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为高性能建筑设计备用和EPS应急电源

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为高性能建筑设计备用和EPS应急电源

发布日期:2021-06-30 作者: 点击:

在设计备用和EPS应急电源系统时,电气工程师考虑许多因素。可维护性、法规遵从性和经济性对确定关键设施应急系统的拓扑结构起着至关重要的作用。应急电源的具体要求因建筑物占用类型、设施用途和关键功能而异。本文主要研究在高性能建筑中使用备用电源作为主要公用设施的备用电源。备用电源为三台并联柴油发电机。

什么是高性能建筑?

高性能建筑是指在生命周期的基础上,整合和优化所有主要高性能建筑属性的建筑,包括节能、环境、安保、耐久性、无障碍性、成本效益、生产力、可持续性、功能性和运营考虑(即学校,图书馆、工厂等)。随着能源法规在能源效率方面变得越来越严格,联邦政府对环保建筑的激励也越来越大,业主/客户在设计建筑时更愿意走这条路,而这条路在建筑竣工后将更具成本效益。指出的是,高性能建筑的备用电源系统设计与类似质量的标准建筑没有太大区别。

备用电源要求:

在公共设施停电的情况下,建筑物依靠备用电源来保护公众的安全和健康,保护重要的商业资产在停电期间不会丢失。意外的灾难往往会扰乱成千上万人和企业的电力供应。许多建筑物,如医院、机场、数据中心、水和污水处理设施、加油站以及通信和运输系统,都需要一些备用电源,以便在发生危机时挽救生命。企业停电也将对经济产生重大影响。企业停电时间越长,经济损失越大。当这些事故发生时,备用电源通过不间断电源、发电机或电池系统来支持设备负荷。

要求:

对于电气工程师和设计人员来说,了解应急备用电源设计、备用电源的法律要求和关键业务负荷是一项重要技能,有时可能很复杂。在设计备用系统时,电气工程师和设计人员确保备用电源和建筑物的电气系统能够准确、充分地处理临界负荷。他们还要考虑该系统是否需要与他们的管辖代码兼容。这规定了这些特定系统的确切要求,例如备用电源的紧急和法律要求。要求应急电源系统在10秒内自动启动,断电后满负荷运行。

请求并归类为紧急情况。该系统的目的是在正常供电故障或系统部件发生事故时,自动向指定区域和设备提供照明、电力或两者兼有,目的是提供、分配和控制对人身安全至关重要的电力和照明。”紧急负载示例如下:

出口标志。

出口照明。

电梯照明及控制。

火灾自动报警系统。

洒水报警系统。

消防泵。

消防指挥中心动力照明。

轿厢照明及控制。

EPS不间断电源

“可选备用电源”旨在为公共或私人设施或财产供电,这些设施或财产的生命安全不取决于系统的性能。这些系统旨在自动或手动向选定的负载提供现场发电。这一部分也被认为是关键业务负载。这些负载通常是业主选择的设备。

当将您的业务关键/可选备用负载与紧急和法律要求的备用电源分开时,确定所有者/客户的紧急需求。有时,业务需求可能需要高可靠性,因此能够根据客户的需求调整备用电源系统,并根据规范为建筑物的居住者提供适当的生命安全程度。

并行发电系统的优势

尽管并行系统有时看起来很复杂,但它们在可靠性和冗余性方面具有更大的优势。格拉顿度假村和赌场的备用电源使用多个并联在一起的发电机,以提供负载管理的灵活性、更高的可靠性和几乎没有中断的维护能力。发电机与系统的公共母线并联,位于独立于正常电源的电缆管道中,为紧急和关键业务负载提供服务,特别是在发电机运行后的系统响应时间和动态负载响应。

冗余。格拉顿备用系统中多台发电机的冗余性为关键负载提供了比单台发电机更高的可靠性。如果一台发电机发生故障,备用负载将在系统中的其他发电机之间优先重新分配。需要可靠备用电源的紧急负载通常只占系统总发电量的一小部分。在并行系统中,这意味着即使其中一个单元发生故障,大多数应急元件也具有维持电力所需的冗余。如果采用N+1配置,一台发电机可以离线维护,同时仍能满足所需负载。此外,提供一台运行备用的N+1发电机将使发电机系统的可靠性从98%提高到99.96%。

