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EPS应急电源装置改造pdf

  应用实例 《电气 自动化}2o15年第37卷 第2期 ApplicationIdeas EPS应急 电源装置改造 吴晓雪 (西安地下铁道有限责任公司。陕西 西安 710016) 摘 要:在地铁特殊的工作环境和较高的安全要求下,EPS采用热后备式工作方式更能实现后备电源的功能,保障人员疏散的应急照 明。冷后备式EPS改造成热后备式工作方式,以修改控制原理和更换关键元器件 (如逆变器、控制板件)为切入点,在原设备参 数显示、数据上传功能基础上增加市电/蓄电池电源切换功能和逆变器热后备式启动功能。 关键词:EPS;热后备式;冷后备式;改造;逆变 DOI:10.3969/j·issn.1000—3886.2015.02.038 [中图分类号]TM92 [文献标志码]A [文章编号]1000—3886(2015)02—0l11—04 ModificationofEPS EmergencyPowerSupplyDevice W U Xiaoxue ( anMetroCo.,Ltd.,艇anShaanxi710016。C ina) Abstract:Consideringspecialoperationalenvironmentandhighsecuritydemandofthemetro,thehotbackuptypeofEPScanperform better functionandguaranteeemergencylightingforevaluationofpeople.Thecoldbackup typeofEPS callbetransformedintothehot backuptypethroughmodificationofitscontrolprincipleandreplacementofkeyelements(suchasinverterandcontrolboard)SOthat thefunctionofswitchingbetween commercialpowerand batteryaswellas山ehotbackupstartoftheinvertercan beaddedto parameterdisplayanddatauploadMreadyavailablewiththeoriginal equipment. ‘ Keywords:EPS;hotbackuptype;coldbackuptype;modification;inversion 到有市电时,逆变器退出工作 ,恢复市电向负载提供电源 。 IJ 引 菁 地铁照明系统负荷依赖电力系统供 电,一旦供电系统中断, 2 EPS应急电源技术改造 地铁公共区无任何照明,会导致非常严重的甚至灾难性的后果。 2.1 EPS工作方式 同时,随着安全意识和对突发事件的防范意识的迅速提高”j,应 地铁使用的EPS应急电源有热后备式和冷后备式两种工作 急电源装置 (EPS)越来越受到重视,对 EPS工作可靠性的要求越 方式。冷后备式时逆变器仅控制部分处于工作状态 ,其功率部分 来越高。随着 EPS技术的发展和逆变技术的不断研究,EPS热后 处于加电待机状态,但不起动;热后备式时整个逆变器处于正常 备式工作方式的运用越来越广泛。 运转状态 ,但不承担负载。 1 EPS应急电源工作原理 2.2 EPs应急电源技术改造(冷后备式向热后备式改造) EPS应急电源主要采用 SPWM(交流脉宽调制)技术,系统主 2.2.1 EPS应急电源冷后备式 要包括充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置等部分 ,其 中逆变器 1)冷后备式一次工作原理 是核心。充电器的作用是将交流电变成直流电,实现对蓄电池及 一 次原理图如图2所示。 向逆变器模块供电;逆变器的作用则是将直流电变换成交流电, 市电正常时,市电经QF1输出后引至 lKM,1KM吸合输出 供给负载设备稳定持续的电力;互投装置保证负载在市电及逆变 至输出总开关 QF5和熔断器,完成市 电对负载供电。市电正常 器输出间的顺利切换 ; 给负载供电的同时,从 QFI输出端引一路220V的交流电至整流 系统控制器对整个 系 EPSI作原理图 输入开关QF3,QF3合闸后即为充电机提供输入电压。充电机将 市电 {… … … … … … … … … … … 统进行实时监控,可以 交流电整流成蓄电池组充电所需达到的充电电压,并通过整流输 发出告警信号,同时可 出开关QF4,加载至蓄电池组 “+”、“一”两极 ,完成对蓄电池组 通过 串行 口与计算机 的充电过程。 