智能化供配電設計及其應用

黃強　肖磊

（1.深圳市華藍設計有限公司南寧分公司南寧　530011　2.桂林理工大學桂林　541004）

智能化供配電設計及其應用

黃強1，2肖磊2

（1.深圳市華藍設計有限公司南寧分公司南寧5300112.桂林理工大學桂林541004）

監視、測量、自動控制是智能化供配電系統的三大要素，其目的是正確掌握供配電系統的運行狀態、運行環境、能耗、負荷的變動等，同時通過其自動控制功能系統地管理相互關聯的設備，發揮設備整體的優勢和潛力，提高設備利用率，優化設備的運行狀態和時間，從而可延長設備的服役壽命，降低能源消耗以及設備的運行成本。

智能化；供配電設計；自動控制；優化運行

引言

隨著現在建筑內部設備越來越多，功能越來越齊全，為了提高設備利用率，合理地使用能源，加強對建筑設備監視等，自然發展趨勢是建筑智能化，其中智能化的供配電系統是其必不可少的一部分，該系統除了具備常規的供配電系統應有的所有功能外，還具有以下這些功能：遠程自動監測變、配電設備的運行狀態和運行參數；遠程（自動）控制變、配電設備的運行；自動存儲并管理變、配電設備的運行狀態、運行參數；供配電系統出現各種故障和參數超限等告警事件時立即報警并實時存儲和打印；與樓宇自控系統或建筑設備監控系統通信聯網等。本文以親身經歷廣西崇左市某綜合辦公樓工程為例探討智能建筑供配電設計及其應用。

1　項目簡介

本工程是一個集辦公、培訓、休息及餐飲為—體的綜合性辦公樓，總建筑面積約3萬m2，建筑總高度14.7m，地下一層主要為地下車庫、變電所、柴油發電機房以及排煙風機房等輔助用房。主樓一層主要為辦證大廳、接待處、體檢中心、醫務室，二層主要為資料室、會議室，三層為培訓教室、辦公室等，頂層設備層設置了中庭排煙風機、消防水箱和穩壓泵等相關設備、負責會議場所以及大廳通風的中央空調外機。副樓一層主要為餐廳、廚房、公共衛生間及各種輔助用房，二層主要為培訓、健身房、資料室、衛生間及各種輔助用房，三層主要為客房、專家公寓、休息廳，頂層設備層設置了太能熱水裝置和配套的空氣源加熱泵等設備。

2　供電電源

供電方式先依據現行的《民用建筑電氣設計規范》和《建筑設計防火規范》相關規定對各功能場所以及用電設備進行負荷等級劃分，當辦公樓內僅有三級負荷時，供電電源可從附近區域開閉所取10kV回路；當辦公樓內同時具有一、二級負荷時，則應考慮兩路不同的供電電源，即一路發生故障時，另一路不應同時受到影響。如一、二級負荷較大，則供電電源以及備用電源應從不同的開閉所引10kV回路。如一、二級負荷較小，則在項目區域設置自備電源比從城市電網取得第二電源更經濟合理。依據以上思路本工程工作電源由市政供電10kV回路至地下室變電所，備用電源在地下室設置柴油發電機房，柴油發電機設置自啟動裝置，并能在30s內供電。

3　低壓配電系統的設計

低壓配電系統應做到供電可靠，電能質量好，滿足生產要求；低配電系統的接線力求簡單靈活，便于操作維護，并能適應負荷的變化和系統的發展。同一電壓的配電級數不宜多于兩級；制定配電系統方案時要充分考慮節約基建投資，降低運行費用，減少有色金屬的消耗量；低配電系統應考慮負荷的增長，預留必要的發展余地作出分期建設的規劃。

3.1低壓干線配電

從計量考慮，出線宜按動力、照明、空調、商業進行分類排柜，從確保一、二級負荷、消防負荷用電可靠性考慮，出線宜按消防、非消防進行分類排柜。通常低壓配電方式采用單母線分段運行的方式，每兩臺變壓器母線之間設聯絡斷路器形成互為備用的橋式結構。這種供電方式，一定程度上提高了重要負荷供電可靠性，但應注意兩段母線的備用方式是熱備用還是冷備用，熱備用即一方低壓受電失電時，母聯斷路器應能自動投入；冷備用則在一方失電后，由人確認后手動投入母聯斷路器。大多數情況，由于變壓器電源都來自同一開閉所，因此這種橋式結構適合二級負荷，而一級負荷需要從變壓器與備用電源之間形成的橋式結構出線才能滿足其用電負荷等級要求，特別是一級負荷并不需要同消防負荷一樣末端切換，因此在合適位置設置切換裝置既能簡潔出線系統便于后期維修，同時降低了工程成本。消防負荷為確保其供電可靠性，應分別從兩獨立的母線段各引一路電源，在設備末端進行自動切換的方法解決。

工作電源與備用電源自投自切的方式，應充分考慮變壓器或發電機容量，除滿足本段負荷容量要求外，還需預留自動投入時平時需正常工作的負荷容量，這樣就會要求變壓器或發電機的備用率較大，這對工程的初期投資，及日后的運行費用都是很大的浪費。因此在實際設計供配電系統時，可按不同負荷等級將低壓母線分為三個不同的母線段：一般負荷母線段、重要負荷母線段以及消防負荷母線段。對消防負荷用電，由重要負荷母線段以及消防負荷母線段分別引專用回路供電；當正常電源停電時，希望由備用電源供電的設備或及其它重要場所設施的一級負荷用電，如生活水泵、普通客梯或疏散通道照明、主要會議室等的用電，亦可接至消防負荷母線端從而在低壓配電系統母線端形成雙電源切換的形式，這樣可節省電纜使用、避免電源切換裝置的重復使用。而類似空調等其它三級用電負荷，接至一般負荷母線段，參見如圖1。

