智能建筑及变配电体系

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1概述

智能建筑是采用计算机技术及网络技术对建筑物内的电力照明、空调、给排水、防灾、保安、车库等设备进行自动控制和统一管理，并对用户提供信息和通信服务等的一种新型建筑。智能建筑的特点就是设施智能化，如安装了计算机设备、数据通信线路、自控设备等。使用户可以取得通信、文字处理、电子邮件、情报资料检索、科学计算、行情查询等服务，另外对建筑物的所有空调、给排水、供配电设备、防火、保安等设备由计算机控制，实现综合自动化。智能建筑供电中断，将严重影响正常工作，并导致重要用电单位和公共场所秩序混乱。变配电系统的安全、可靠供电是智能建筑正常运行的先决条件。除继电保护与备用电源自动投入等功能要求外，必须具备对开关与变压器的状态，系统的电流、电压、有功功率等参数的监测，进而实现全面的能量管理。

2智能建筑

2．1智能建筑的定义智能建筑是信息时代的产物，当今科学技术正处于高速发展阶段，其中相当多的成果已应用于智能建筑，使其具体内容与形式相应提高并不断发展。所以至今均无统一的定义，但近年世界大型建筑的半数将出现在中国，因此有必要给其下个定义。美国智能建筑学会定义为：智能建筑是对建筑物的结构、系统、服务和管理这四个基本要素进行最优化组合所获得的高效率、高功能与高舒适性的大楼。该定义的特点是较概括与抽象。

在日本建筑杂志中，突出智能建筑是高功能的大楼，是方便有效地利用现代信息与通讯设备，并采用楼宇自动化技术，具有高度综合管理功能的大楼。在新加坡，规定智能建筑必须具备3个条件:一是具有先进的自动化控制系统，能对大厦内的温度、湿度、灯光进行自动调节，并具有消防、保安功能，为用户提供舒适、安全的环境。二是具有良好的通信网络设施，以保证数据在大厦内流通。三是能够提供足够的对外通信设施与能力。我国对住宅小区智能化建筑有新标准，按现代信息技术、网络技术和信息集成技术的全面性和先进性分为普及型、先进型和领先型，并提出具体要求。各开发建设单位申报时可任选一种。

2．2智能建筑的基本组成一般认为，智能建筑是由三大基本要素构成，通常又称做3A建筑，就是建筑设备自动化系统BAS(包括了消防自动化系统FAS和保安自动化系统SAS)，办公自动化系统OAS，通信自动化系统CAS。以上三者通过综合布线系统PDS有机结合，构筑于建筑物环境平台上。见图1所示。

2．2．1BAS：该系统用来对大厦内的各种机电设施进行自动控制，包括空调、通风、空气调节、给排水、供配电、照明、电梯、消防、保安等。通过信息通信网络组成分散控制，集中监视与管理的管控一体化系统，随时检测、显示其运行参数;监视、控制其运行状态；根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备始终运行于最佳状态；自动实现对电力、供热、供水等能源的调节与管理；提供一个安全、舒适、高效而且节能的环境。

2．2．2OAS：该系统是服务于具体办公业务的人机交互信息系统。是由各种办公设备、信息传输与网络设备和相应配套的系统软件、工具软件、应用软件等组成。

2．2．3CAS：该系统是用来保证大厦内、外各种通信联系畅通无阻，并提供网络支持能力。实现对语音、数据、控制信号的收集、传输、控制、处理与利用。借助多种通信网络可以实现大厦内外、国内外的信息互通、资料查询和资源共享。

3变配电系统

智能建筑供电中断，将严重影响正常工作，并导致重要用电单位和公共场所秩序混乱。因此在进行工程设计前，必须对负荷等级进行划分，除冷冻机、空调机、热力点等为三级负荷，其余皆为一、二级负荷，对于不允许停电的重要负荷，要求两个独立电源供电，在一个电源系统检修或出了故障而另一个电源系统又发生了故障的情况下，应自动启动大厦自备的柴油发电机组向其供电。如图2所示。在供配电系统设计中，首先要确定变配电室位置及其平面布置，根据用电量计算变压器容量，进而确定高压、低压供电系统图，高压进线与低压出线的方式及途径等。

3．1变配电室位置的选择智能建筑一般为高层建筑，在高层建筑中变配电室的位置选择应遵循以下原则：（1）接近负荷中心。（2）高压10kV（或35kV）两路电源引入方便，低压380V线路引出方便。（3）接近10kV（或35kV）电源侧。（4）变配电所不应设在厕所、浴室和其它经常有积水的场所的下面。（5）变压器、高/低压开关柜运输方便。智能建筑用电量大的冷冻机房、热力电、泵房大部分集中在地下室。因此，变配电室大多数设置在地下1层、2层，也有设计在地下3层的。为了节省建筑面积，简化土建施工，近几年多采用高压电缆上进线，低压电缆上出线的形式。

3．2变压器容量确定变压器容量确定要根据负荷计算，一般用二项式法（P30=Σ(bPe)i+(cPx)max,Q30=Σ(bPetgФ)i+(cPx)maxtgФmax）或需用系数法P30i=KdPeQ30i=P30itgФP30=KΣPΣP30iQ30=KΣqΣQ30i)。而在工程开始设计时，没有用电负荷资料，变压器容量只能估算，参照国内外高层建筑与智能大厦的经验数据是100－140VA/m2，近几年的设计皆按100VA/m2来设置变压器。例如：北京国际大厦建筑面积40000m2，设置4台1000kVA变压器。北京发展大厦建筑面积53000m2，设置4台1250kVA变压器。最近调查北京地区几幢高档写字楼用电负荷表明，实际负荷率偏低，低于40％。用电负荷估算数据应该按照实际情况调整，建议调整为80－100VA/m2。因为变压器设在大厦楼内，应选用室内变压器，同时根据消防要求，通常选用环氧树脂浇注型干式变压器，这种变压器不具有过负荷能力。

