智能化供配電系統(tǒng)工程設計研究

張 偉

（甘肅路橋宏盛房屋建筑安裝工程有限公司，甘肅 蘭州 730030）

就現(xiàn)階段來講，電氣自動化供配電系統(tǒng)設計和其他專業(yè)的設計類似，在實際生活中被廣泛應用。利用MATLAB、CAD制圖等計算機軟件對供配電設計軟件主程序進行計算分析、編程和仿真運行的一系列操作被稱為供配電系統(tǒng)設計。供配電系統(tǒng)設計具有系統(tǒng)元件多、數(shù)據(jù)量大、設計結構復雜、內容較多等特點，設計軟件需要具有比較強大的計算能力和處理龐大數(shù)據(jù)的能力，所以對于設計系統(tǒng)的要求很高。換個角度講，智能化供配電系統(tǒng)需要滿足可以呈現(xiàn)各種使用電器元件模型跟數(shù)據(jù)庫里的電器元件實現(xiàn)同步鏈接。

1.常見智能建筑電氣配電系統(tǒng)設計方案

1.1 PCL和遠程I/O模塊組成的監(jiān)控系統(tǒng)設計

可編程控制器PCL是由PLC系統(tǒng)以及遠程 I/O模塊一起構成的系統(tǒng)核心控制部件，根據(jù)系統(tǒng)建模以及系統(tǒng)可靠性要求，此仿真系統(tǒng)的組成方法可以分為很多種，所有以上方案的仿真系統(tǒng)模型都離不開可編程控制器PLC對配電柜的自動化以及智能化管控。設計施工人員需要在該供配電管理系統(tǒng)里設置好合理PLC和遠程 I/O模塊，供配電管理系統(tǒng)可以很好地幫助施工建設人員隨時獲取空氣開關和其他電氣設備的運行狀態(tài)，如果電氣設備或者空氣開關發(fā)生短路故障，該管理系統(tǒng)就會自動報警通知值班人員，然后自動切斷電源直至值班人員發(fā)現(xiàn)故障切換為人工操作狀態(tài)。

1.2 PCL和智能監(jiān)控模塊組成的監(jiān)控系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)也是由PLC作為系統(tǒng)核心控制部件，要求施工設計人員在該仿真系統(tǒng)設計中對斷路器等電氣設備進行各項參數(shù)的合理設置，并加裝有效的自動操作機構。能夠幫助現(xiàn)場施工作業(yè)人員實現(xiàn)對斷路器以及其他電氣設備的實時監(jiān)控管理，減少了現(xiàn)場施工作業(yè)人員的反復性工作，節(jié)省人工成本，提高施工效率。在設計階段就為以后的現(xiàn)場施工打好基礎，降低人力物力消耗，提高設計質量。

2.建筑電氣智能化的供配電設計原則和算法程序流程

在施工作業(yè)項目中，建筑電氣智能化設計是非常重要的環(huán)節(jié)之一，它涉及整個供配電系統(tǒng)的施工質量和施工效率，然后還關系到整個工程施工作業(yè)中是否安全、是否實用以及最后的經濟效益。內容眾多、工程量大、設計結構復雜可想而知。主要的流程如圖1所示：

圖1 程序流程

3.供配電所的布置與選址

3.1 供配電所的選址要求

隨著經濟社會的發(fā)展，現(xiàn)在建筑物的設計都向著高、大的方向發(fā)展，所以施工現(xiàn)場的用電負荷越來越集中，為了節(jié)約有色金屬以及電能損耗等方面的投入，用電負荷集中設計可以節(jié)約配電電纜溝渠的挖掘工作，省下大量人工成本，同時可以提高施工作業(yè)效率，具有優(yōu)秀的經濟效能。為了以上的目的考慮，通常情況下，以下是施工現(xiàn)場的供配電位置選擇的要點：

靠近電源、接近中心負荷，進出線接口方便。不能靠近高溫和有劇烈活動的場所。不可設置在塵土飛揚、有水霧或是腐蝕性的地方，如果迫不得已，必須離腐蝕性氣體下風口有一定距離。不可臨近廁所、衛(wèi)浴等常年積水的場所。遠離危險爆炸物，不可臨近容易發(fā)生火災的場所。應在通風條件好的地點設置。高層居民樓地下室的配電室應設置在散熱通風條件好的位置，不可設置在最下層。在獨立建筑物中，不可設置在有可能發(fā)生積水的場所。

3.2 供配電所的形式

供配電所的形式設計應該根據(jù)當時的用電負荷情況和當?shù)丨h(huán)境具體而定。大型或者高層居民樓房建筑物，應該設立地下獨立變電設施。一二線城市的居民聚集區(qū)，有條件的情況下可以設置戶外成套的供配電所，必須設置獨立供配電所。中小城鎮(zhèn)村鎮(zhèn)的居民聚集區(qū)和大型工廠的生活區(qū)，在環(huán)境允許的情況下，設置容量315 kV及以下的桿上供配電所。在用電負荷比較大的廠房和工廠生產車間，需要設置額外的供配電所或者露天式供配電所。對于多跨廠房等負荷較大的用電場所，其負荷中心設置在廠房的中心，在條件允許時，可在生產車間里設置組合式供配電所。

