林卡　李欽?！×指蝗A　鄒明霞

摘要：應(yīng)急電源車作為我國(guó)電力工程中重要的裝備，已成為電力系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案的重要組成部分。而在電力系統(tǒng)應(yīng)急設(shè)備的選型中，消防應(yīng)急EPS電源應(yīng)用范圍已經(jīng)越來(lái)越大。文章介紹了一種基于EPS系統(tǒng)的消防應(yīng)急電源車，通過(guò)搭載消防應(yīng)急電源EPS，配合相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，使整車與傳統(tǒng)應(yīng)急電源車相比具有更大的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急電源車；EPS系統(tǒng)；消防聯(lián)動(dòng)控制；電力工程；電力系統(tǒng)；應(yīng)急設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U469 文章編號(hào)：1009-2374（2016）20-0005-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.003

1 概述

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，特別是對(duì)于關(guān)鍵負(fù)荷，當(dāng)電力供應(yīng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)造成嚴(yán)重的政治或經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)急電源車因具備機(jī)動(dòng)性強(qiáng)和便于維護(hù)的特點(diǎn)，越來(lái)越受到用戶的青睞，在接到保供電命令時(shí)，應(yīng)急電源車能第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，為用戶設(shè)備提供備用的電能。從目前市場(chǎng)需求來(lái)看，使用較多的是以發(fā)電機(jī)組或UPS系統(tǒng)為后備電能的應(yīng)急電源車，這兩種電源車日常維護(hù)頻繁、效率低，增加使用和維護(hù)成本，特別是柴油發(fā)電機(jī)組的排煙中含有大量的二氧化硫，污染環(huán)境，而UPS的輸入電流諧波則會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染。

2 消防應(yīng)急電源車的系統(tǒng)組成

隨著國(guó)家及人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，使用消防應(yīng)急EPS電源系統(tǒng)是必然趨勢(shì)，從產(chǎn)品性價(jià)比來(lái)看，由于硬件成本相對(duì)于發(fā)電機(jī)組或UPS而言會(huì)稍高一些，但是綜合維護(hù)成本較發(fā)電機(jī)組或UPS而言要低。由于人們對(duì)消防電源的認(rèn)識(shí)不夠，很大程度上給市場(chǎng)前景帶來(lái)一定的阻礙，但這些情況會(huì)隨著社會(huì)的進(jìn)步，慢慢被人們所接受，因此消防應(yīng)急電源車產(chǎn)品具有非常廣闊的發(fā)展前景。本文著重介紹了消防應(yīng)急電源車的組成和各組成部分的電路設(shè)計(jì)。本文所設(shè)計(jì)的消防應(yīng)急電源車主要由底盤車、車廂、消防應(yīng)急EPS電源系統(tǒng)、后備蓄電池、輸入輸出系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、車內(nèi)配電系統(tǒng)、電纜收放系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)框圖（見(jiàn)圖1）：

3 消防應(yīng)急電源車的具體設(shè)計(jì)

3.1 消防應(yīng)急EPS電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1 EPS分類。應(yīng)急電源按供電負(fù)荷的類型主要可分為如下三類：（1）應(yīng)急照明型：主要是單相輸入單相輸出EPS，用于應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)的照明。此類EPS由于在應(yīng)急時(shí)輸出為單相電源因此只能供單相照明負(fù)載。（2）混合負(fù)載型：除了用于應(yīng)急照明外，還可應(yīng)用于空調(diào)、電梯、消防水泵、卷閘門等電感性負(fù)載的三相輸入三相輸出系列EPS。此類EPS由于使用到三相負(fù)載，因此應(yīng)急輸出為380V三相交流電壓。但由于沒(méi)有變頻緩啟動(dòng)裝置，當(dāng)連接一些直接啟動(dòng)的電機(jī)時(shí)需要擴(kuò)容。（3）變頻啟動(dòng)型：此類EPS直接為電動(dòng)機(jī)供電，同時(shí)帶有變頻啟動(dòng)功能。主要是針對(duì)單一的電機(jī)負(fù)荷，考慮到電機(jī)啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生的大沖擊電流，對(duì)電網(wǎng)及電機(jī)本身的影響，所以加入變頻啟動(dòng)以減少對(duì)電網(wǎng)的干擾。

