智能化供配电设计及其应用

黄强　肖磊

（1.深圳市华蓝设计有限公司南宁分公司南宁　530011　2.桂林理工大学桂林　541004）

智能化供配电设计及其应用

黄强1，2肖磊2

（1.深圳市华蓝设计有限公司南宁分公司南宁5300112.桂林理工大学桂林541004）

监视、测量、自动控制是智能化供配电系统的三大要素，其目的是正确掌握供配电系统的运行状态、运行环境、能耗、负荷的变动等，同时通过其自动控制功能系统地管理相互关联的设备，发挥设备整体的优势和潜力，提高设备利用率，优化设备的运行状态和时间，从而可延长设备的服役寿命，降低能源消耗以及设备的运行成本。

智能化；供配电设计；自动控制；优化运行

引言

随着现在建筑内部设备越来越多，功能越来越齐全，为了提高设备利用率，合理地使用能源，加强对建筑设备监视等，自然发展趋势是建筑智能化，其中智能化的供配电系统是其必不可少的一部分，该系统除了具备常规的供配电系统应有的所有功能外，还具有以下这些功能：远程自动监测变、配电设备的运行状态和运行参数；远程（自动）控制变、配电设备的运行；自动存储并管理变、配电设备的运行状态、运行参数；供配电系统出现各种故障和参数超限等告警事件时立即报警并实时存储和打印；与楼宇自控系统或建筑设备监控系统通信联网等。本文以亲身经历广西崇左市某综合办公楼工程为例探讨智能建筑供配电设计及其应用。

1　项目简介

本工程是一个集办公、培训、休息及餐饮为—体的综合性办公楼，总建筑面积约3万m2，建筑总高度14.7m，地下一层主要为地下车库、变电所、柴油发电机房以及排烟风机房等辅助用房。主楼一层主要为办证大厅、接待处、体检中心、医务室，二层主要为资料室、会议室，三层为培训教室、办公室等，顶层设备层设置了中庭排烟风机、消防水箱和稳压泵等相关设备、负责会议场所以及大厅通风的中央空调外机。副楼一层主要为餐厅、厨房、公共卫生间及各种辅助用房，二层主要为培训、健身房、资料室、卫生间及各种辅助用房，三层主要为客房、专家公寓、休息厅，顶层设备层设置了太能热水装置和配套的空气源加热泵等设备。

2　供电电源

供电方式先依据现行的《民用建筑电气设计规范》和《建筑设计防火规范》相关规定对各功能场所以及用电设备进行负荷等级划分，当办公楼内仅有三级负荷时，供电电源可从附近区域开闭所取10kV回路；当办公楼内同时具有一、二级负荷时，则应考虑两路不同的供电电源，即一路发生故障时，另一路不应同时受到影响。如一、二级负荷较大，则供电电源以及备用电源应从不同的开闭所引10kV回路。如一、二级负荷较小，则在项目区域设置自备电源比从城市电网取得第二电源更经济合理。依据以上思路本工程工作电源由市政供电10kV回路至地下室变电所，备用电源在地下室设置柴油发电机房，柴油发电机设置自启动装置，并能在30s内供电。

3　低压配电系统的设计

低压配电系统应做到供电可靠，电能质量好，满足生产要求；低配电系统的接线力求简单灵活，便于操作维护，并能适应负荷的变化和系统的发展。同一电压的配电级数不宜多于两级；制定配电系统方案时要充分考虑节约基建投资，降低运行费用，减少有色金属的消耗量；低配电系统应考虑负荷的增长，预留必要的发展余地作出分期建设的规划。

3.1低压干线配电

从计量考虑，出线宜按动力、照明、空调、商业进行分类排柜，从确保一、二级负荷、消防负荷用电可靠性考虑，出线宜按消防、非消防进行分类排柜。通常低压配电方式采用单母线分段运行的方式，每两台变压器母线之间设联络断路器形成互为备用的桥式结构。这种供电方式，一定程度上提高了重要负荷供电可靠性，但应注意两段母线的备用方式是热备用还是冷备用，热备用即一方低压受电失电时，母联断路器应能自动投入；冷备用则在一方失电后，由人确认后手动投入母联断路器。大多数情况，由于变压器电源都来自同一开闭所，因此这种桥式结构适合二级负荷，而一级负荷需要从变压器与备用电源之间形成的桥式结构出线才能满足其用电负荷等级要求，特别是一级负荷并不需要同消防负荷一样末端切换，因此在合适位置设置切换装置既能简洁出线系统便于后期维修，同时降低了工程成本。消防负荷为确保其供电可靠性，应分别从两独立的母线段各引一路电源，在设备末端进行自动切换的方法解决。