4.供配電設計的仿真建模

計算機軟件在幫助設計人員參與設計工作的工程中，雖然帶來了很多方便，但是也有一些問題，比如在計算機軟件上顯示的設計樣板中顯示的電氣元件符號是設計人員根據(jù)傳統(tǒng)圖紙的符號挪用來的，但是在計算機軟件上一般只會標出電器元件的名稱以及型號這種基本信息，不會標明接線方法、如何安裝、和尺寸以及額定電流電壓這種具體信息，這就導致設計人員在設計準備階段需要做大量的重復性工作，反復確認各類電器元件的具體信息，浪費了大量的人力物力，增加設計成本。建筑物智能化供配電設計利用面向技術，將各類電器元件的具體工程信息添加到建筑供配電設計建模中，這樣做能夠減少設計人員很大的不必要麻煩，提高設計質量，節(jié)省人力物力資源，提高工作效率，在初步設計階段節(jié)約時間，為后期施工作業(yè)保證按工期按時交工。

在以往的供配電工程設計中保留到數(shù)據(jù)庫中的信息品類繁多、信息量大，信息關系比較復雜，所以現(xiàn)代設計中在總數(shù)據(jù)庫中建設專家知識庫、動態(tài)設計庫以及工程信息庫三個子庫，在每個字庫中建立若干信息表，方便查詢。三個子庫都是小型數(shù)據(jù)庫，因此庫存容量不大，在總系統(tǒng)中的圖資源只在總系統(tǒng)中，存在于目錄里，沒有必要下載到子庫中。

三個子庫分工不同，其中，以專家知識庫為例，專家知識庫主要用來存放供配電系統(tǒng)設計中需要的專家系統(tǒng)制式規(guī)則，系統(tǒng)目錄把這類規(guī)則按照一定類別分成各種規(guī)則小庫，每個對應生成一張規(guī)則數(shù)據(jù)表。此類數(shù)據(jù)表的每條數(shù)據(jù)代表一條專家知識庫里的一條規(guī)則，其中的字段一一對應相應的條件和理論知識。

5.智能供配電系統(tǒng)電源設計

為了有效降低智能控制中心的供電負荷，在進行設計的過程中，需要為其提供兩個獨立電源，電源電能為10 kV，需要用其中一個電源作為主電源，另外一個電源作為備用電源。在兩個電源中都沒有出現(xiàn)故障的情況下，即便其中一個電源出現(xiàn)故障，另一個電源都會來進行供電工作。在針對210kV系統(tǒng)進行設計的過程中，需要借助母線來設計10kV系統(tǒng)，然后再用機械閉鎖兩路電源以此來滿足供電需求。同時，主電源呈現(xiàn)工作狀態(tài)下，備用電源為斷開。如果主電源出現(xiàn)問題，此時需要將進線柜的斷路器斷開，然后在將備用電源的進線柜斷路器合閘。此外，在布置變電時需要將10 kV 高低配室以及控制室安排在最底層的地下室，在選擇接地系統(tǒng)的過程中，中性點不連接接地系統(tǒng)。在針對380V系統(tǒng)展開設計的過程中，應該嚴格根據(jù)計算機系統(tǒng)和動力設備系統(tǒng)來進行配置。需要采用單母線分段方法來對照明計算機中的低壓配電系統(tǒng)進行配置，共有3段，日常電力運行需要借助1段和2段低壓母線進行供電，在1段和2段之間需要設置1號低壓母線聯(lián)絡開關，將3段低壓母線作為備用電源。在3段和1段之間的低壓母線中設置2號低壓母線開關。3段的低壓母線不參與正常的供電工作。在電路無故障的過程中，3段低壓母線不需帶電。

動力設備的電力系統(tǒng)設計參照上文中的電力布設方式，也采用單母線分段式設計，同樣分為3段。其中的日常的供電工作由4段和5段的低壓母線負責。在4段和5段的低壓母線之間設置3號低壓母線聯(lián)絡開關，將6段的低壓母線作為備用電。同時在6段和4段低壓母線之間要設置4號低壓母線開關，6段低壓母線不參與正常狀態(tài)下的供電工作，因此在電力系統(tǒng)無故障的情況下6段的低壓母線不需要帶電。如果4段和5段的低壓母線均發(fā)生故障，此時由6段低壓母線做好相應的接替工作。在進線開關和母線之間設置閉鎖，當母線合閘時，連接的進線開關不能同時合閘。當兩個進線開關均在合閘狀態(tài)時，母聯(lián)閘無法關閉。在一級負荷中有重要負荷時，末端配電箱由雙電源自動切換裝置供電。當某些設備有停電的需要時，供電系統(tǒng)可以轉換成 UPS供電模式。

6.無功補償系統(tǒng)設計

在進行無功補償系統(tǒng)設計的過程中，應該將低壓自動集中補償和就地分散補償進行有效結合。此外，還要將集中功率因數(shù)自動補償設備安裝在變配電站的低壓處，功率因數(shù)補償后的數(shù)值不得低于0.9.針對氣體放電照明設備，現(xiàn)場進行自帶補償電容分散補償，補償后燈具的功率因數(shù)不低于0.9。

7.結語

本文在分析建筑智能供配電工程設計的發(fā)展現(xiàn)狀后，對于目前在工程設計階段存在的計算機輔助軟件繪圖出現(xiàn)的問題提出一些解決辦法，結合大型建筑智能化供配電設計的各種特點，建議采用建立核心數(shù)據(jù)庫的方法，對制圖、設計、計算分析以及信息化管理的供配電智能設計，對此系統(tǒng)由設計階段到建模仿真進行了全面的分析，希望研究成果可以對以后此類的研究具有一定的指導性。