地铁应急照明电源选择与设计方案浅析
摘要：地铁应急照明是地铁中一项重要的安全设施，特别是在公共建筑物发生火灾、电源故障断电时，应急照明系统对人员疏散、消防和救援工作，保障人身安全，进行必要的操作处理或维持工作继续进行起着重要的作用
一、应急照明系统概述
一个完整的应急照明系统设计主要需考虑以下几方面内容：应急照明电源的选择，应急照明的控制方式，应急照明设置的范围，灯具的选择及安装位置，导线选型及敷设方式等。作为现代建筑物中安全保障体系的一个重要组成部分，有关国家标准对应急照明系统的设计都有详细的规定。只有严格按照规范执行，才能保证应急照明在火灾状态下或正常电源故障的情况下发挥应有的作用。
1、应急照明电源的选择
应急照明电源的选择应综合考虑应急照明的种类、转换时间、持续工作时间、各种电源的特点及实际工程的要求等多种因素，力求做到安全可靠、技术先进、经济合理。应急照明电源主要包括以下三种：
1．1 接自电力网
有效地独立于正常照明电源的线路，由电网独立电源供电，要求由外部引来两路独立电源供电，确保一路故障时，另一路仍能继续工作。这种方式供电的容量、持续时问和转换时间等都易满足要求；但在重大灾害时，其供电可靠性可能遭到破坏，失去应急照明供电的作用。因此，对于像地铁地下车站这样的特别重要建筑，对应急照明的供电还需与其它供电方式相结合。
1．2 蓄电池组
此种电源又分为集中设置型和灯具自带电源独立型。集中设置型的电源集中设置整套的整流、充电、逆变、转换等装置，故障率低，可靠性高，造价相对比分散设置电源低，且规模越大，经济性越合理。近年发展起来的EPS(应急电源系统)，还采用精密的技术来控制蓄电池的充电周期，大大提高了使用寿命；其自带的自动检测功能，也降低了系统的维护管理工作量。但其缺点在于，一旦应急电源处火灾或故障，将影响整个应急照明系统，并且需要专门房间放置集中电源，对配电线路要求高。独立型电源则存在数量众多、相对造价高、设置分散、不易管理维护等不足，但单个灯具出现故障不会对整个系统产生较大影响。
引自《地铁区间应急照明设计方案探讨》李昕、崔洪敏
1．3 应急发电机组
发电机组由于其启动时间较长，一般不单独用于应急照明系统。
2、应急照明的控制方式
应急照明的控制方式一般有集中控制、消防联动控制和分散控制。
集中控制是指应急照明回路的通断直接由应急照明电源室或配电室进行控制。由于在故障或火灾时，应急照明必须保证点亮，而一般情况不能保证能按要求人工控制总开关，所以这种方式下的应急照明通常处于长明状态。这种方式，虽然无需控制，接线简单，但浪费能源，灯具长时间工作，使用寿命短。其适用于小功率的灯光疏散指示标志和无自然采光的场所。
消防联动控制分两种：一种是在火灾时通过火灾自动报警及联动控制，自动强制接通火灾应急照明，适用于规模较大、有火灾自动报警系统的大型建筑；另一种是采用正常熄灭、失电点亮的自带蓄电池应急灯具，其接线引自非应急照明回路，当发生火灾时，由消防“切非”切掉所有非消防设备负荷，而使回路断电，灯具点亮。
若应急照明兼做正常照明，为方便平时节约电能，对应急照明回路设置现场就地控制开关，即对应急照明进行分散控制。但该方式必须采取措施保证火灾或故障情况下，应急照明处于点亮状态。
所以，应急照明灯具的状态在正常情况下有三种可能：①长明；②由就地开关控制，可能点亮，可能熄灭；③熄灭。而从电源正常转变为正常电源故障或者建筑火灾，应急照明灯具需要全部点亮。此时，长明灯，无须控制，一直点亮。分散控制的灯具就其类型的不同又分两种情况：对于自带蓄电池灯具设置就地开关，必须采用三配线方式(即在开关前端引专线至灯内，做蓄电池充电线，避免开关引起的频繁充放电，保证蓄电池保持浮充状态，并且可提供配电线路是否断电的信号)，断电自动转换由灯内蓄电池供电，点亮；对于设置就地开关的普通灯具可采取设置控制线消防强启或设置继电器控制等方式，使其自动点亮。而对于正常熄灭，失电点亮的自带蓄电池灯具，其电源回路引接自非消防电源回路，即可达到故障或火灾时点亮的目的。
3、应急照明的设置范围
应急照明的设置范围须按照规范要求，结合建筑本身的特点来确定，以确保不同类型照明的照度、持续时间等符合要求。由于火灾备用照明与非火灾备用照明在功能要求上不同，所以设置范围、灯具及线路敷设要求也不同。应当注意两者之间的区别。
4、灯具的选择及安装位置
