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摘要：本文结合工程实例，分析了如何合理有效地配置发电机组以保证应急电源的可靠性的优化方案。
关键词：应急电源优化设计运行特点
1高层、大型建筑的特点及其对消防用电设备供电系统的要求
大型公共建筑相比一般民用建筑，具有以下特点：（1）功能多—一现代公共建筑往往把居住、娱乐、商业、办公等功能集于一体，形成多元化功能;（2）人员密度高—一建筑物内居留着大批人员，尤其是文化、娱乐、商业场所的人员密度更高;（3）保安要求高——这类建筑内居留着大批人员并拥有众多的贵重设备，所以必须保证高度安全;（4）内部配套设备多——由于这类建筑的功能多、标准高、要求舒适的生活环境，以及现代化的办公、管理、娱乐、生活等功能，因此内部与各专业配套的设备相当多;（5）设有地下室——此类建筑一般均设有若干地下层，其中设置有变配电室、中水处理设备间、生活与消防水泵间、制冷机房、空调机房、汽车库、防排烟设备、地下室有压排水设备等;（6）装修标准及工程造价高。
由于大型公共建筑具有功能广、人员多、要求高的特点，决定了消防设计的重要性。所以现行的《高层民用建筑设计防火规范》及《民用建筑电气设计规范》就有严格规定：“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源以策安全。其中消防用电设施大致可分成以下几类：（1）报警设施：手动和自动报警器、探测器、水流指示器、压力开关等;（2）防火设施：电动卷帘门、防火门、防排烟设施等;（3）灭火设施：消防水泵、自动灭火装置等（4）安全、疏散设施：紧急广播、应急照明、消防电梯等;（5）通讯、信号及联动指令等设施：火警电话、消防广播、报警和显示装置、联动控制装置等。
这些消防用电设施对供电系统的要求，可归纳为以下几点：
(1)保证供电电源的高度可靠性：大型公共建筑造价高，人员集中，供电的可靠性直接关系到企业的运作和人员设备的安全。发生火灾时，能及时地报警、灭火，有效地疏散人员、物资和控制火势的蔓延。因此，合理地确定电力负荷等级，保障高层民用建筑用电设施的供电可靠性是非常重要的。
(2)供配电系统的网络设计需合理布置:为防止火灾时火势沿电气线路、设施蔓延扩大火灾区域，或威胁消防人员的安全，将根据火灾的具体情况，既要保证消防设施供电，又能灵活地、有选择性地及时切除非消防电源。
(3)消防供電系统力求简单可靠，便于电源切换：正常工作电源和应急电源应自成系统，独立配电。当电力与照明分开供电时，则电力与照明应分别设有正常工作电源配电系统与事故时的应急电源配电系统。消防用电等一类负荷在火灾情况下，由应急电源系统保证连续供电，二类负荷应保证两回路切换供电，以保证发生火灾时各项救灾工作能顺利进行。
2 大型高层建筑的应急电源的组织方案
由于建筑面积广，设备多，因此所需的应急负荷也很大，需要配置容量较大和类型较多的应急电源、目前应急电源供电方式主要有：
(1)自容方式：供电装置（蓄电池等）置于设备内；
(2)中心供电方式：独立发电机组、蓄电池组（集中设置）；
(3)电力网中有效地独立于正常电源的馈电线路;这种方式受电网限制应用比较少。
在进行消防供电设计时，应根据建筑物的性质特点，确定其负荷等级，了解供电部门提供的电源情况，合理地选择消防用电设备的供电系统，以确保消防供电的安全和可靠性。在实际大楼建筑工程中，通常都是以上几种的电源组合。以某大楼为例，建筑面积约30万平方米，占地面积也在10万平方米以上，在平面布置上采用了主楼、连廊和指廊的结构形式扩展空间。东西指廊最远直线距离有1.4公里。根据国家规范需配置的应急负荷量大，配置的应急变压器达到7600kVA.为达到科学有效，投资合理的效果，应急电源采取了多种电源方式组合的方案。
应急电源系统的主接线方式见图一：
1.自容电力：在EPS电源难以覆盖的范围，这部分紧急疏散知识标志灯和安全照明采用自容式电源，这些设备平时依靠外接电源提供电力，并给内置的蓄电池充电，紧急情况下内置的蓄电池就自动提供电力，这种情况用于容量比较小，允许停电时间极短的场合。在这种分布式的电力供应情况下电源就由自身提供，最大限度地减少了供电中间环节，减少了对外部电源的影响。可靠性好，但是维护量大。
