建筑物变配电工程智能化设计的研究

辜 为

(河南黄金物资公司，郑州 450002)

0 引言

近些年来，随着建筑市场的良好发展，很多地区的住宅小区和高档别墅，配套的商业网点的建设项目也都如雨后春笋般大量的出现在建筑市场上；伴随着建筑市场迅猛发展的是住宅管理社会化的同步出现和发展，以及作为神经系统和循环系统出现在建筑物内的智能化系统的高度发展，与此同时各地供电服务部门和管理部门对不同的建筑类型的供电要求也有着不同的要求，对于业主对建筑智能化工程的需求和要求也发生了巨大变化。这就为建筑电气设计者提出了一个新的难题和挑战，即如何实现建筑物变配电工程的高度智能化，并使其能够与其他的建筑智能工程相适应。

1 目前我国建筑物变配电工程智能化的现状

随着建筑电气科学技术的发展与进步，城市居民对生活、工作、娱乐的环境品质以及建筑管理效率、效益要求都大大提高了，这在客观上极大促进了建筑智能化的发展。目前在我国很多大城市及一些经济比较发达的中等城市，对于楼宇自动化、通信自动化、办公自动化等基本的建筑弱电系统有着较高的要求，上述系统已成为高等级建筑的基本配置和普通功能要求，而对于智能建筑的定义也是在不断地变化，一些新的技术及其衍生产品都大大扩展了智能建筑的涵盖范围，部分智能系统只是短短几年就进入到成熟及大面积使用的阶段。

与上述智能系统相比，建筑的变配电系统几乎没有太大的变化，相关的智能化的脚步一直十分缓慢，从很多现场实际情况来看已经到了不能适应当前阶段建筑的要求了。随着很多建筑现场的配电容量的扩大和配电规模的增大趋势，对其提出一个新的要求那就是较高的可靠度，除了从设计角度给予控制，还应该从使用先进的设备、设备的实用性、兼容性、高度智能性等方面给予控制。建筑变配电的智能化是整个系统发展的大趋势。

2 建筑变配电系统有待改进的部分

目前国内高层建筑的变配电系统设备一般由如下几个部分组成：1)不同组数的高低压配电柜；2)变压器系统；3)发电机系统；4)不同控制任务的动力照明控制设备。长期以来，楼宇自动化系统只是将上述设备作为普通的监测内容，这就造成安全技术的缺失而缺少控制，即系统对变配电设备有监管任务，但并不对其控制。典型的楼宇自动化系统的构成一般分为电量变送器和DI 板卡两部分，对于变配电设备的监测由如下几组设备组合功能实现：1)高低压进线系统、联络断路器状态检测系统和故障探查、显示、报警系统；电路系统必要参数如电压、电流、用电功率的检测、显示及用电负荷过载报警；全部高低压回路的启动状态的探查、屏显系统；2)变压系统温控设备及检测系统、系统温度显示及温度预警报警设备；3)发电机开闭系统及供电装置断路器工作状态的监视、显示及故障显示报警系统，电流参数、功率载荷参数、供电系统频率的检测、系统显示及过载报警；4)交流电源区域开关情况检测及预警和报警系统；直流输出参数的动态变化情况、显示及报警系统。一般的建筑基本上都有如上的配置，但是上述系统只能监测到变配电系统所联动的系统的几个模糊数据，从实用性和安全保障性来讲，远远没有达到预定要求。

从笔者经验来看往往如下几个方面需要在今后的设计和施工中给予重视和改进：1)高压开关柜一般都配备有计算机保护设备，其具有对交流量、开关量的采集和通讯功能，往往都是处于功能重叠和或是多机组反复采集状态；2)一般的机组中的低压大电流回路断路器都标配了智能模块，该模块具有测量和联络功能，此模块功能往往都处于消极状态、且经常重复信号采集；3)继电保护行为及保护设备的误操作信息得不到及时反馈，无法完成事故的调查工作；4)整个配电系统的整体安全性能没有可靠度；5)对于系统待机状态或是无载荷状态，没有模块干预形成优化调节及节能功能；6)系统内的变配电设备仍然由人工手动调节；7)系统内存在大量的电量变送器、不同型号规格电缆和电线，大大增加了施工阶段的工作量。无序化、无整体性的配置大大降低了系统的安全保障能力、降低可靠度和抗屏蔽能力；8)一、二次设备间存在较为严重的电磁互相干扰及不兼容的情况；9)部分工程使用的设备与目前电力主管部门的要求相去甚远；10)信息的收集及处理工作不系统，无法加以利用；11)与相关的控制系统的集成难度很大；12)系统价高质量无法保证，难以占领市场。

