智能化在民用建筑配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

張國良

（上海市工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，上海 200433）

0 引 言

隨著現(xiàn)代科技水平的逐漸提高，智能化技術(shù)被越來越多地用到生活的方方面面，建筑的智能化理念也逐漸滲透到了整個(gè)行業(yè)，智能化建筑屢見不鮮，智能化水平也日新月異[1]。高新智能化技術(shù)可以替代人們完成一系列工作，減輕工作人員的工作壓力，節(jié)省資源的同時(shí)，還可以提高社會各方面的協(xié)調(diào)發(fā)展水平[2]。

民用建筑的智能化關(guān)乎千家萬戶，尤其是在配電系統(tǒng)方面[3]。配電系統(tǒng)自動化主要由電網(wǎng)智能化發(fā)展而來，通過不斷創(chuàng)新和改善，利用控制理論技術(shù)和自動化技術(shù)，民用建筑的智能化水平越來越高。本文主要探討配電自動化技術(shù)在民用建筑中的應(yīng)用，分析其應(yīng)用范圍和影響因素，為更合理的配電智能化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

1 配電智能化系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

對于民用建筑的配電智能化主要包括兩個(gè)方面，分別為監(jiān)控系統(tǒng)的智能化，以及操作系統(tǒng)的智能化[4]。

監(jiān)控系統(tǒng)智能化水平，主要決定于系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備和配套的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。對于民用建筑的配電監(jiān)控系統(tǒng)方面，主要以分散式為主，將繼電保護(hù)設(shè)備裝置于開關(guān)柜上，加強(qiáng)對于電氣系統(tǒng)的管控能力，配套集中式的集體管控，保證配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定[5]。智能配電網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 智能配電網(wǎng)絡(luò)

操作系統(tǒng)的智能化，主要是通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，將數(shù)字控制指令發(fā)送至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對于整個(gè)配電系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)方面的操控。

民用建筑的配電智能化系統(tǒng)，一般包括3層機(jī)構(gòu)，主要包括基站層、間隔層和設(shè)備層。基站層的主要作用在于信息遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，間隔層的作用在于保障系統(tǒng)的穩(wěn)定安全，包含大量的測控單元。設(shè)備層包括控制系統(tǒng)、服務(wù)器等部分，用于對參數(shù)的獲取、處理和反饋。通過后臺控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，預(yù)測整個(gè)配電系統(tǒng)的故障，從而提前對發(fā)生的問題進(jìn)行處理和操作。

1.2 智能配電系統(tǒng)特征

智能配電系統(tǒng)，是由通信網(wǎng)絡(luò)連接開關(guān)器件，通過智能化元件的處理，實(shí)現(xiàn)對于系統(tǒng)管理的智能化特征。

智能化系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)管、通信、警告、故障分析和故障處理等多個(gè)功能，這些功能是相輔相成的。配電系統(tǒng)的智能化管理是配電系統(tǒng)在受意外、事故等的情況下，最大程度上保證供電的安全。通過對于開關(guān)等的控制，同樣可以有效節(jié)省能源的損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

智能化元件在系統(tǒng)中的功能，主要是對于電能質(zhì)量的監(jiān)控，以及有效保護(hù)電力開關(guān)的通斷情況。在受到外部干擾時(shí)，系統(tǒng)具有自主保護(hù)能力，通過智能化元件的操控，依然能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、快速和安全的效果。

2.1 開發(fā)主體環(huán)保意識薄弱 旅游資源作為一種資源，不論是可再生還是不可再生，在其使用過程中不可避免會受到破壞，絕大多數(shù)生態(tài)旅游資源都具有破壞容易恢復(fù)難的特性。隨著景區(qū)知名度的提升，加上游客日益多樣化的需求，旅游目的地不得不想辦法對資源進(jìn)行深度的挖掘和再次開發(fā)。受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，常常使得旅游開發(fā)具有盲目性，可能會使得資源過度開發(fā)而超過自身恢復(fù)限度。張家界國家森林公園，由于對修建性建設(shè)項(xiàng)目控制不夠，造成水質(zhì)污染，曾被聯(lián)合國教科文組織亮出黃牌警告，當(dāng)?shù)卣疄榱嘶謴?fù)景區(qū)原貌，花費(fèi)了上億元人民幣。