3.2設備支線配電

圖1　供配電系統

在低壓柜至末端配電箱應靈活運用放射、樹狀、鏈式或混用的接線方式。①放射式配電方式，其特點是線路相互獨立，因而具有較高的可靠性，某一線路發生故障或檢修時不致影響其他配電線路。但放射式配電方式中，從低壓配電柜引出的線路較多，使用的開關等材料也較多。這種接線方式一般適用于供電可靠性要求高的場所或容量較大的用電設備，如空調機組、消防水泵等；②樹干式配電方式，其特點與放射式配電方式相反，系統具有一定的靈活性、耗用的有色金屬材料較少，但干線一旦發生故障將造成較大范圍的影響，因而其供電可靠性較差。該接線方式一般適用于負荷容量較小，分布均勻且供電可靠性無特殊要求的用電設備。如用于一般照明的樓層分配電箱等；③鏈式配電接線方式類似樹干式，鏈式配電適用于距配電箱較遠但彼此距離較近的不重要的小容量用電設備，但當某段輸電線故障時，其后所有相連的負荷都將斷電；④混合式配電方式兼顧了放射式和樹干式兩種配電方式的特點，將兩者進行組合的配電方式，如單層面積較大而分多個區域多層建筑或高層建筑中，可分區域或分層從低壓配電屏放射式引出多條干線，將區域或樓層照明配電箱分組接入干線，局部行程樹干式。

供電系統可靠性不能單看系統的自動化程度，供電系統可靠性與系統的結線方式、設備元件及線路等有關。對一個系統來說簡單就是可靠，在滿足規范的要求下應盡量簡單，使用過多的聯絡開關設備（或線路），反而會使系統復雜化，可靠性降低。

4　智能化供配電的應用

從系統所采用的核心控制部件分，智能化供配電系統可分為基于監控主機（PC）和基于可編程邏輯控制器（PLC）的兩大類。

4.1基于監控主機（PC）的監控系統

基于監控主機（PC）的監控系統主要依靠計算機擴展槽以及現場輸入/輸（I/O）端口，將配電柜中斷路器的運行狀態、各出線回路的電壓、電流等運行參數記錄下來。這些參數經過計算機處理后，將結果顯示在計算機屏幕上，以方便工作人員對系統進行實時監測。雖然現在計算機非常容易實現互聯網連接，但實際上這僅僅是一種集中式的數據采集系統。同時監控主機（PC）以局域網的方式實現現場設備通訊，受到信號干擾的可能性較高，且一旦計算機出線問題，更加難以實現自動化控制。因此該智能化配電系統僅適用于一般的監測，擴展性較差，使用范圍非常有限。

4.2基于可編程序控制器（PLC）的監控系統

基于可編程序控制器（PLC）的監控系統工作原理是通過現場總線（Fieldbus）連接可編程序控制器（PLC）和現場輸入/輸端口（I/O），對供配電系統出線回路、斷路器、互感器等其它相關設備的各項參數進行采集，當供配電系統出線異常時，PLC能夠發出控制信號實現系統的自動化智能話，從而實現對供配電系統的遠程監測與控制的目的。由于現場總線系統中分散在設備前端的智能設備能直接執行多種傳感、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數量，不再需要單獨的控制器、計算單元等，也不再需要分散控制系統的信號調理、轉換、隔離技術等功能單元及其復雜接線，還可以用工控PC機作為操作站，因此具備可靠性高、抗干擾能力強、配置靈活、且投資成本較低等諸多優點，便于在我國廣泛推廣應用。本文工程采用4.2方式的系統，智能供配電系統如示意圖2。

圖2　由PLC及I/O構成的智能化供配電系統

只要在構成智能化供配電監控系統時，合理布置系統結構，配置以強大的故障自動應急處理系統，就能使智能化供配電系統運行的可靠性大大高于傳統的配電柜，提高系統的性能。

5　總結

基于智能技術的供配電系統可靠性高、供電連續性好，還具有自動錯峰、節能功效，有利于提高供配電系統的管理水平，延長供配電設備的使用壽命，因而具有十分廣闊的發展前景。但需要從設計到施工應進行密切配合，做到細心設計、精心施工才能發揮智能化系統的效果，從而提高智能建筑中設備運行管理的能力，達到預想的要求。本文以親身經歷項目為對智能化供配電系統的功能與特點進行了研究，以期推廣智能化供配電系統的應用。

[1]鄭清明.智能化供配電工程[M].中國電力出版社，2005.

[2]唐志平.供配電技術[M].電子工業出版社，2008.

[3]沃瑞芳.關于建筑智能化系統工程設計[J].電氣資訊，2008.

[3]顧超，王洪偉.淺談高層住宅低壓供配電系統設計[J].科技信息，2012.

[4]辜為.建筑物變配電工程智能化設計的研究[J].建筑設計管理，2013.

TM72

A

1673-0038（2015）48-0242-02

2015-11-1

黃強（1983-），男，工程師，碩士，主要從事建筑電氣與智能化工作。