工作电源与备用电源自投自切的方式，应充分考虑变压器或发电机容量，除满足本段负荷容量要求外，还需预留自动投入时平时需正常工作的负荷容量，这样就会要求变压器或发电机的备用率较大，这对工程的初期投资，及日后的运行费用都是很大的浪费。因此在实际设计供配电系统时，可按不同负荷等级将低压母线分为三个不同的母线段：一般负荷母线段、重要负荷母线段以及消防负荷母线段。对消防负荷用电，由重要负荷母线段以及消防负荷母线段分别引专用回路供电；当正常电源停电时，希望由备用电源供电的设备或及其它重要场所设施的一级负荷用电，如生活水泵、普通客梯或疏散通道照明、主要会议室等的用电，亦可接至消防负荷母线端从而在低压配电系统母线端形成双电源切换的形式，这样可节省电缆使用、避免电源切换装置的重复使用。而类似空调等其它三级用电负荷，接至一般负荷母线段，参见如图1。

3.2设备支线配电

图1　供配电系统

在低压柜至末端配电箱应灵活运用放射、树状、链式或混用的接线方式。①放射式配电方式，其特点是线路相互独立，因而具有较高的可靠性，某一线路发生故障或检修时不致影响其他配电线路。但放射式配电方式中，从低压配电柜引出的线路较多，使用的开关等材料也较多。这种接线方式一般适用于供电可靠性要求高的场所或容量较大的用电设备，如空调机组、消防水泵等；②树干式配电方式，其特点与放射式配电方式相反，系统具有一定的灵活性、耗用的有色金属材料较少，但干线一旦发生故障将造成较大范围的影响，因而其供电可靠性较差。该接线方式一般适用于负荷容量较小，分布均匀且供电可靠性无特殊要求的用电设备。如用于一般照明的楼层分配电箱等；③链式配电接线方式类似树干式，链式配电适用于距配电箱较远但彼此距离较近的不重要的小容量用电设备，但当某段输电线故障时，其后所有相连的负荷都将断电；④混合式配电方式兼顾了放射式和树干式两种配电方式的特点，将两者进行组合的配电方式，如单层面积较大而分多个区域多层建筑或高层建筑中，可分区域或分层从低压配电屏放射式引出多条干线，将区域或楼层照明配电箱分组接入干线，局部行程树干式。

供电系统可靠性不能单看系统的自动化程度，供电系统可靠性与系统的结线方式、设备元件及线路等有关。对一个系统来说简单就是可靠，在满足规范的要求下应尽量简单，使用过多的联络开关设备（或线路），反而会使系统复杂化，可靠性降低。

4　智能化供配电的应用

从系统所采用的核心控制部件分，智能化供配电系统可分为基于监控主机（PC）和基于可编程逻辑控制器（PLC）的两大类。

4.1基于监控主机（PC）的监控系统

基于监控主机（PC）的监控系统主要依靠计算机扩展槽以及现场输入/输（I/O）端口，将配电柜中断路器的运行状态、各出线回路的电压、电流等运行参数记录下来。这些参数经过计算机处理后，将结果显示在计算机屏幕上，以方便工作人员对系统进行实时监测。虽然现在计算机非常容易实现互联网连接，但实际上这仅仅是一种集中式的数据采集系统。同时监控主机（PC）以局域网的方式实现现场设备通讯，受到信号干扰的可能性较高，且一旦计算机出线问题，更加难以实现自动化控制。因此该智能化配电系统仅适用于一般的监测，扩展性较差，使用范围非常有限。

4.2基于可编程序控制器（PLC）的监控系统

基于可编程序控制器（PLC）的监控系统工作原理是通过现场总线（Fieldbus）连接可编程序控制器（PLC）和现场输入/输端口（I/O），对供配电系统出线回路、断路器、互感器等其它相关设备的各项参数进行采集，当供配电系统出线异常时，PLC能够发出控制信号实现系统的自动化智能话，从而实现对供配电系统的远程监测与控制的目的。由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要分散控制系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，因此具备可靠性高、抗干扰能力强、配置灵活、且投资成本较低等诸多优点，便于在我国广泛推广应用。本文工程采用4.2方式的系统，智能供配电系统如示意图2。

图2　由PLC及I/O构成的智能化供配电系统

只要在构成智能化供配电监控系统时，合理布置系统结构，配置以强大的故障自动应急处理系统，就能使智能化供配电系统运行的可靠性大大高于传统的配电柜，提高系统的性能。

5　总结

基于智能技术的供配电系统可靠性高、供电连续性好，还具有自动错峰、节能功效，有利于提高供配电系统的管理水平，延长供配电设备的使用寿命，因而具有十分广阔的发展前景。但需要从设计到施工应进行密切配合，做到细心设计、精心施工才能发挥智能化系统的效果，从而提高智能建筑中设备运行管理的能力，达到预想的要求。本文以亲身经历项目为对智能化供配电系统的功能与特点进行了研究，以期推广智能化供配电系统的应用。

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TM72

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1673-0038（2015）48-0242-02

2015-11-1

黄强（1983-），男，工程师，硕士，主要从事建筑电气与智能化工作。