对于一些具有通讯功能的整合控制模块越来越被业内人士所关注，很多模块内采用了变配电设备的配备，这样就大大减少了数量巨大的变送器、电缆等，既节约了成本也减少了安装量。由于设计者没有能从一个相对高的层面来考虑，很多变配电监控系统的设计没有从配电系统的安全可靠性出发来进行设计。

3 变配电系统设计存在的问题

一个好的变配电设计，最基本的做法就是严格按照国家的现行规范和规程要求，保证设计成果的“合法性”。另外要尊重当地电业主管部门针对工程的实际情况而提出的意见和建议，否则在后续的施工和使用中会对工程的质量和进度产生不同程度的影响。目前有一些设计单位在建筑变配电系统设计中普遍存在如下问题：

1)过于随意地使用工程设计专用词语，应该明确区分变电所或是配电所，在有针对性的设计文件、设计图纸中不可以一概使用“变配电所”这个专用名词。

2)不明确区分带电导体系统的型式与系统接地的型式的区别。应严格按照国际电工委员会IEC－TC64 第312 条所规定，即以具体特征区分配电系统的型式，包括带电导体系统的型式和系统接地的型式。在设计文件中不得将三相四线制的TN－S 系统一概混称为“三相五线制”。

3)避免在设备布置时，在变配电所的具体设备布置图上，保证系统图与平面图要一致，容易出现问题的是：在系统图里设备的位置是平面图的反，或是平面图上存在母线桥的位置上在系统图上却找不到。另外在配电屏的周围空间没有满足规范要求或是通道宽度不够或是出口数量少于最小值。

4)在工程实际中往往使用YJV 型交联聚乙烯电缆和VV 型聚氯乙烯电缆。在对电缆的选择上要按照GB50054—95 第2.2.2 条的要求来选择截面，从实际上来看很多设计者在选用的电缆截面时，经常会不满足该条规范中第一、第二条的规定。

5)在设计中，设计者在处理低压配电系统的断路器时，有断路器和熔断器两个选择。而实际中断路器使用的较为普遍，很多设计者在选用低压断路器时没有进行短路电流计算。在采用断路器来对短路进行保护时，断路器必须具备大于安装处可能出现的短路电流时的分断能力。而很多设计中没有达到要求的条件。

6)相当一部分设计者没有很好地理解关于断开中性线及应用四极开关的要求，在设计中对于低压配电系统，没有将断开中性线和应用四极开关的做法处理相一致。

4 常用建筑变配电系统智能化实施方法

变配电系统作为楼宇自动化系统中较小的组成部分，直接影响到全部系统的正常工作。一旦变配电系统失灵，直接会造成整个建筑的失控或是瘫痪。

所以在弱电系统的设计中，就要考虑上述情况，确保整个系统的顺利运行，对于一个完备的变配电智能监控系统必须满足如下要求：1)具备微机继电保护装置的检测功能，具备低压断路器智能模块的控制功能，上诉功能的实现可以在分析后自动上传上报；2)对于上述系统的监控可以通过发电机、变压器等自备监控装置来对其控制，并在有通讯口的前提下实现交互式监控；3)减少单一功能的智能装置，大量使用多功能于一体的智能单元设备，保证其满足常用的网络协议，这样可大大降低系统的布线施工困难、系统抗干扰能力弱、系统可靠度差等缺点；4)加装必要的抗干扰装置，如对一些通讯口加装了隔离装置；5)确保全部高压开关柜可实行“三遥”，对于部分重要的低压回路也要实行“三遥”；6)确保具有较为人性化、可操作性、简单执行的监控软件；7)充分完善软件和硬件的整体功能性，确保可执行监、测、控、调、保护的一体化；8)能够与楼宇智能化系统或其他智能系统实现网络和通讯的实时对接和交换，确保信息的通畅。

5 结语

本文所述的智能系统的集成、电气自动化控制系统的集成，以及对于上述功能实现的研发等是需要多方面、多部门的认同与支持的。对于设计者而言，应该重视上述问题，设计前围绕市场需求开展市场摸底调研，这样才能为服务对象提供该性价比的智能配电系统，确保智能建筑更加完美。

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