EPS应急照明电源装置在地铁中的应用

黄斌杰

（合诚工程咨询集团股份有限公司，福建厦门 361009）

1 EPS装置的系统配置

地铁车站的EPS（Emergency Power Supply，应急照明电源）装置是将双电源切换装置、浪涌保护器、整流/充电机、故障检测及智能控制单元、蓄电池组、切换开关、逆变器（带输出隔离变压器）、负荷隔离开关及馈线单元等包含在内的户内成套设备。

1.1 双电源切换装置

双电源切换装置的主要作用是筛选一个安全性以及可靠性最高同时适用性最强的电源来执行供电工作，从而保障负载用电的连续性及安全性。它主要分为PC级和CB级两种类型：前者只能发挥双电源自动切换的特点，在短路情况下无法实现电流的自动分断；而后者不仅能实现双电源的自动切换，对于短路现象也能进行及时的电流分段保护。按照现实中项目的需求来挑选更为合适的高品质产品，同时应满足以下主要技术要求。

（1）对开关本体的技术要求：①能够灵活运用于地铁中复杂的环境，并确保系统中的电流电压以及频率要求得到必要的满足；②采用四极切换（A、B、C、N），手动操作功能；③操作部分要将电气以及机械直接进行有机结合，同时还要实现主用以及备用电源之间的有效连接；④开关要确保能够进行负载自动切换，同时相关操作还可以用手动操作来进行，在手动与自动运行方式之间有联锁，保证自动情况下可手动操作；⑤额定短时耐受电流能力Icw应满足额定电流Ie≤250 A和Icw为10 kA。

（2）对控制器的技术要求：①能同时进行自动或手动操作，其自动状态必须具备自投自复功能及自投不自复（可调）功能；②对过压、欠压、缺相等情况具备监测功能；③用户可以主动设置过压及欠压的阈值；④通信协议更加开放化以及标准化，同时满足BAS（Building Automation System，建筑设备自动化系统）的各项功能；⑤用于双电源自动切换装置，将主用电源变换到备用电源的过程中，控制器有3 min左右的转换延时。

1.2 整流/充电模块

整流/充电模块是EPS装置主机的重要组成部件，具有N+1（N≥1，N表示电池组数量）的冗余功能，个别模块出现故障时不会干扰到系统的正常运作。充电模块的容量要与系统最大负荷及蓄电池充电电流相匹配，充电模块还应具备以下9项功能。

（1）直流母线电压纹波系数不大于（0.2%～0.5%），均充电流在0.1C10 A左右。

（2）输入输出以及通信端口要进行一体化配置，同时还要具备优良的可互换性，并且还要确保能够实现带电拔插。

（3）模块内部还要安置CPU（Central Processing Unit，中央处理器），对其内部各项操作进行协调管理以及保护，确保在缺乏监控单元的情况下可独立运行，同时还要及时与系统控制模块进行沟通，使之具有通信功能。

（4）避免蓄电池过度充电或过度放电。

（5）依据环境温度的改变来相应调整蓄电池充电电压。

（6）对直流输出的电压或电流过高、模块过热或是短路欠压等现象有一定保护效果。

（7）电源模块并机工作过程中具备均流性能，模块间输出电流平衡度的峰值≤±5%。

（8）模块采用智能式风冷或强制风冷方式。

（9）具备电磁兼容和安全措施，具有充电装置温度过高保护功能。

1.3 逆变器

逆变器可以将电池组的直流电转换为三相正弦交流电，其容量还能与系统运行的相关标准相适应。逆变器具备如下3项功能：①需要安装有滤波器，使得总谐波畸变率在3%（100%非线性）以下；②输出回路对于过流和短路现象要有一定的保护及应对功能；③在输出端还要安置所需要的隔离变压器。

IGBT/IPM功率器件的计算（IGBT即Insulated Gate Bipolar－Transistor，绝缘栅双极晶体管；IPM即Inverter Power Module，智能功率模块），将电池直流电压逆变成交流220 V电压。例如，10 kW额定输出功率的逆变电流Iinv==15.2 A。