3.1.2 EPS選型。綜合負(fù)載情況及成本考慮，選擇混合負(fù)載型，滿載功率為100kW的EPS，其工作原理框圖如圖2所示：

工作原理如下：正常工作時(shí)DSP檢測(cè)主電或備電是否正常，同時(shí)確定K3的工作狀態(tài)，若主電正常時(shí)，輸出主電；主電異常、備電正常，則輸出備電；當(dāng)主、備電都異常時(shí)，通過(guò)DSP的控制使逆變器啟動(dòng)，將蓄電池能量逆變成純凈的交流電源后供給EPS輸出。當(dāng)主電或備電正常時(shí)，充電器同時(shí)完成對(duì)備用電池組的充電。電池檢測(cè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)單節(jié)電池的電壓，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)則給出報(bào)警。報(bào)警電路檢測(cè)輸出支路及充電回路的故障情況，若故障發(fā)生則給出聲光報(bào)警信號(hào)，聲信號(hào)可以通過(guò)面板的消聲鍵消除，光信號(hào)保留當(dāng)前狀態(tài)，直到故障消除才自動(dòng)熄滅。浪涌抑制電路能對(duì)電網(wǎng)中的有害脈沖給予衰減，以至不損壞系統(tǒng)及用戶設(shè)備。

3.2 后備蓄電池組設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，消防設(shè)備應(yīng)急電源所配置的蓄電池需滿足市電停電后90分鐘的應(yīng)急后備時(shí)間。

3.2.1 電池計(jì)算方法。本次設(shè)計(jì)選用湯淺蓄電池，單節(jié)電池容量計(jì)算方法為：

Cn=Pload/Einv/A

式中：

Cn——單顆電池需要的放電功率

Pload——負(fù)載的平均功率

Einv——EPS逆變器效率

A——配置電池?cái)?shù)量

得出Cn后，根據(jù)Cn尋找電池的放電特性，在需求的放電時(shí)間內(nèi)，電池恒功率放電的能力要大于等于Cn，才能滿足要求。單節(jié)電池放電終止電壓為10.2V（1.70V/2V）。

3.2.2 本方案電池計(jì)算。本方案設(shè)計(jì)容量為100kW EPS，逆變器效率為0.95，按EPS電池配置為40節(jié)1組，則：

Cn=100*1000/0.95/40=2631.5789W

單體2V電池需要提供的功率為2631.5789/6=438.596W，查湯淺電池對(duì)照表；NP210-12恒功率放電表90分鐘為164.5W（按放電終止電壓1.70V），三組并聯(lián)達(dá)到493.5W大于需求438.596W，滿足90分鐘以上應(yīng)急時(shí)間，因此選用型號(hào)為NP210-12的湯淺電池，數(shù)量為120只。

3.3 輸入輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3.1 輸入系統(tǒng)。滿載功率為100kW的EPS，單相電流為100kW/380/1.732=152A，考慮到可能出現(xiàn)三相負(fù)載不均衡的情況，選用200A的快速連接器（XP1～XP8），同時(shí)可節(jié)省操作時(shí)間，提高工作效率。其中QF1為主電輸入斷路器，QF2為備電輸入斷路器。

3.3.2 輸出系統(tǒng)。EPS輸出系統(tǒng)配置總輸出斷路器QF3，分三個(gè)輸出回路：第一輸出回路經(jīng)QF4和快速連接器XP9～XP12直接與負(fù)載相連接；第二輸出回路經(jīng)QF5連至消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)；第三輸出回路經(jīng)QF6連至車內(nèi)配電系統(tǒng)。

3.4 消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)主要是指消防設(shè)備能在每個(gè)火災(zāi)時(shí)間點(diǎn)依據(jù)消防人員的控制指令準(zhǔn)確動(dòng)作，使消防設(shè)備的應(yīng)急作用得到最大發(fā)揮。本方案所設(shè)計(jì)的消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖3），K1為消防聯(lián)動(dòng)控制繼電器，其線圈連至消防聯(lián)動(dòng)控制中心，由消防聯(lián)動(dòng)控制中心發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)控制K1、KM1，達(dá)到控制消防聯(lián)動(dòng)輸出的目的。

3.5 電源車內(nèi)配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電源車內(nèi)配電系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的配電系統(tǒng)輸入采用雙路輸入：一路為市電輸入；另一路為EPS第三回路輸入。通過(guò)KM3和KM4組成雙電源自動(dòng)切換系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的電源車內(nèi)用電設(shè)備主要有：