对于容量比较大，特别重要的消防负荷（如消防用微机等）使用不停电电源装置（UPS）实现自容电力供应。这种接线方式不论系统电源出现任何情况，都能保证火灾报警和通讯系统可靠供电。
2．EPS：应急照明负荷电源来自EPS蓄电池组。在区域的配电间都根据负荷的大小配置由蓄电池提供电力的EPS。EPS可以作为一种可靠的绿色应急供电电源，在电网有电时，处于静态，电力通过EPS直接向负荷供电，在应急情况下由蓄电池经过DC/AC换流后向负荷提供电力。它的特点是电源切换时间短，采用静态开关的低下1ms,可用于转换要求高的安全照明应用场合。采用动态开关的也能达到小于0.3s，能很好的满足一般的消防动力和照明供电要求。并且体积小，运行基本无噪音，管理也很方便，对环境适应性好。缺点是容量不能做到很大，否则成本太高。因此本工程中EPS适用于应急照明，以节约投资。
3.柴油机组：它具有容量大，持续运行时间长，可以并网扩大容量等优点。随着技术进步，现在已经生产出快速自动起动装置及电源切换装置的柴油发电机组，使柴油发电机组经常处于准备起动状态。当工作电源中断供电时，应能立即起动柴油发动机组，向应急负荷供电，有10kV和380V电压选择。缺点是只能用于疏散照明、备用照明（转换时间小于或等于15秒）和其它对转换时间要求不高的消防用电设备;而不能用于安全照明和那些对转换时间要求较高的场所的备用照明。在电压等级和平面布置上，不同的组合方式有不同的优缺点：
第一种方案是采用集中式的平面布置，选用低压400V的发电机组，即把所有的柴油机组集中到一起，通过星型电网络将电力送到各个低压负荷处。这种方案的优点是设备集中放置，便于维护管理，占地面积少。缺点就比较明显：受供电半径影响，通常推荐380V供电半径为500m,显然在这种情况下供电质量受到影响。而且将至少要安装8台发电机组，以及复杂的低压配电系统，加上控制系统和电力采样（供启动信号）等。无论从经济还是可靠性方面都是不合适的。
第二种方案就是采用分布式的400V发电机组。即在各主楼和连廊设立独立的发电机房，每个发电机都负责向本区域的附近应急负荷供电。这能很好的解决供电质量和供电可靠性的问题，经济上也比较节约。技术上也容以实现。但是它的缺点是设备分散到多个地方，给运行带来较大的困难，需要配置较多的人手去保证设备的运行。同时会占用较多的建筑面积。而且发电机组需要排烟、排风、油料储存等配套设施，在该大楼这些条件不易满足。
第三种方案就是结合集中式的平面布置节约的优点和分散供电可靠性的有点，即：采用10kV高压发电机组，按照集中式的布置方式布置发电机组，通过10kV电缆将电力输送到每一个变电站，在每一个变电站附设一个专门的10kV/380V应急变压器来向附近的应急负荷供电。这样的优点在于：设备集中放置便于维护管理，占地面积少，运行管理比较方便，10kV的供电半径达15公里，供电质量可靠。缺点是需配置10kV/380V应急变压器。增加了一级中间环节。
第四种方案就是采用分布式的10kV高压发电机组，这个方案就是缺点比较多：除了第二种方案的全部缺点外，还需要配置额外的10 kV/380V变压器。增加了一级中间环节，而且在容量方面不好配置。
3合理有效配置发电机组，保证应急电源的可靠性
在实际工程实例中，采用就是以上三个方案。发电机房是设置在大楼的设备机房内，这样就可以节约宝贵的大楼资源，同时布置起来也比较简单。这次总共使用了4台10kV2500kW发电机组，分成两组。10kV的应急母线也采用了单母线分段的形式，两组发电机组分别接到不同的母线段上。在不同的母线上还接有市电电源，这样平时就可以利用市电供应应急系统电源，一方面便于检查维护应急系统，另一方面减少应急系统的启动次数。
系统的主接线如图二：
运行时，在正常情况下应急系统由市电供电，处于双进线备自投状态。当双路电源均失电的时候，目联和市电进线均断开，立即起动发电机，分别并网后给各自的应急母线段供电。如果应急负荷较小，每组机组就会有一台机器退出运行。也有采用四台机器先并网再向应急母线供电的设计方案，但这种情况不同步并网时间会过长，影响应急电源供电恢复速度。