冗余的主要目的之一是消除单点故障。小心谨慎,以确保这些单点故障不会简单地转移到系统的另一部分。启用冗余的控制也进行分析,以避免危及可靠性的故障模式。例如,依赖单个主控制器来启动和关闭并联母线的并联发电机组实际上用两个故障点代替了一个故障点,因为主控制器和发电机组之间的通信链路各自代表单个故障点。一个精心设计的并联系统将具有双热备份控制系统、冗余通信路径、冗余电池选择直流电源、选择性协调的断路器和多条电源路径,以及一个在组件出现故障时进行系统恢复的完备程序。

对于N+1并联发电机系统,如果其中一台发电机出现故障或需要维护,可以将单个机组从母线上取下,而不会影响连接到母线上的其他发电机。这提供了额外的保护,确保建筑物关键电路的不间断供电。为了避免发电机之间的负载分担,总是将新的并联系统发电机与相同的制造商、额定值和类型相匹配。在修改现有系统时,这样做更为重要。发电机型号的标准化增强了发电机系统的维护和操作。

效率。这是高性能建筑的一个关键因素。系统越高效,你就越有稳定性,降低了成本和损失。用三个发电机代替一个更大的发电机来处理负载,使系统更加通用和经济。因为负载不会保持在恒定水平,不一致的功率需求会导致单个较大的发电机在低于其大容量30%的负载下运行,这可能导致湿堆,并导致低燃料效率和更频繁的维护。发电机的运行点在其额定值的75%至80%之间。确保发电机处于很好状态将降低维护和燃料成本。

可扩展性。当确定发电机的大小以匹配系统负载要求时,通常很难正确预测负载的增加,也很难充分计划意料之外的额外需求。如果负荷预测过于激进,发电机的初始投资可能会高于水平。如果负载预测不充分,备用电源系统可能会受损,或者可能需要昂贵的安装后升级。格拉顿的并行系统提供了程度的可扩展性和模块化,允许负载随时间的变化和已安装单元的运行。如果发电机的物理空间规划得当,将来需要时可以添加额外的发电机。


系统测试。紧急/备用系统的一个非常重要的要求是,系统测试程序确保高性能建筑是可靠、好用的。应急和备用电源系统标准包括应急电源系统(EPSS)的应急发电机测试要求,该要求通过确保发电机供电的备用照明按预期运行来设定标准,以保护建筑物内的人员。对可能导致死亡或受伤的发电机系统进行月度和年度测试。如果发电机系统未通过EPSS月度测试,立即修理并重新测试,直到应急系统通过。

空载测试。在空载测试期间,发电机启动、同步并连接到发电机母线,而不承担负载。该测试不会对公用设施供给的负载产生任何影响,并且可以定期进行(发动机运行设置)。空载测试确定发动机是否可以在收到启动信号时启动,但不会指示发电机是否会实际承载负载。有载测试可以确定发电机系统是否能够可靠地承载临界负载。

加载测试。在空载测试期间,负载通过闭合转换从电力公司逐渐转移到发电机,运行一段时间,然后转移回电力公司。在实际设施负载下运行发电机系统是测试其按规定运行能力的真正方法。有许多发动机和发电机部件看到真实的运行条件,以确认其就绪状态。NFPA 110要求柴油发电机在工作温度下每月运行30分钟,每3年运行至少30%的铭牌负荷,运行时间为4小时。

未来需求

规模估算的最后一步与未来需求有关。一般的规则是,系统的尺寸总是比其需求大20%到25%。用电量并不总是固定的,而且会随着时间的推移而增加。因此,任何发电机组规模调整都需要考虑系统扩展。即使有复杂的软件,决定发电机组的大小也需要经过判断。


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关键词:EPS应急电源,EPS不间断电源,保定EPS应急电源

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