EPS應(yīng)急照明電源裝置在地鐵中的應(yīng)用

黃斌杰

（合誠工程咨詢集團(tuán)股份有限公司，福建廈門 361009）

1 EPS裝置的系統(tǒng)配置

地鐵車站的EPS（Emergency Power Supply，應(yīng)急照明電源）裝置是將雙電源切換裝置、浪涌保護(hù)器、整流/充電機(jī)、故障檢測及智能控制單元、蓄電池組、切換開關(guān)、逆變器（帶輸出隔離變壓器）、負(fù)荷隔離開關(guān)及饋線單元等包含在內(nèi)的戶內(nèi)成套設(shè)備。

1.1 雙電源切換裝置

雙電源切換裝置的主要作用是篩選一個安全性以及可靠性最高同時適用性最強(qiáng)的電源來執(zhí)行供電工作，從而保障負(fù)載用電的連續(xù)性及安全性。它主要分為PC級和CB級兩種類型：前者只能發(fā)揮雙電源自動切換的特點(diǎn)，在短路情況下無法實(shí)現(xiàn)電流的自動分?jǐn)?；而后者不僅能實(shí)現(xiàn)雙電源的自動切換，對于短路現(xiàn)象也能進(jìn)行及時的電流分段保護(hù)。按照現(xiàn)實(shí)中項(xiàng)目的需求來挑選更為合適的高品質(zhì)產(chǎn)品，同時應(yīng)滿足以下主要技術(shù)要求。

（1）對開關(guān)本體的技術(shù)要求：①能夠靈活運(yùn)用于地鐵中復(fù)雜的環(huán)境，并確保系統(tǒng)中的電流電壓以及頻率要求得到必要的滿足；②采用四極切換（A、B、C、N），手動操作功能；③操作部分要將電氣以及機(jī)械直接進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，同時還要實(shí)現(xiàn)主用以及備用電源之間的有效連接；④開關(guān)要確保能夠進(jìn)行負(fù)載自動切換，同時相關(guān)操作還可以用手動操作來進(jìn)行，在手動與自動運(yùn)行方式之間有聯(lián)鎖，保證自動情況下可手動操作；⑤額定短時耐受電流能力Icw應(yīng)滿足額定電流Ie≤250 A和Icw為10 kA。

（2）對控制器的技術(shù)要求：①能同時進(jìn)行自動或手動操作，其自動狀態(tài)必須具備自投自復(fù)功能及自投不自復(fù)（可調(diào)）功能；②對過壓、欠壓、缺相等情況具備監(jiān)測功能；③用戶可以主動設(shè)置過壓及欠壓的閾值；④通信協(xié)議更加開放化以及標(biāo)準(zhǔn)化，同時滿足BAS（Building Automation System，建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)）的各項(xiàng)功能；⑤用于雙電源自動切換裝置，將主用電源變換到備用電源的過程中，控制器有3 min左右的轉(zhuǎn)換延時。

1.2 整流/充電模塊

整流/充電模塊是EPS裝置主機(jī)的重要組成部件，具有N+1（N≥1，N表示電池組數(shù)量）的冗余功能，個別模塊出現(xiàn)故障時不會干擾到系統(tǒng)的正常運(yùn)作。充電模塊的容量要與系統(tǒng)最大負(fù)荷及蓄電池充電電流相匹配，充電模塊還應(yīng)具備以下9項(xiàng)功能。

（1）直流母線電壓紋波系數(shù)不大于（0.2%～0.5%），均充電流在0.1C10 A左右。

（2）輸入輸出以及通信端口要進(jìn)行一體化配置，同時還要具備優(yōu)良的可互換性，并且還要確保能夠?qū)崿F(xiàn)帶電拔插。

（3）模塊內(nèi)部還要安置CPU（Central Processing Unit，中央處理器），對其內(nèi)部各項(xiàng)操作進(jìn)行協(xié)調(diào)管理以及保護(hù)，確保在缺乏監(jiān)控單元的情況下可獨(dú)立運(yùn)行，同時還要及時與系統(tǒng)控制模塊進(jìn)行溝通，使之具有通信功能。

（4）避免蓄電池過度充電或過度放電。

（5）依據(jù)環(huán)境溫度的改變來相應(yīng)調(diào)整蓄電池充電電壓。

（6）對直流輸出的電壓或電流過高、模塊過熱或是短路欠壓等現(xiàn)象有一定保護(hù)效果。

（7）電源模塊并機(jī)工作過程中具備均流性能，模塊間輸出電流平衡度的峰值≤±5%。

（8）模塊采用智能式風(fēng)冷或強(qiáng)制風(fēng)冷方式。

（9）具備電磁兼容和安全措施，具有充電裝置溫度過高保護(hù)功能。

1.3 逆變器

逆變器可以將電池組的直流電轉(zhuǎn)換為三相正弦交流電，其容量還能與系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。逆變器具備如下3項(xiàng)功能：①需要安裝有濾波器，使得總諧波畸變率在3%（100%非線性）以下；②輸出回路對于過流和短路現(xiàn)象要有一定的保護(hù)及應(yīng)對功能；③在輸出端還要安置所需要的隔離變壓器。

IGBT/IPM功率器件的計(jì)算（IGBT即Insulated Gate Bipolar－Transistor，絕緣柵雙極晶體管；IPM即Inverter Power Module，智能功率模塊），將電池直流電壓逆變成交流220 V電壓。例如，10 kW額定輸出功率的逆變電流Iinv==15.2 A。