配電系統(tǒng)智能化的主要特征可以總結(jié)為：遙測、遙感、遙控和遙調(diào)。利用通信網(wǎng)絡(luò)和自動化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在一定距離的精確監(jiān)控，保護(hù)供電系統(tǒng)的安全。

2 智能化在民用建筑配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 電氣故障監(jiān)測

對于民用建筑的配電系統(tǒng)，時(shí)常會由于操作等方面的原因，出現(xiàn)各式各樣的故障，這些故障通過智能化系統(tǒng)，可以有效消除，且不會影響建筑內(nèi)的常規(guī)用電[6]。

對于供電系統(tǒng)的故障問題，人工檢查會由于主觀方面的問題，出現(xiàn)檢測疏漏。而智能化建筑在該方面的分析更為全面徹底，監(jiān)測效率和檢測精度均大幅提高。

對于出現(xiàn)的問題，智能化系統(tǒng)會通過后臺來判斷故障的出處。對于軟件故障會進(jìn)行智能化修復(fù)，對于硬件故障，會通過智能找尋解決方案來提高處理效率。系統(tǒng)會在配電故障的第一時(shí)間通知維護(hù)人員，并指明故障位置，提高檢修效率。

故障檢測流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)故障監(jiān)測流程

2.2 照明系統(tǒng)智能化

對于民用建筑，其主要的電力消耗是照明系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)。照明系統(tǒng)的智能化能夠有效節(jié)約電力損耗，在滿足居民照明要求的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保。

照明監(jiān)測主要包括室內(nèi)照明、室外照明、公共區(qū)域照明和應(yīng)急照明等。每種照明系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容并不完全一致。室內(nèi)照明主要的監(jiān)測內(nèi)容為光照強(qiáng)度，對于滿足光照要求的條件加以控制。公共照明系統(tǒng)需要維持一定的值班需求，通過監(jiān)控?zé)艟唛_關(guān)的狀態(tài)來降低能耗，保證配電系統(tǒng)安全。室外照明主要依據(jù)程序控制，根據(jù)現(xiàn)場條件來選擇照明水平。應(yīng)急照明的監(jiān)控，主要用于意外事故的處理，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，配電系統(tǒng)做出相應(yīng)電力閉合，并通過應(yīng)急狀態(tài)轉(zhuǎn)換來通知消防系統(tǒng)，并指導(dǎo)人員疏散。

2.3 配電監(jiān)控

智能化設(shè)備通過智能終端來感知系統(tǒng)各方面的運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)變壓器等電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)與后臺系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。后臺系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)的情況，對于設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判定，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以便于后期維護(hù)工作的展開[7]。

當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過程中，出現(xiàn)了輸電線路故障，或者其他非正常狀態(tài)時(shí)。后臺對于控制系統(tǒng)發(fā)出指令，由操控系統(tǒng)進(jìn)行故障部位自動切除，維持其他設(shè)備的正常運(yùn)行。并以網(wǎng)絡(luò)通信的方式，將故障發(fā)送至運(yùn)維人員，指導(dǎo)其系統(tǒng)修復(fù)。

2.4 防雷保護(hù)接地

配電智能化系統(tǒng)的目的在于，對于建筑設(shè)施的電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)，從而減少由于內(nèi)部因素和外部因素造成的電氣系統(tǒng)故障，有效保護(hù)供電線路和各類硬件設(shè)施不被破壞。

外來的電磁干擾，對于電力線路來說，具有嚴(yán)重的破壞性，需要對其實(shí)施屏蔽措施，保護(hù)電力線路的穩(wěn)定和通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免通信信號失真形成的誤操作等破壞供電效果。

對于民用建筑，尤其是高層建筑，很容易受到惡劣天氣的影響，從而會有受到雷擊的危險(xiǎn)，雷擊產(chǎn)生的強(qiáng)大電流沖擊以及電磁脈沖作用，會破壞電氣系統(tǒng)，出現(xiàn)火災(zāi)、斷電、線路故障等各類供電問題。

電纜作為通信網(wǎng)絡(luò)中的信號發(fā)生器，也是更主要的接收設(shè)備，當(dāng)雷擊襲擊到居民建筑時(shí)，電纜會受到強(qiáng)烈的電磁干擾，這些干擾會強(qiáng)烈破壞電路信號的穩(wěn)定，主要通過智能化系統(tǒng)進(jìn)行有效保護(hù)，及時(shí)的信號隔離能夠有效實(shí)現(xiàn)對于雷擊的保護(hù)。