通讯 ,实现对系统的微 若两路市电都不能正常供电,此时市 电输入开关 QFI后级 机监控和远程监控。 无输出,1KM断开。逆变模块检测到市电的异常,启动逆变器工 工作原理图如图l。 图 1 工作原理 作,将备电开关QF2控制的电池组直流电压逆变成交流电压,并 当有市电时,市电通过 KM输出,同时充电机对蓄电池充电; 通过变压器T1升压至AC380V,再经过滤波后输出至2KM,此时 当控制器检测到市电停 电或者市电过低时,逆变器工作,使 KM 2KM线圈得电吸合,将逆变电输出给输出总开关QF5,从而完成 切换至应急输出状态,向负载提供应急电能;当控制器再次检测 逆变的过程 ¨。 2)冷后备式控制原理 定稿 日期 :2014—07—10 逆变启动控制原理如图3所示。 ElectricaJAutomation 111 《电气 自动化)2015年第37卷 第2期 应用实例 … … … O 3OO-C3/104/H 1 220 }{f I . 、 S}NI254]7/R0[0FFC+2CO、\’。‘,F三I 。。-。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一。。。c AC220V,D m避沓 KIM ’Z I 、 :l。。FFc+2c。l 昱II. Ilf l r IfI 竺lII 竺fI lIt fI \}{ 图2 一次工作原理图 CD4 +24V GND 市电欠雎控 制 K2 +24V l DL I/O I 做障报警 撒警指示 CD1-8 CD1..16/17 J1 J3 CD1..18/19 5-NO CD1.12 — — L G2 L/ SF 制艘帛 l CD1 13 QZ 卜 圈 们 们 图3 逆变启动控制原理 1KM和2KM是一组带机械互锁功能的交流接触器,1KM和 电池逆变供电通过2KM输出。 2KM有且仅有一个处于吸合状态。市电供电通过 1KM输 出,蓄 市电正常时,主控测检测板 CD1检测两路进线电压正常, 应用实例 《电气 自动化)2015年第37卷 第2期 ApplicationIdeas CDI的14/15常开触点不吸合 ,ZJ1继电器释放 ,Jl继电器吸合 , 切换控制板和继电器控制板替代实现 CD1板卡取消的功能。 1KM接触器吸合,2KM接触器释放,逆变器不启动,市电给负载 (2)二次控制回路改造 供电, ①市电电压检测改造 市电异常时,主控检测板 CD1检测到主用和备用两路进线 原方案 :由主控检测板 CD1检测 ASCO两路进线电源 A相 电源电压缺失或降低 ,CDI的 14/15、16/17、18/19三对常开触点 电压。 闭合,ZJ1继电器吸合得电,导致 1KM、Jl释放 ,2KM吸合。同时 改造方案:由切换控制板检测 ASCO后级输出端市电电压。 逆变器触发 G2/SF常开触点导通,逆变器工作 ,逆变电压经2KM ②市电控制改造 输出至负载供 电 。 原方案 :继电器 ZJl是主电欠压继电器,原理为主控检测板 3)冷后备式工作方式的缺陷 CD1检测到市电欠压时,继电器 ZJI动作,ZJ1触点断开,接触器 (1)从控制原理图分析得到,逆变工作条件是 当两路进线KM线包失电,市电断开。sZ是手动转逆变开关,sZ手动断开 源均无电的条件下才启动逆变器。只要有一路电源有电,无论在 时,1KM线KM线包失电的同时,继电器 J1 任何条件下 ,逆变器均不会启动。这样将会造成一路市电有电, 失电,控制冷后备式的逆变器启动输出。 双切装置故障无法切换至有电回路供 电的工况下,既无市电输 改造方案 :保留继 电器 ZJ1的线的动作信 出,逆变器又无法启动 ,没有应急电源输出,导致严重后果。 号 ,由切换控制板检测市电断电或过欠压,继电器控制板干接点 (2)逆变器处于冷后备式时,最短切换时间除切换装置的动 输出XS3—1/XS3—2代替ZJ1控制即可。如图4所示 。 作时间外,还要受逆变器起动时问的制约 ,切换时间较长;而且当 负载功率较大时,逆变输出变压器和低通滤波器会产生很大的暂 态冲击,甚至会损坏逆变器半导体功率器件,导致逆变器启动过 I.............__J 程 中故障停止工作,造成无应急照明输出H。]。 逆变器处于热后备式时,最短切换时间基本决定于所用切换 装置的动作时间,切换时间较短,贵州快3,抗大功率负载冲击力强。 图4 市电控制改造图 针对地铁特殊的工作环境和安全要求 ,EPS应急电源采用热 ③逆变器控制改造 后备式工作方式更能实现后备电源的功能,保障当电力系统故障 原方案:逆变控制信号中,CD1—16/17为电保控制信号,Qz 时能够立 即切换到逆变器输 出电源状态 ,确保应急照明正常 为强制信号。 点亮。 