3．3高压、低压配电系统

3．3．1高压配电系统高压10kV系统采用单母线分段运行，两路高压电源同时供电。当一路电源断电时，中间联络开关自动闭合或手动闭合，一路电源应能向全部一级、二级负荷供电。继电保护的设计以合理的运行方式和常见的故障类型为依据，并应满足速动性、选择性、可靠性和灵活性等4项基本要求。电源进线保护的要求应符合当地供电部门的规定，一般进线保护应设置过电流保护、电流速断保护和低电压保护。母线联络柜装设过电流保护。变压器保护一般装设过电流保护、电流速断保护、温度保护。保护装置的合理设置，可做过迅速切除短路过负荷等故障，缩小事故范围，保证大厦供电系统的正常运行。智能大厦系重要负荷，供电系统操作电源一般采用直流，电压为直流110V或220V，由定型成套直流电源柜提供。

3．3．2低压配电系统低压配电系统的设计根据工程规模、设备布置、负荷性质及用电容量等条件确定。低压配电系统应满足供电可靠性和供电灵活性的要求，系统力求简单灵活、操作安全、检修方便。低压配电一般采用380/220V中性点直接接地系统。低压主进线空气断路器，一般选用具有三段保护特性的大型断路器，施工图要标出断路器各整定数值。在两段低压母线上各安装自动补偿电容器柜，按照负荷变化情况，自动调整功率因数。

3．4变配电智能化系统变配电系统正常运行、可靠供电是大厦正常营业的保证，因此，智能大厦的控制中心要控制、监视、记录供电系统的运行情况，这个任务就由变配电智能化系统来承担。变配电智能化系统是建筑物自动化系统(BAS)中的一个重要组成部分，是对整个变配电系统来进行综合控制管理的统一体。这种系统以计算机局域网络为通信基础，以计算机技术为核心，具有分散监控和集中管理的功能。它是与数据通信、图形显示、人机接口、输入输出接口技术相结合的，用于设备运行管理、数据采集和过程控制的自动化系统。

3.4.1电气系统主要监测控制内容（1）电源监测。对高低压电源进出线的电压、电流、功率、功率因数、频率的状态监测及供电量积算。（2）变压器监测。变压器温度监测、风冷变压器通风机运行情况、油冷变压器油温和油位监测。（3）负荷监测。各级负荷的电压、电流、功率的监测，当超负荷时系统停止低优先级的负荷。

(4)线路状态监测。高压进线、出线、二路进线的连络线的断路器状态监测、故障报警。(5)用电电源控制。在主要电源供电中断时自动启动柴油发电机或燃气轮机发电机组，在恢复供电时停止备用电源，并进行倒闸操作。通过对高低压控制柜自动的切换，对系统进行节能控制；通过对交连开关的切换，实现动力设备联动控制；对租户的用电量进行自动统计计量。(6)供电恢复控制。当供电恢复时，按照设定的优先程序，启动各个设备电机，迅速恢复运行，避免同时启动各个设备，而使供电系统跳闸。

3.4.2电气系统的监测控制

3.4.2.1智能建筑监测控制点划分为以下几种：(1)显示型。包括运行状态、报警状态及其它。显示主接线图、交直流系统和UPS系统运行图及运行参数，对系统各开关变位和故障变位进行正确区分，对参数超限报警。(2)控制型。包括设备节能运行控制、顺序控制(按时间顺序控制或工艺要求的控制)。(3)记录型。包括状态检测与汇总表输出、积算记录及报表生成、对事故、故障进行顺序记录，可以查询事故原因并且显示、制表和打印，可绘制负荷曲线并且显示、打印运行报表。(4)复合型。指同时有两种以上监控需要。

3.4.2．2变配电设备控制。主要包括：(1)高压进线、出线、连络线的断路器遥控。(2)低压进线、出线、连络线的断路器遥控。(3)主要线路断路器的遥控，如配电干线、消防干线的断路器遥控，对水泵房、制冷机房、供热站供电的断路器；以及上述站房的进线断路器遥控。(4)电动机智能控制。(5)电源馈线，设过电流及接地故障保护，三相不平衡监测，重合闸功能，备用电源自动投入。(6)变压器。设计有内部故障和过载保护、热过载保护。(7)分段断路器。设置电流速断保护、过电流保护。

3.4.2．3备用发电机监测控制。测量和控制内容有：(1)发电机线路的电气参数的测量，如电压、电流、频率、有功功率、无功功率等。(2)发电机状况监测：如转速、油温、油压；油量、进出水温、水压、排气温度、油箱油位等。（3)发电机和线路状况的测量。(4)发电机和有关线路的开关的控制。(5)有直流电源时，对它的供电质量(电压、电流)监测报警。

4结语

变配电系统是智能建筑电气设计非常重要的部分，它的安全性、可靠性是智能建筑运行的必备的基础之一，亦是先决条件，因此本文对智能建筑中变配电系统的设计和变配电智能化系统的配备进行讨论是非常必要的。

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