备应急发电机组的中性点运行方式

只有一台发电机组时,一般采用三相四线制中性点直接接地工作制。当多台机组并列运行时,发电机中性点一般经中性线电抗器与接地线连接,也可采用中性线经刀开关与接地线连接。在并列运行时,任何情况下机组至少应保持一台发电机中性点接地,并按三相四线制工作方式运行。

5静止交流不间断电源(UPS装置)

5.1静止型UPS不间断电源的装置适用场合

凡符合下列情况之一时,应设置静止型交流不间断电源:①当用电负荷不允许中断供电时。②当用电负荷允许中断供电时间要求在1.5 s以内时。③重要场所(如监控中心等)的应急备用电源。

5.2静止型UPS不间断电源的变流过程及装置设备

静止型交流不间断电源的变流过程为:输入市电正弦交流电→整流为直流→蓄电池浮充供电→逆变成准方波或方波→振荡,滤波→输出正弦交流电。在市电中断后,蓄电池所蓄电能经逆变器逆变后输出正弦交流电(单相或三相)。

静止型交流不间断电源装置的设备一般有晶闸管整流器柜、逆变器柜、变压器柜、交流静止型开关柜、蓄电池组以及配电柜组合而成。

5.3静止型UPS不间断电源系统的交流输入电源的要

求

宜采用两路电源供电。不间断电源系统的交流输入,应符合以下规定:

①交流输入电压的持续波动范围规定为±10% 。②旁路电源必须满足负荷容量及特性的要求。③总相对谐波含量不超过10%。④不间断电源的交流电源不宜与其他冲击性负荷由同一变压器及母线段供电。⑤不间断电源系统的输入、输出回路宜采用电缆。

5.4静止型UPS不间断电源设备的选择

其选型应按负荷大小、运行方式、电压及频率的波动范围、允许中断供电时间、波形畸变系数及切换波形是否连续等各项指标确定。

①在采用市电旁路时,逆变器的频率和相位应与市电锁相同步。②不间断电源系统的直流环节有输出回路时,整流器及蓄电池均应满足其全部直流输出回路的负荷电流及最大冲击电流的要求。直流环节(整流器、蓄电池)的额定电压应根据需要按24、48、60、110、220V的电压等级选取。③静止型UPS不间断电源设备的输出功率按下列条件选择:对电子计算机时,其输出功率应大于电子计算机各设备额定功率总和的1.5倍;对其他用电设备供电时,为最大计算负荷的1.3倍;负荷的最大冲击电流不应大于UPS不间断电源设备额定电流的150%。④静止型UPS不间断电源的整流容量,应大于或等于逆变器所需容量与蓄电池直供的应急负荷之和。⑤蓄电池的容量,应根据市电停电后由其维持供电时间长短的要求选定。

蓄电池需要在常温下能瞬时起动,因此宜选用碱性或酸性蓄电池,有条件时应选用碱性燃料电池。

蓄电池组的额定放电时间宜按下列条件确定:①不间断电源系统在交流输入发生故障后,为保证用电设备按照操作顺序进行停机,蓄电池的放电时间可按停机所需最长时间来确定,一般可取8～15 min ;②当有其他备用电源时,UPS不间断电源系统在交流输入发生故障后,为保证用电设备供电的连续性,并等待其他备用电源的投入,其蓄电池额定放电时间一般可取10～30 min ;如有其他特殊要求,其蓄电池额定放电时间要根据负荷特性来确定。

参考文献:

[1] 袁小华.电力工程[M].北京:中国电力出版社,2007.

[2] 韩伯莹.电工学[M].北京:高等教育出版社,1998.

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