3.5.1 照明系統(tǒng)：包括操作間、EPS室及絞盤室的照明。

3.5.2 插座：包括操作間空調(diào)及車內(nèi)插座，車內(nèi)插座可以保證EPS維護(hù)時(shí)的用電需求。

3.5.3 升降照明燈：升降照明燈的配置，可以為操作人員提供夜間工作環(huán)境下的照明。

3.6 電纜收放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到消防應(yīng)急電源車可能處于無(wú)市電的情況下工作，因此本方案在電纜收放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上采用液壓動(dòng)力電纜絞盤。液壓電纜絞盤包括：取力器、取力器控制器、油泵、油缸及高壓油管、液壓馬達(dá)、絞盤及支架總成。底盤車上裝有取力器，帶動(dòng)油泵回油，然后驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，液壓控制回路連接至液壓馬達(dá)，齒輪泵外接設(shè)有開(kāi)關(guān)的取力器及發(fā)動(dòng)機(jī)或其他原動(dòng)機(jī)；液壓馬達(dá)通過(guò)正、反轉(zhuǎn)或停止驅(qū)動(dòng)絞盤正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止，從而實(shí)現(xiàn)電纜的收和放。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間較小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，既方便快捷，又能保證在野外或無(wú)外接市電的情況下工作。

3.7 車廂

3.7.1 車廂材料。為保證EPS及蓄電池的工作環(huán)境，箱體采用鋼骨架加內(nèi)蒙皮和外蒙皮的結(jié)構(gòu)，外蒙皮采用1.2mm冷軋鋼板。內(nèi)蒙皮和外蒙皮間填充吸音、減振、隔離材料。車架、骨架加工采用可工裝定位，二氧化碳保護(hù)焊、電弧焊焊接，按照國(guó)標(biāo)焊接工藝執(zhí)行。保證車廂整體強(qiáng)度高、抗沖擊、重量輕、具備防雨、防塵、防盜、防腐蝕功能。

3.7.2 車廂內(nèi)布局設(shè)計(jì)。車廂（見(jiàn)圖4）分為操作室、EPS室、電纜絞盤室，其中EPS控制屏和車內(nèi)插座安裝在操作室內(nèi)，操作室同時(shí)配置工作門，方便工作人員進(jìn)出和操作；EPS主機(jī)及蓄電池安裝在EPS室內(nèi)，通過(guò)配置車載空調(diào)保證車廂內(nèi)設(shè)備的工作環(huán)境溫度和濕度；電纜絞盤室內(nèi)安裝有電纜絞盤；車廂下設(shè)置有數(shù)個(gè)下圍廂，輸入、輸出系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝在下圍箱內(nèi)；車廂右側(cè)還設(shè)置有配電柜，車內(nèi)配電系統(tǒng)安裝在配電柜內(nèi)。該車廂布局緊湊，結(jié)構(gòu)合理，在保證EPS系統(tǒng)工作環(huán)境的前提下，留有足夠的維修空間，便于車內(nèi)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)。所設(shè)計(jì)的車廂尺寸為7510×2500×3000（長(zhǎng)×寬×高，單位：mm）。

3.8 底盤車選型

3.8.1 整車承重計(jì)算。本方案所設(shè)計(jì)的消防應(yīng)急電源車車廂內(nèi)設(shè)備重量明細(xì)（見(jiàn)表2），可依據(jù)車廂重量及長(zhǎng)度選擇合適的底盤車。

3.8.2 底盤車選型。依據(jù)車廂重量及長(zhǎng)度，選擇東風(fēng)DFL5160XXYBX1A為本次方案的底盤車，通過(guò)配備這款底盤車，使本方案所設(shè)計(jì)的消防應(yīng)急電源車具有機(jī)動(dòng)行駛、應(yīng)急、移動(dòng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)可在野外露天工作。經(jīng)過(guò)重量計(jì)算，采用東風(fēng)底盤車：DFL5160XXYBX1A，車輛最大總重16000kg，整備質(zhì)量5400kg，額定載重10600kg。整車實(shí)際總重14605kg，低于車輛最大總重約1395kg。由以上計(jì)算可知，所選底盤承重留有較大的富余，可滿足實(shí)際使用要求。

3.8.3 整車效果圖。本方案所設(shè)計(jì)的底盤車與車廂的配合效果圖（見(jiàn)圖5）：

4 結(jié)語(yǔ)

為了滿足國(guó)家對(duì)消防系統(tǒng)建設(shè)的需求，本文基于EPS系統(tǒng)，通過(guò)相配套的設(shè)備選型，配合相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，對(duì)消防應(yīng)急電源車的設(shè)計(jì)作了詳細(xì)闡述。所設(shè)計(jì)消防應(yīng)急電源在具有傳統(tǒng)應(yīng)急電源車機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、便于維護(hù)等特點(diǎn)的同時(shí)，更適合在消防應(yīng)急領(lǐng)域的應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。

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