摘要在金卤灯照明系统的运行中，如果输入电源因故发生“闪断”故障的持续时间超过4～5ms，就会导致金卤灯发生“熄灯”10min以上的严重事故。为了确保奥运工程相关用电设备的稳定运行，艾默生公司为此开发出“场馆专用”UPS产品，以确保金卤灯照明系统的安全运行。
4 采用UPS才能确保金卤灯照明系统的安全运行
以前因为各种原因,曾经将用于驱动一般应急照明的EPS用于金卤灯的供电电源。然而,无论从理论上还是从奥运测试赛的运行实践中都证明:EPS无法确保金卤灯照明系统的安全运行,只有UPS才能确保金卤灯照明系统的安全运行。之所以有的用户选用EPS的主要原因是:对于由普通应急照明灯和金卤灯所允许的“瞬间供电中断”时间长短之间的差别,以及由此所可能造成的危害程度的认知度不够。这是由于以下两点原因所致:
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免维护：采用独特的气体再化合技术，不必定期补水，整个寿命期无需补液维护
安全：VRLA技术，防止外部气体被吸入蓄电池内部而破坏蓄电池性能，同时可防止因为充电等产生的气体而造成内压异常使蓄电池遭到破坏。全密闭电池在正常浮充状态下不会有电解液或酸雾排出，对人体无害
任意方向性：专利拉网技术，确保无溢液，可以侧转90°使用
寿命长：在20℃环境下，电池浮充寿命可达3-5年，胶体电池浮充寿命可达8-10年
自放电率低：采用优质的Pb-Ca多元合金，提高了氢析出过电位，降低了蓄电池的自放电率，在25℃环境温度下，蓄电池在6个月内不必补充电即可使用
适用性极强：在-20--50℃环境温度下均可使用，可用于防爆区的特殊电源，同时适用于沙漠，高原型气候
方便经济：蓄电池房无需特意采取耐酸防腐蚀促施，可以与电子仪器设备安装同一环境中
放电性能好：放电电压平稳，放电平台平缓
耐振动性好：完全充电状态的电池完全固定，以4mm的振幅，16.7hz的频率振动1小时，无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常
耐冲击性好：完全充电的电池从20cm高处自然下落至1cm厚的硬木板上3次无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常
耐过放电： 25℃，完全充电状态的电池进行定电阻放电3星期（电阻只相当于该电池1CA放电要求的电阻），回复容量在75%以上
耐充电性好： 25℃，完全充电状态的电池0.1CA充电48小时，无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常，容量维持率在95%以上
耐大电流性好：完全充电状态的电池2CA放电5分钟或10CA放电5S ,无导电部分熔断，无外观变形
1) 建议电池在+5℃~+30℃(好25℃)温度条件下使用，高温会缩短寿命，低温容量降低;
2)不同品牌、不同容量、不同新旧的电池严禁混合使用;
3) 电池使用中会产生氢气，所以要远离火源，保持通风，防止爆炸;
4) 请保持环境清洁，过多的灰尘可导致蓄电池短路;
5) 电池放电后应及时再充电，未充饱的电池再放电，会导致电池容量降低甚至损坏，所以必须配置适宜的充电器;
6)UPS带载过轻(如1KVAUPS带150VA负载)有可能造成电池的深度放电，应尽量避免;
7) 适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，应人工将电池放电，每年2~4次，可利用现有负载放电，时间为1/4~1/3后备时间;
8) 长期停用的电池(UPS)应充电后贮存，而且每半年需要对电池进行充放电一次，一般对电池进行浮充4~10小时左右，并在电池逆变状态下工作2~3分钟
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鉴于在体育场馆用金卤灯照明系统的运行中,在绝大多数时间内处于一般照明状态。仅在少数的运行时间内才需要为重要的比赛和会议提供“万无一失”的照明需求,为了尽可能地节能,建议采取以下措施来管理金卤灯照明系统。
(1)对非专业的电气管理人员而言,可用位于UPS的LCD显示屏上的逆变器的“开机”按钮和“关机”按钮来进行管理(见图17)。在无重大比赛和重要会议期间,采取持续地按住LCD屏上的逆变器关机按钮2s以上的操作办法,将UPS置于交流旁路供电状态。在此条件下,UPS的效率高达97%～98%,从而达到节能降耗的目的。当需要为重大比赛和重要的会议提供照明时,再采取持续地按LCD屏上的逆变器开机按钮2s以上的操作办法,重新将UPS置于逆变器电源供电状态,确保金卤灯照明系统处于万无一失的安全工作模式中。
(2)对于比较熟悉UPS的电气管理人员而言,可采取修改其系统运行软件的设置参数的办法来进行管理。在无重大比赛和会议期间,将UPS置于ECO(节能)工作模式。在此条件下,UPS处于交流旁路供电状态,其效率高达97%～98%。与此相反,当需要为重大比赛和重要的会议提供照明时,通过修改“系统运行软件”设置参数的办法,重新将UPS置于逆变器供电状态,从而确保金卤灯照明系统处于万无一失的安全工作模式中。
8 结束语
由于EPS存在着如下缺点:执行市电交流旁路供电←→UPS逆变器电源供电切换操作的切换时间长;在其逆变器中的IGBT功放管的“设计裕量”偏小的条件下,如果遇到市电突然停电/闪断时,当其逆变器执行从空载→满载的阶跃性加载操作时,故障率偏高;当负载百分比偏大时,其逆变器存在因发生电流谐波谐振而迫使其逆变器进入自动关机的故障隐患。而传统在线式双变换UPS存在着当负载百分比偏大时,其逆变器存在因发生电流谐波谐振而迫使其逆变器进入自动关机的故障隐患。鉴于EPS和传统在线式双变换UPS存在上述的故障隐患,它们都不能确保金卤灯照明系统的安全运行。
为此,艾默生公司在深入分析金卤灯的种种特殊供电需求的基础上,开发出新型的“场地专用UPS”。迄今为止,这种UPS已经大量地应用于奥运工程用的各种UPS供电系统中。
(1)在忽视对金卤灯供电的“高可靠性”的情况下,过分地强调供电电源的“高效率”。当初推荐选用EPS的重要论据之一就是认为EPS的效率高于UPS:当市电供电正常时,EPS的系统效率可高达96%～97%。相比之下,在线式双变换UPS的系统效率仅为92%～94%。如图11a所示,对于EPS而言,当市电供电正常时,其逆变器是处于“自动关机”状态或空载的“待机运行”状态之下的。此时的市电经充电器的AC/DC变换处理后,仅需向蓄电池组提供少量电能。在此条件下,市电将直接经其交流旁路向负载提供不稳压、随时都可能发生停电/“闪断”故障的电源,从而给金卤灯的安全运行留下严重的故障隐患。实际上,在此条件下运行的EPS作用仅相当一条传输电缆。与此相反,对于在线式双变换UPS而言(图11b),它是首先经AC/DC变换处理将不稳压的市电变成自动稳压的直流电源,由该直流电源同时承担向蓄电池和逆变器提供直流电的任务。此后,这路直流电源再经UPS的逆变器进行DC/AC变换处理后,向负载输出高品质的“逆变电源”。显而易见,同ESP相比,虽然UPS的效率相对稍低一些。然而从UPS所输出的“逆变电源”同时具有自动稳压特性的、不间断的、无频率“突变”的、无干扰的正弦波电源等优异特性,这样的供电质量是远非EPS的供电质量所能相比拟的,利用它完全可以确保金卤灯的安全运行。