論智能建筑及變配電體系

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1概述

智能建筑是采用計算機技術及網絡技術對建筑物內的電力照明、空調、給排水、防災、保安、車庫等設備進行自動控制和統一管理，并對用戶提供信息和通信服務等的一種新型建筑。智能建筑的特點就是設施智能化，如安裝了計算機設備、數據通信線路、自控設備等。使用戶可以取得通信、文字處理、電子郵件、情報資料檢索、科學計算、行情查詢等服務，另外對建筑物的所有空調、給排水、供配電設備、防火、保安等設備由計算機控制，實現綜合自動化。智能建筑供電中斷，將嚴重影響正常工作，并導致重要用電單位和公共場所秩序混亂。變配電系統的安全、可靠供電是智能建筑正常運行的先決條件。除繼電保護與備用電源自動投入等功能要求外，必須具備對開關與變壓器的狀態，系統的電流、電壓、有功功率等參數的監測，進而實現全面的能量管理。

2智能建筑

2．1智能建筑的定義智能建筑是信息時代的產物，當今科學技術正處于高速發展階段，其中相當多的成果已應用于智能建筑，使其具體內容與形式相應提高并不斷發展。所以至今均無統一的定義，但近年世界大型建筑的半數將出現在中國，因此有必要給其下個定義。美國智能建筑學會定義為：智能建筑是對建筑物的結構、系統、服務和管理這四個基本要素進行最優化組合所獲得的高效率、高功能與高舒適性的大樓。該定義的特點是較概括與抽象。在日本建筑雜志中，突出智能建筑是高功能的大樓，是方便有效地利用現代信息與通訊設備，并采用樓宇自動化技術，具有高度綜合管理功能的大樓。在新加坡，規定智能建筑必須具備3個條件:一是具有先進的自動化控制系統，能對大廈內的溫度、濕度、燈光進行自動調節，并具有消防、保安功能，為用戶提供舒適、安全的環境。二是具有良好的通信網絡設施，以保證數據在大廈內流通。三是能夠提供足夠的對外通信設施與能力。我國對住宅小區智能化建筑有新標準，按現代信息技術、網絡技術和信息集成技術的全面性和先進性分為普及型、先進型和領先型，并提出具體要求。各開發建設單位申報時可任選一種。

2．2智能建筑的基本組成一般認為，智能建筑是由三大基本要素構成，通常又稱做3A建筑，就是建筑設備自動化系統BAS(包括了消防自動化系統FAS和保安自動化系統SAS)，辦公自動化系統OAS，通信自動化系統CAS。以上三者通過綜合布線系統PDS有機結合，構筑于建筑物環境平臺上。見圖1所示。

2．2．1BAS：該系統用來對大廈內的各種機電設施進行自動控制，包括空調、通風、空氣調節、給排水、供配電、照明、電梯、消防、保安等。通過信息通信網絡組成分散控制，集中監視與管理的管控一體化系統，隨時檢測、顯示其運行參數;監視、控制其運行狀態；根據外界條件、環境因素、負載變化情況自動調節各種設備始終運行于最佳狀態；自動實現對電力、供熱、供水等能源的調節與管理；提供一個安全、舒適、高效而且節能的環境。

2．2．2OAS：該系統是服務于具體辦公業務的人機交互信息系統。是由各種辦公設備、信息傳輸與網絡設備和相應配套的系統軟件、工具軟件、應用軟件等組成。

2．2．3CAS：該系統是用來保證大廈內、外各種通信聯系暢通無阻，并提供網絡支持能力。實現對語音、數據、控制信號的收集、傳輸、控制、處理與利用。借助多種通信網絡可以實現大廈內外、國內外的信息互通、資料查詢和資源共享。

3變配電系統

智能建筑供電中斷，將嚴重影響正常工作，并導致重要用電單位和公共場所秩序混亂。因此在進行工程設計前，必須對負荷等級進行劃分，除冷凍機、空調機、熱力點等為三級負荷，其余皆為一、二級負荷，對于不允許停電的重要負荷，要求兩個獨立電源供電，在一個電源系統檢修或出了故障而另一個電源系統又發生了故障的情況下，應自動啟動大廈自備的柴油發電機組向其供電。如圖2所示。在供配電系統設計中，首先要確定變配電室位置及其平面布置，根據用電量計算變壓器容量，進而確定高壓、低壓供電系統圖，高壓進線與低壓出線的方式及途徑等。

3．1變配電室位置的選擇智能建筑一般為高層建筑，在高層建筑中變配電室的位置選擇應遵循以下原則：（1）接近負荷中心。（2）高壓10kV（或35kV）兩路電源引入方便，低壓380V線路引出方便。（3）接近10kV（或35kV）電源側。（4）變配電所不應設在廁所、浴室和其它經常有積水的場所的下面。（5）變壓器、高/低壓開關柜運輸方便。智能建筑用電量大的冷凍機房、熱力電、泵房大部分集中在地下室。因此，變配電室大多數設置在地下1層、2層，也有設計在地下3層的。為了節省建筑面積，簡化土建施工，近幾年多采用高壓電纜上進線，低壓電纜上出線的形式。

3．2變壓器容量確定變壓器容量確定要根據負荷計算，一般用二項式法（P30=Σ(bPe)i+(cPx)max,Q30=Σ(bPetgФ)i+(cPx)maxtgФmax）或需用系數法P30i=KdPeQ30i=P30itgФP30=KΣPΣP30iQ30=KΣqΣQ30i)。而在工程開始設計時，沒有用電負荷資料，變壓器容量只能估算，參照國內外高層建筑與智能大廈的經驗數據是100－140VA/m2，近幾年的設計皆按100VA/m2來設置變壓器。例如：北京國際大廈建筑面積40000m2，設置4臺1000kVA變壓器。北京發展大廈建筑面積53000m2，設置4臺1250kVA變壓器。最近調查北京地區幾幢高檔寫字樓用電負荷表明，實際負荷率偏低，低于40％。用電負荷估算數據應該按照實際情況調整，建議調整為80－100VA/m2。因為變壓器設在大廈樓內，應選用室內變壓器，同時根據消防要求，通常選用環氧樹脂澆注型干式變壓器，這種變壓器不具有過負荷能力。