应急照明尤其是安全照明的光源必须能够瞬时点亮。相关规范规定安全照明正常电源与应急电源的转换时间应小于05S，故应当选用白炽灯、快速启动的荧光灯等光源。灯具应能满足火灾时的运行要求，采用有玻璃或其他非燃材料制作的保护罩的消防专用灯具。各相关规范对应急照明灯具的安装位置、高度等都有明确要求，应当根据不同种类的应急照明照度要求，对楼梯间、疏散走道的形式，以及建筑的防火分区等合理布置。
5、导线的选型及敷设
火灾应急照明的配电线路须满足火灾时连续供电的需要，所以导线及敷设方式都须考虑防火要求，采取耐火电缆、穿管敷设及涂防火漆等防火措施。
二、应急照明的设置
1、应急照明中备用照明的设置
地下车站站厅、站台、出入口通道、房屋区楼道、重要设备用房、重要值班室、地下区间隧道均应设置应急照明(即备用照明)。地下站厅、站台、出入口通道应急照明照度为正常照度的10％左右。重要房间(如车站综合控制室、站长室、控制室、通信机房、信号机房、变配电室、环控机房、消防水泵房、气体灭火钢瓶问等)应设置应急照明，并应保证足够的照度(正常照度的30％ 以上)。地下区间应急照明中的备用照明为区间正常照明的一部分，夜间停运后进行区间检修时可同时开启工作照明及备用照明。
引自《地铁应急照明电源系统方案浅析》张波
2、应急照明中疏散诱导标志照明的设置
车站出入口人行通道、站厅站台侧墙、房屋区楼道、车站两端通风机房距离较长的维护通道，人行通道拐弯处、交叉口、安全出口、自动扶梯及楼梯口处均应设置疏散诱导标志照明。
为了达到视觉连续的效果，安装在侧墙上的诱导标志灯间距以10～15 In为宜，安装高度距地面1 In。
安装于安全出口或疏散出口处的标志灯应安装在出口的顶部或靠近其出口上方的墙面上，标志灯的下边缘距门的上边缘不宜大于0．3 m。当安全出口或疏散出口位于疏散走道的侧面时，应在其前方位置的顶棚下设置疏散标志灯，标志灯的下边缘距门的上边缘不宜大于0．3 m，并与疏散方向垂直。标志灯的方向应指向最近的安全出口。
三、车站应急照明供电系统的设计
广州地铁车站照明系统工作方式为：当市电电源正常时，车站中的应急照明与非应急照明共同承担日常的照明任务；当市电电源故障或者发生火灾被切除时，非应急照明熄灭，应急照明由后备电源持续供电至少90rain。一个车站的应急照明负荷一般为30~40kW，应急照明灯具主要为带补偿型的电感型日光灯，功率因数一般为0．9以上。根据《消防应急灯具》规定：消防应急灯具的应急转换时间应不大于5s，高危险区域使用的消防应急灯具的应急转换时间不大于0，25s。
1、EPS工作方式的选择
从负载性质及其对切换时间的要求，以及长期节能经济运行的角度考虑，车站应急照明系统的后备电源采用系统结构如图1所示的EPS。EPS由单独的整流/充电和逆变模块构成。市电电源正常时，电能经过简单的稳压措施后由交流旁路向负载供电，逆变器处于热备工作状态，不输出功率；市电电源异常或者故障时，转换为由储能蓄电池和逆变器向负载供电。处于这种运行方式的EPS不仅能够满足应急照明负荷对电能品质和后备电源切换时间的要求，而且还能够保障EPS系统的运行的可靠性，提高应急照明系统的运行效率。
2、EPS额定容量的确定
EPS的额定容量通常指逆变器输出的有功功率(kw)。EPS不仅要满足负载稳态运行的需要，而且还要在负载暂态时(如电动机启动)提供满足稳压和稳频精度以及波形失真度要求的电压和电流。在确定EPS标定容量时，除了按照负荷的视在功率或者有功功率计算外，还要计及动态稳压和稳频精度的要求，以及温度变化、蓄电池端电压下降和设计冗余等因素的影响。
可靠系数的大小与环境温度、负载类型和运行方式密切相关。对于直接启动的电动机负荷应留有5倍的设计裕度；具有Y～△启动的电动机负荷应留有3倍的设计裕度；具有软启动的电动机负荷应留有2．5倍的设计裕度；具有变频启动的电动机负荷可按实际负荷对等选用。对于白炽灯的可靠系数可取为1；电子镇流器式日光灯的可靠系数可取11；电感镇流器式日光灯可取为15；金属卤光灯或者金属钠灯可取16。
结束语：
在实际地铁工程中，应急照明系统的设计应根据其规模大小、复杂程度、建筑内停留和流动人员的多少、火灾危险程度及建筑物的重要程度，以及其他应急电源的设置情况等，综合考虑并进行技术经济分析比较后，合理设置应急照明系统，优先选择智能集中控制消防应急系统。