1.4 故障检测及监控单元

它通过故障检测和智能监控单元来实时监测EPS各单元的运行状况，并实时采集数据，采用微机型产品并具有以下功能：①自诊断、掉电后来电自动恢复功能，如果设备发生如蓄电池异常、逆变器故障、输入或输出交流电压异常等，需要及时排查和检修；②监控单元能实时监控单体电池的内阻及端电压的各项参数，同时还可以自检、及时向上报告突发情况及故障；③实时监控EPS系统的运行状态，并能与各充电模块和BAS的上位监控机通信，实现远程通信功能，协议开放，满足无人值班的要求；④具有防止逆变器误投和不投入的有效措施；⑤具有抗电磁干扰的措施。

1.5 EPS装置内部切换装置

切换装置的切换时间不大于100 ms。为确保主电路与逆变器的无风险切换，主要采取3种控制技术。

（1）零相移同步跟踪技术。主要应用于电源处于逆变状态，一旦电源发生故障或出现过载情况，就要及时把负载切换到旁路，输入电源，以增强系统的安全性和可靠性。在市电模式下时，电源输出波形跟踪电网市电波形。

（2）平滑切换控制技术。主要应用于备电模式与主电模式相互转换，确保备电供电与主电供电之间可以自由切换，有效防止备电电源及主电电源之间电压存在差异，最终降低短路情况的发生并增强其在高功率供电情况下的安全性和可靠性。

（3）主电自动禁止技术。市电电压或频率超限，禁止切换到主电供电模式，如果市电恢复正常则自动允许切换。该技术的主要目的是为保护后端负载的安全。

2 EPS装置的安装

2.1 机柜安装

按工序依次完成机柜底座安装、设备立柜，柜子与底座用螺栓连接固定，用随机配备的螺钉将底部裙板安装到EPS底部的前后和左右侧。在电池柜与底座连接固定之后，将配套的电池按摆放图依次摆放在电池柜内，根据相应的接线图、连接表接好电池连接线并锁紧电池极柱上的接线。

注意事项：①EPS主机与电池柜并柜侧，底部裙板敲落板需取下，方便EPS正负电池连接柜间连接；②电池柜柜顶配置的并柜连接片，需连接固定；③EPS主机柜顶线槽配套加工紧密，完成配线后进行封堵，需达到防护等级要求。

2.2 设备配线

（1）用十字螺丝刀拆除顶部接线排封板。

（2）将保护地线连接到EPS顶层的接地连接铜排。

（3）将输入、输出、分路开关的连接线分别接到EPS对应的接线排。

3 EPS装置的调试及故障解决

3.1 调试

EPS装置的调试包含EPS单系统调试（测试各种工况下EPS装置运行）、EPS系统与BAS通信调试。在完成电气连接之后，需要对电气连接情况进行如下检查。

（1）安装工艺检查：确保电缆的标识正确无误；确保线路布置整齐且绑扎手法符合标准。

（2）线缆阻抗检查：确认EPS装置输入的火线与零线间、火线与地线间无短路，确认输出无短路。

（3）安装紧固检查：检查EPS装置的主机、电池等电缆连接是否紧固。

（4）EPS装置输入电压检查：用多用表检验对主机的市电输入端子上的交流电压，确保输入的额定电压在标准范围之内。

（5）电池/直流输入检查：借助多用表来对电池柜开关输入端子上的直流电压进行实时监测，确保其符合相关标准。只有在确保电池极性的情况下，才可以闭合外部电池开关。

3.2 故障诊断与解决方法

当系统出现故障时，进入屏幕设置管理界面中的关机界面，点击关机并确认逆变器已经关闭。如有必要可以关闭设备负载，打开维修旁路，切断EPS装置的输入/输出开关，以确保设备负载不断电及EPS装置不会出现进一步损坏（表1）。

表1 常见异常问题诊断与解决

4 结束语

在城市轨道交通中，地铁建设对城市发展具有重要作用，其中备用供电的EPS装置在失电情况下有着重要作用。在今后的应用中，需要不断提升相关标准，全面保障系统的正常运行，为城市交通工程建设提供强有力的保障。