改造方案:QZ强制信号串人切换控制板XS9—3/XS9—4,J3 2.2.2 冷后备式技术改造方案 信号串入切换控制板对变频器的控制回路 ,取消原控制回路。如 1)改造内容 图5所示 。 (1)逆变启动方式由冷后备式变换为热后备式,即逆变器一 L — 匦圈 直处于工作状态,保持与市 电相序一致 ,但不输出功率。当市电 缺失或失压 ,逆变器立即输出与市电相同相序的应急电源,保证 — ■ /— 负载供电正常。 (2)逆变启动条件:检测 ASCO后级输出端电源缺失或失压 图5 逆变器控制改造 ④逆变器输出控制改造 时,启动逆变器。 原方案:逆变器输出时,用逆变器其中一相输出电压控制逆 2)改造项 目 变接触器线包,当逆变器有输出时逆变接触器2KM吸合。 (1)市电电压检测、蓄电池电压检测。 改造方案:在控制回路中增加切换控制板逆变器切换控制信 (2)强制切换命令输入。 号 XS3—3/XS3—4。如图6所示。 (3)切换接触器控制。 (4)电保关机控制。 (5)逆变器控制。 (6)逆变器故障反馈。 — 3)改造方案 (1)一次回路改造 l ①一次工作回路原理不变。 图6 逆变器输出控制改造 ② 由于逆变器启动方式变化,逆变器更换成具有热后备式启 动功能的产品。 ⑤逆变器故障反馈信号改造 ③逆变器产品变化 ,逆变器的输出电源波形发生变化,更换 原方案:原逆变器输出故障信号。 与逆变器配套使用的变压器。 改造方案:逆变器故障反馈信号由变频器TA—TC输出。如 ④逆变启动条件变化 ,主控检测板 CD1的部分功能取消,由 图7所示 。 ElectricalAutomation113 《电气自动化~2o15年第37卷第2期 应用实例 ApplicationIdeas EPS应急电源热后备式工作方式,逆变器虽不输出功率,但 一 直处于工作状态,元器件老化和使用寿命较短是热后备式的缺 ^/避樱≮篷掣 落舞 点。如何提高逆变器的工作寿命,如何正确测试逆变功能提高使 / — /——J——._—————————————————_,cn… II逆她变馊醌故障信幅亏号ll 栅 m 姗 蛳 撕 瑚 用寿命 ,如何减少大功率负载冲击减少逆变器故障率 ,将是 EPS 应急电源的研究重点。 参考文献: 图7 逆变器故障反馈信号改造 [1]卢其威,郭殿林,王聪.一种新型三相应急电源(EPS)的研制 [J].电 2.2.3 技术改造效果 气应用 ,2005,24(7):74—76. 改造完成后,除市电/蓄电池电源切换功能和逆变器热后备 [2]银佳.EPS使用手册 [K].江苏,2009. 式功能实现外,其他设备显示、数据上传等功能仍由原设备实现。 [3]龚文杨.数字式应急电源的开发与设计 [D].湖南:湖南大学,2006. [4]杨兆华,李顺林.EPS应急电源中均衡式充电装置的设计 [J].建筑电 3 结束语 气,2006,26(2):74—78. EPS应急电源热后备式工作方式具有切换速度快、工作稳 [5]王坤林,杨兆华,李建民.基于高频整流模式新型EPS及工作原理分 定、可靠性高等特点 ,在地铁应用中逐渐替代了冷后备式工作方 析 [J].计算技术与 自动化 ,2007,26(2):19—22. [6]刘韬,师彦茹.方正书版中的EPS图[J].印刷杂志,2003,32(3):22 式。在地铁供电系统故障情况下,能够 以最快速度切换至蓄电池 — 23 逆变供电,保证车站应急照明的持续性 ,提供人员疏散的关键性 条件。 【作者简介】吴晓雪(1986一),女,湖北人 ,工程师,专业:电气及 自动化。 (上接第 107页) 由测试波形可以看出,此电压跌落发生器可以产生满足国标 (4)按下 “跌落开始”按钮。KM4断开,KM5闭合,经过相应 要求的故障电压 ,并满足风机低穿功能验证的需求。 的时间后(由SA8选择得到),KM5断开,KM4闭合,跌落完成, 3 结束语 “跌落准备”指示灯熄灭,“跌落完成”指示灯点亮。 在总结现有风力发电用电压跌落发生器现状的基础上,本文 (5)按下 “恢复”按钮。KM1闭合,KM4断开;同时,跌落完 研制出基于变压器形式的电压跌落发生器,其结构简单、移动方 成指示灯熄灭,仅有 “系统带电”指示灯亮。 便 、可靠性高、功率等级高,适用于现场风电机组低电压穿越功能 现场测试得到典型的低穿波形如图8所示。 的前期验证。风场实测结果显示此电压跌落发生器能够模拟电 相电联基波I£ 有效值 网规范规定的各种电网电压故障,满足低穿测试要求。 ] 。电嘲c榴电/孽. 参考文献: … 。 … 商 [i]中国电力科学研究院编著.风电并网研究成果汇编[M].北京:中国 - :啦掰B朔电艉/ : 环境科学出版社,2010. 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