以上是对大容量、大面积建筑应急电源设计的讨论。如何科学合理地配置应急电源，达到高效、经济、运行简便，则需要视具体情况进行设计。
关键词：应急电源优化设计运行特点
1高层、大型建筑的特点及其对消防用电设备供电系统的要求
大型公共建筑相比一般民用建筑，具有以下特点：（1）功能多—一现代公共建筑往往把居住、娱乐、商业、办公等功能集于一体，形成多元化功能;（2）人员密度高—一建筑物内居留着大批人员，尤其是文化、娱乐、商业场所的人员密度更高;（3）保安要求高——这类建筑内居留着大批人员并拥有众多的贵重设备，所以必须保证高度安全;（4）内部配套设备多——由于这类建筑的功能多、标准高、要求舒适的生活环境，以及现代化的办公、管理、娱乐、生活等功能，因此内部与各专业配套的设备相当多;（5）设有地下室——此类建筑一般均设有若干地下层，其中设置有变配电室、中水处理设备间、生活与消防水泵间、制冷机房、空调机房、汽车库、防排烟设备、地下室有压排水设备等;（6）装修标准及工程造价高。
由于大型公共建筑具有功能广、人员多、要求高的特点，决定了消防设计的重要性。所以现行的《高层民用建筑设计防火规范》及《民用建筑电气设计规范》就有严格规定：“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源以策安全。其中消防用电设施大致可分成以下几类：（1）报警设施：手动和自动报警器、探测器、水流指示器、压力开关等;（2）防火设施：电动卷帘门、防火门、防排烟设施等;（3）灭火设施：消防水泵、自动灭火装置等（4）安全、疏散设施：紧急广播、应急照明、消防电梯等;（5）通讯、信号及联动指令等设施：火警电话、消防广播、报警和显示装置、联动控制装置等。
这些消防用电设施对供电系统的要求，可归纳为以下几点：
(1)保证供电电源的高度可靠性：大型公共建筑造价高，人员集中，供电的可靠性直接关系到企业的运作和人员设备的安全。发生火灾时，能及时地报警、灭火，有效地疏散人员、物资和控制火势的蔓延。因此，合理地确定电力负荷等级，保障高层民用建筑用电设施的供电可靠性是非常重要的。
(2)供配电系统的网络设计需合理布置:为防止火灾时火势沿电气线路、设施蔓延扩大火灾区域，或威胁消防人员的安全，将根据火灾的具体情况，既要保证消防设施供电，又能灵活地、有选择性地及时切除非消防电源。
(3)消防供電系统力求简单可靠，便于电源切换：正常工作电源和应急电源应自成系统，独立配电。当电力与照明分开供电时，则电力与照明应分别设有正常工作电源配电系统与事故时的应急电源配电系统。消防用电等一类负荷在火灾情况下，由应急电源系统保证连续供电，二类负荷应保证两回路切换供电，以保证发生火灾时各项救灾工作能顺利进行。
2 大型高层建筑的应急电源的组织方案
由于建筑面积广，设备多，因此所需的应急负荷也很大，需要配置容量较大和类型较多的应急电源、目前应急电源供电方式主要有：
(1)自容方式：供电装置（蓄电池等）置于设备内；
(2)中心供电方式：独立发电机组、蓄电池组（集中设置）；
(3)电力网中有效地独立于正常电源的馈电线路;这种方式受电网限制应用比较少。
在进行消防供电设计时，应根据建筑物的性质特点，确定其负荷等级，了解供电部门提供的电源情况，合理地选择消防用电设备的供电系统，以确保消防供电的安全和可靠性。在实际大楼建筑工程中，通常都是以上几种的电源组合。以某大楼为例，建筑面积约30万平方米，占地面积也在10万平方米以上，在平面布置上采用了主楼、连廊和指廊的结构形式扩展空间。东西指廊最远直线距离有1.4公里。根据国家规范需配置的应急负荷量大，配置的应急变压器达到7600kVA.为达到科学有效，投资合理的效果，应急电源采取了多种电源方式组合的方案。
应急电源系统的主接线方式见图一：
1.自容电力：在EPS电源难以覆盖的范围，这部分紧急疏散知识标志灯和安全照明采用自容式电源，这些设备平时依靠外接电源提供电力，并给内置的蓄电池充电，紧急情况下内置的蓄电池就自动提供电力，这种情况用于容量比较小，允许停电时间极短的场合。在这种分布式的电力供应情况下电源就由自身提供，最大限度地减少了供电中间环节，减少了对外部电源的影响。可靠性好，但是维护量大。