對于建筑進(jìn)行布線設(shè)計(jì)時(shí)，防雷擊的措施就需要優(yōu)先考慮，將鋼筋接地實(shí)現(xiàn)對于雷擊的引流，通過避雷針等設(shè)置，降低雷擊的破壞效果。

除了傳導(dǎo)到地下的雷電流外，同樣還有部分剩余雷電流存在于配電線路中，此時(shí)需要LEMP防護(hù)系統(tǒng)對其進(jìn)行處理，避免電流浪涌和電磁作用破壞供電線路，形成有效的感應(yīng)雷防護(hù)機(jī)制。

除了雷擊，建筑同樣容易受到外界的影響，形成類似于雷擊的電路電勢上升等情況，智能配電網(wǎng)需要對配電線路的過壓和過流等形成有效的保護(hù)機(jī)制。

涌流保護(hù)裝置是智能配電系統(tǒng)對于電路電壓上升、電流過流的主要保護(hù)措施。信息處理系統(tǒng)會通過記錄信息，對于電路的涌流狀態(tài)進(jìn)行記錄，并上報(bào)中央處理系統(tǒng)。當(dāng)浪涌保護(hù)器出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會及時(shí)發(fā)出線路報(bào)警信號，通知維護(hù)人員對故障進(jìn)行及時(shí)處理。及時(shí)檢測浪涌模塊的劣化程度，當(dāng)其達(dá)到預(yù)設(shè)的損壞程度時(shí)，系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡(luò)提出預(yù)警，并提醒維護(hù)人員進(jìn)行處理，保障線路安全。

2.5 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

節(jié)能也是配電智能化的一個(gè)重要的配電方案，能夠有效降低無效功率的使用，提高電力的利用效率，節(jié)省能耗。

智能儀表的使用和線路系統(tǒng)的優(yōu)化，能夠有效實(shí)現(xiàn)對于設(shè)備控制的匹配優(yōu)化，線路的布局，變頻技術(shù)的使用的，以及用電時(shí)間的智能控制，使得配電智能化系統(tǒng)，可以有效實(shí)現(xiàn)建筑的綠色設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的目的。

3 智能化在民用建筑配電系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 提高探測精度

對于配電系統(tǒng)，由于涉及到的設(shè)備較多，因此在設(shè)備的維護(hù)工作中，需要安排大量的工作人員。而采用智能化系統(tǒng)后，可以有效設(shè)定現(xiàn)場工作模型，對于發(fā)生故障進(jìn)行模擬和驗(yàn)證，降低影響因素的干擾，提高檢測的精度和效率。

3.2 提高電氣操作的靈敏度

對于配電系統(tǒng)的檢修工作，需要大量的人員安排和手工操作，從而在線路維護(hù)等方面受到多種因素的影響，容易出現(xiàn)各種安全隱患。智能化技術(shù)可以精確指導(dǎo)故障發(fā)生位置，可以有效降低工作人員的工作強(qiáng)度，且檢測全面，不留死角，提高整個(gè)配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3.3 保證居民建筑的安全

智能化技術(shù)的使用，對于民用建筑來說，可以有效降低各類設(shè)備發(fā)生故障的概率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間。對于出現(xiàn)的災(zāi)情、故障等，智能化系統(tǒng)會根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)和監(jiān)控情況，緊急實(shí)施應(yīng)急方案，有效保護(hù)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

故障隔離系統(tǒng)，可以有效降低配電設(shè)備發(fā)生火災(zāi)等事故的概率，提高民用建筑的安全系數(shù)。加強(qiáng)智能化水平的建設(shè)，可以有效提高故障后期處理能力，對于系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，提供了更好的保障。

4 結(jié) 論

智能化技術(shù)在民用建筑中的使用，可以有效提高配電系統(tǒng)的質(zhì)量，為運(yùn)維人員的操作效率提供了更好的保障，各種數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)，對于民用建筑的災(zāi)情處理方面，起到了很好的幫助作用，可以有效維護(hù)居民用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全，將其用于照明系統(tǒng)的常用設(shè)備中，可以有效降低能耗，為社會環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。當(dāng)前我國居民建筑的智能化水平還有很大不足，需要加強(qiáng)在相關(guān)方面的改善，提高人們的生活質(zhì)量。