3．3高壓、低壓配電系統

3．3．1高壓配電系統高壓10kV系統采用單母線分段運行，兩路高壓電源同時供電。當一路電源斷電時，中間聯絡開關自動閉合或手動閉合，一路電源應能向全部一級、二級負荷供電。繼電保護的設計以合理的運行方式和常見的故障類型為依據，并應滿足速動性、選擇性、可靠性和靈活性等4項基本要求。電源進線保護的要求應符合當地供電部門的規定，一般進線保護應設置過電流保護、電流速斷保護和低電壓保護。母線聯絡柜裝設過電流保護。變壓器保護一般裝設過電流保護、電流速斷保護、溫度保護。保護裝置的合理設置，可做過迅速切除短路過負荷等故障，縮小事故范圍，保證大廈供電系統的正常運行。智能大廈系重要負荷，供電系統操作電源一般采用直流，電壓為直流110V或220V，由定型成套直流電源柜提供。

3．3．2低壓配電系統低壓配電系統的設計根據工程規模、設備布置、負荷性質及用電容量等條件確定。低壓配電系統應滿足供電可靠性和供電靈活性的要求，系統力求簡單靈活、操作安全、檢修方便。低壓配電一般采用380/220V中性點直接接地系統。低壓主進線空氣斷路器，一般選用具有三段保護特性的大型斷路器，施工圖要標出斷路器各整定數值。在兩段低壓母線上各安裝自動補償電容器柜，按照負荷變化情況，自動調整功率因數。

3．4變配電智能化系統變配電系統正常運行、可靠供電是大廈正常營業的保證，因此，智能大廈的控制中心要控制、監視、記錄供電系統的運行情況，這個任務就由變配電智能化系統來承擔。變配電智能化系統是建筑物自動化系統(BAS)中的一個重要組成部分，是對整個變配電系統來進行綜合控制管理的統一體。這種系統以計算機局域網絡為通信基礎，以計算機技術為核心，具有分散監控和集中管理的功能。它是與數據通信、圖形顯示、人機接口、輸入輸出接口技術相結合的，用于設備運行管理、數據采集和過程控制的自動化系統。

3.4.1電氣系統主要監測控制內容（1）電源監測。對高低壓電源進出線的電壓、電流、功率、功率因數、頻率的狀態監測及供電量積算。（2）變壓器監測。變壓器溫度監測、風冷變壓器通風機運行情況、油冷變壓器油溫和油位監測。（3）負荷監測。各級負荷的電壓、電流、功率的監測，當超負荷時系統停止低優先級的負荷。(4)線路狀態監測。高壓進線、出線、二路進線的連絡線的斷路器狀態監測、故障報警。(5)用電電源控制。在主要電源供電中斷時自動啟動柴油發電機或燃氣輪機發電機組，在恢復供電時停止備用電源，并進行倒閘操作。通過對高低壓控制柜自動的切換，對系統進行節能控制；通過對交連開關的切換，實現動力設備聯動控制；對租戶的用電量進行自動統計計量。(6)供電恢復控制。當供電恢復時，按照設定的優先程序，啟動各個設備電機，迅速恢復運行，避免同時啟動各個設備，而使供電系統跳閘。

3.4.2電氣系統的監測控制

3.4.2.1智能建筑監測控制點劃分為以下幾種：(1)顯示型。包括運行狀態、報警狀態及其它。顯示主接線圖、交直流系統和UPS系統運行圖及運行參數，對系統各開關變位和故障變位進行正確區分，對參數超限報警。(2)控制型。包括設備節能運行控制、順序控制(按時間順序控制或工藝要求的控制)。(3)記錄型。包括狀態檢測與匯總表輸出、積算記錄及報表生成、對事故、故障進行順序記錄，可以查詢事故原因并且顯示、制表和打印，可繪制負荷曲線并且顯示、打印運行報表。(4)復合型。指同時有兩種以上監控需要。

3.4.2．2變配電設備控制。主要包括：(1)高壓進線、出線、連絡線的斷路器遙控。(2)低壓進線、出線、連絡線的斷路器遙控。(3)主要線路斷路器的遙控，如配電干線、消防干線的斷路器遙控，對水泵房、制冷機房、供熱站供電的斷路器；以及上述站房的進線斷路器遙控。(4)電動機智能控制。(5)電源饋線，設過電流及接地故障保護，三相不平衡監測，重合閘功能，備用電源自動投入。(6)變壓器。設計有內部故障和過載保護、熱過載保護。(7)分段斷路器。設置電流速斷保護、過電流保護。

3.4.2．3備用發電機監測控制。測量和控制內容有：(1)發電機線路的電氣參數的測量，如電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等。(2)發電機狀況監測：如轉速、油溫、油壓；油量、進出水溫、水壓、排氣溫度、油箱油位等。（3)發電機和線路狀況的測量。(4)發電機和有關線路的開關的控制。(5)有直流電源時，對它的供電質量(電壓、電流)監測報警。

4結語

變配電系統是智能建筑電氣設計非常重要的部分，它的安全性、可靠性是智能建筑運行的必備的基礎之一，亦是先決條件，因此本文對智能建筑中變配電系統的設計和變配電智能化系統的配備進行討論是非常必要的。