1.4 故障檢測及監(jiān)控單元

它通過故障檢測和智能監(jiān)控單元來實(shí)時監(jiān)測EPS各單元的運(yùn)行狀況，并實(shí)時采集數(shù)據(jù)，采用微機(jī)型產(chǎn)品并具有以下功能：①自診斷、掉電后來電自動恢復(fù)功能，如果設(shè)備發(fā)生如蓄電池異常、逆變器故障、輸入或輸出交流電壓異常等，需要及時排查和檢修；②監(jiān)控單元能實(shí)時監(jiān)控單體電池的內(nèi)阻及端電壓的各項(xiàng)參數(shù)，同時還可以自檢、及時向上報告突發(fā)情況及故障；③實(shí)時監(jiān)控EPS系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并能與各充電模塊和BAS的上位監(jiān)控機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能，協(xié)議開放，滿足無人值班的要求；④具有防止逆變器誤投和不投入的有效措施；⑤具有抗電磁干擾的措施。

1.5 EPS裝置內(nèi)部切換裝置

切換裝置的切換時間不大于100 ms。為確保主電路與逆變器的無風(fēng)險切換，主要采取3種控制技術(shù)。

（1）零相移同步跟蹤技術(shù)。主要應(yīng)用于電源處于逆變狀態(tài)，一旦電源發(fā)生故障或出現(xiàn)過載情況，就要及時把負(fù)載切換到旁路，輸入電源，以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和可靠性。在市電模式下時，電源輸出波形跟蹤電網(wǎng)市電波形。

（2）平滑切換控制技術(shù)。主要應(yīng)用于備電模式與主電模式相互轉(zhuǎn)換，確保備電供電與主電供電之間可以自由切換，有效防止備電電源及主電電源之間電壓存在差異，最終降低短路情況的發(fā)生并增強(qiáng)其在高功率供電情況下的安全性和可靠性。

（3）主電自動禁止技術(shù)。市電電壓或頻率超限，禁止切換到主電供電模式，如果市電恢復(fù)正常則自動允許切換。該技術(shù)的主要目的是為保護(hù)后端負(fù)載的安全。

2 EPS裝置的安裝

2.1 機(jī)柜安裝

按工序依次完成機(jī)柜底座安裝、設(shè)備立柜，柜子與底座用螺栓連接固定，用隨機(jī)配備的螺釘將底部裙板安裝到EPS底部的前后和左右側(cè)。在電池柜與底座連接固定之后，將配套的電池按擺放圖依次擺放在電池柜內(nèi)，根據(jù)相應(yīng)的接線圖、連接表接好電池連接線并鎖緊電池極柱上的接線。

注意事項(xiàng)：①EPS主機(jī)與電池柜并柜側(cè)，底部裙板敲落板需取下，方便EPS正負(fù)電池連接柜間連接；②電池柜柜頂配置的并柜連接片，需連接固定；③EPS主機(jī)柜頂線槽配套加工緊密，完成配線后進(jìn)行封堵，需達(dá)到防護(hù)等級要求。

2.2 設(shè)備配線

（1）用十字螺絲刀拆除頂部接線排封板。

（2）將保護(hù)地線連接到EPS頂層的接地連接銅排。

（3）將輸入、輸出、分路開關(guān)的連接線分別接到EPS對應(yīng)的接線排。

3 EPS裝置的調(diào)試及故障解決

3.1 調(diào)試

EPS裝置的調(diào)試包含EPS單系統(tǒng)調(diào)試（測試各種工況下EPS裝置運(yùn)行）、EPS系統(tǒng)與BAS通信調(diào)試。在完成電氣連接之后，需要對電氣連接情況進(jìn)行如下檢查。

（1）安裝工藝檢查：確保電纜的標(biāo)識正確無誤；確保線路布置整齊且綁扎手法符合標(biāo)準(zhǔn)。

（2）線纜阻抗檢查：確認(rèn)EPS裝置輸入的火線與零線間、火線與地線間無短路，確認(rèn)輸出無短路。

（3）安裝緊固檢查：檢查EPS裝置的主機(jī)、電池等電纜連接是否緊固。

（4）EPS裝置輸入電壓檢查：用多用表檢驗(yàn)對主機(jī)的市電輸入端子上的交流電壓，確保輸入的額定電壓在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

（5）電池/直流輸入檢查：借助多用表來對電池柜開關(guān)輸入端子上的直流電壓進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。只有在確保電池極性的情況下，才可以閉合外部電池開關(guān)。

3.2 故障診斷與解決方法

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，進(jìn)入屏幕設(shè)置管理界面中的關(guān)機(jī)界面，點(diǎn)擊關(guān)機(jī)并確認(rèn)逆變器已經(jīng)關(guān)閉。如有必要可以關(guān)閉設(shè)備負(fù)載，打開維修旁路，切斷EPS裝置的輸入/輸出開關(guān)，以確保設(shè)備負(fù)載不斷電及EPS裝置不會出現(xiàn)進(jìn)一步損壞（表1）。

表1 常見異常問題診斷與解決

4 結(jié)束語

在城市軌道交通中，地鐵建設(shè)對城市發(fā)展具有重要作用，其中備用供電的EPS裝置在失電情況下有著重要作用。在今后的應(yīng)用中，需要不斷提升相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，全面保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為城市交通工程建設(shè)提供強(qiáng)有力的保障。