对于容量比较大，特别重要的消防负荷（如消防用微机等）使用不停电电源装置（UPS）实现自容电力供应。这种接线方式不论系统电源出现任何情况，都能保证火灾报警和通讯系统可靠供电。
2．EPS：应急照明负荷电源来自EPS蓄电池组。在区域的配电间都根据负荷的大小配置由蓄电池提供电力的EPS。EPS可以作为一种可靠的绿色应急供电电源，在电网有电时，处于静态，电力通过EPS直接向负荷供电，在应急情况下由蓄电池经过DC/AC换流后向负荷提供电力。它的特点是电源切换时间短，采用静态开关的低下1ms,可用于转换要求高的安全照明应用场合。采用动态开关的也能达到小于0.3s，能很好的满足一般的消防动力和照明供电要求。并且体积小，运行基本无噪音，管理也很方便，对环境适应性好。缺点是容量不能做到很大，否则成本太高。因此本工程中EPS适用于应急照明，以节约投资。
3.柴油机组：它具有容量大，持续运行时间长，可以并网扩大容量等优点。随着技术进步，现在已经生产出快速自动起动装置及电源切换装置的柴油发电机组，使柴油发电机组经常处于准备起动状态。当工作电源中断供电时，应能立即起动柴油发动机组，向应急负荷供电，有10kV和380V电压选择。缺点是只能用于疏散照明、备用照明（转换时间小于或等于15秒）和其它对转换时间要求不高的消防用电设备;而不能用于安全照明和那些对转换时间要求较高的场所的备用照明。在电压等级和平面布置上，不同的组合方式有不同的优缺点：
第一种方案是采用集中式的平面布置，选用低压400V的发电机组，即把所有的柴油机组集中到一起，通过星型电网络将电力送到各个低压负荷处。这种方案的优点是设备集中放置，便于维护管理，占地面积少。缺点就比较明显：受供电半径影响，通常推荐380V供电半径为500m,显然在这种情况下供电质量受到影响。而且将至少要安装8台发电机组，以及复杂的低压配电系统，加上控制系统和电力采样（供启动信号）等。无论从经济还是可靠性方面都是不合适的。
第二种方案就是采用分布式的400V发电机组。即在各主楼和连廊设立独立的发电机房，每个发电机都负责向本区域的附近应急负荷供电。这能很好的解决供电质量和供电可靠性的问题，经济上也比较节约。技术上也容以实现。但是它的缺点是设备分散到多个地方，给运行带来较大的困难，需要配置较多的人手去保证设备的运行。同时会占用较多的建筑面积。而且发电机组需要排烟、排风、油料储存等配套设施，在该大楼这些条件不易满足。
第三种方案就是结合集中式的平面布置节约的优点和分散供电可靠性的有点，即：采用10kV高压发电机组，按照集中式的布置方式布置发电机组，通过10kV电缆将电力输送到每一个变电站，在每一个变电站附设一个专门的10kV/380V应急变压器来向附近的应急负荷供电。这样的优点在于：设备集中放置便于维护管理，占地面积少，运行管理比较方便，10kV的供电半径达15公里，供电质量可靠。缺点是需配置10kV/380V应急变压器。增加了一级中间环节。
第四种方案就是采用分布式的10kV高压发电机组，这个方案就是缺点比较多：除了第二种方案的全部缺点外，还需要配置额外的10 kV/380V变压器。增加了一级中间环节，而且在容量方面不好配置。
3合理有效配置发电机组，保证应急电源的可靠性
在实际工程实例中，采用就是以上三个方案。发电机房是设置在大楼的设备机房内，这样就可以节约宝贵的大楼资源，同时布置起来也比较简单。这次总共使用了4台10kV2500kW发电机组，分成两组。10kV的应急母线也采用了单母线分段的形式，两组发电机组分别接到不同的母线段上。在不同的母线上还接有市电电源，这样平时就可以利用市电供应应急系统电源，一方面便于检查维护应急系统，另一方面减少应急系统的启动次数。
系统的主接线如图二：
运行时，在正常情况下应急系统由市电供电，处于双进线备自投状态。当双路电源均失电的时候，目联和市电进线均断开，立即起动发电机，分别并网后给各自的应急母线段供电。如果应急负荷较小，每组机组就会有一台机器退出运行。也有采用四台机器先并网再向应急母线供电的设计方案，但这种情况不同步并网时间会过长，影响应急电源供电恢复速度。
以上是对大容量、大面积建筑应急电源设计的讨论。如何科学合理地配置应急电源，达到高效、经济、运行简便，则需要视具体情况进行设计。