建筑物變配電工程智能化設(shè)計(jì)的研究

辜 為

(河南黃金物資公司，鄭州 450002)

0 引言

近些年來，隨著建筑市場(chǎng)的良好發(fā)展，很多地區(qū)的住宅小區(qū)和高檔別墅，配套的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的建設(shè)項(xiàng)目也都如雨后春筍般大量的出現(xiàn)在建筑市場(chǎng)上；伴隨著建筑市場(chǎng)迅猛發(fā)展的是住宅管理社會(huì)化的同步出現(xiàn)和發(fā)展，以及作為神經(jīng)系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)在建筑物內(nèi)的智能化系統(tǒng)的高度發(fā)展，與此同時(shí)各地供電服務(wù)部門和管理部門對(duì)不同的建筑類型的供電要求也有著不同的要求，對(duì)于業(yè)主對(duì)建筑智能化工程的需求和要求也發(fā)生了巨大變化。這就為建筑電氣設(shè)計(jì)者提出了一個(gè)新的難題和挑戰(zhàn)，即如何實(shí)現(xiàn)建筑物變配電工程的高度智能化，并使其能夠與其他的建筑智能工程相適應(yīng)。

1 目前我國建筑物變配電工程智能化的現(xiàn)狀

隨著建筑電氣科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，城市居民對(duì)生活、工作、娛樂的環(huán)境品質(zhì)以及建筑管理效率、效益要求都大大提高了，這在客觀上極大促進(jìn)了建筑智能化的發(fā)展。目前在我國很多大城市及一些經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的中等城市，對(duì)于樓宇自動(dòng)化、通信自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化等基本的建筑弱電系統(tǒng)有著較高的要求，上述系統(tǒng)已成為高等級(jí)建筑的基本配置和普通功能要求，而對(duì)于智能建筑的定義也是在不斷地變化，一些新的技術(shù)及其衍生產(chǎn)品都大大擴(kuò)展了智能建筑的涵蓋范圍，部分智能系統(tǒng)只是短短幾年就進(jìn)入到成熟及大面積使用的階段。

與上述智能系統(tǒng)相比，建筑的變配電系統(tǒng)幾乎沒有太大的變化，相關(guān)的智能化的腳步一直十分緩慢，從很多現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來看已經(jīng)到了不能適應(yīng)當(dāng)前階段建筑的要求了。隨著很多建筑現(xiàn)場(chǎng)的配電容量的擴(kuò)大和配電規(guī)模的增大趨勢(shì)，對(duì)其提出一個(gè)新的要求那就是較高的可靠度，除了從設(shè)計(jì)角度給予控制，還應(yīng)該從使用先進(jìn)的設(shè)備、設(shè)備的實(shí)用性、兼容性、高度智能性等方面給予控制。建筑變配電的智能化是整個(gè)系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢(shì)。

2 建筑變配電系統(tǒng)有待改進(jìn)的部分

目前國內(nèi)高層建筑的變配電系統(tǒng)設(shè)備一般由如下幾個(gè)部分組成：1)不同組數(shù)的高低壓配電柜；2)變壓器系統(tǒng)；3)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)；4)不同控制任務(wù)的動(dòng)力照明控制設(shè)備。長期以來，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)只是將上述設(shè)備作為普通的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，這就造成安全技術(shù)的缺失而缺少控制，即系統(tǒng)對(duì)變配電設(shè)備有監(jiān)管任務(wù)，但并不對(duì)其控制。典型的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成一般分為電量變送器和DI 板卡兩部分，對(duì)于變配電設(shè)備的監(jiān)測(cè)由如下幾組設(shè)備組合功能實(shí)現(xiàn)：1)高低壓進(jìn)線系統(tǒng)、聯(lián)絡(luò)斷路器狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)和故障探查、顯示、報(bào)警系統(tǒng)；電路系統(tǒng)必要參數(shù)如電壓、電流、用電功率的檢測(cè)、顯示及用電負(fù)荷過載報(bào)警；全部高低壓回路的啟動(dòng)狀態(tài)的探查、屏顯系統(tǒng)；2)變壓系統(tǒng)溫控設(shè)備及檢測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)溫度顯示及溫度預(yù)警報(bào)警設(shè)備；3)發(fā)電機(jī)開閉系統(tǒng)及供電裝置斷路器工作狀態(tài)的監(jiān)視、顯示及故障顯示報(bào)警系統(tǒng)，電流參數(shù)、功率載荷參數(shù)、供電系統(tǒng)頻率的檢測(cè)、系統(tǒng)顯示及過載報(bào)警；4)交流電源區(qū)域開關(guān)情況檢測(cè)及預(yù)警和報(bào)警系統(tǒng)；直流輸出參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化情況、顯示及報(bào)警系統(tǒng)。一般的建筑基本上都有如上的配置，但是上述系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)到變配電系統(tǒng)所聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)的幾個(gè)模糊數(shù)據(jù)，從實(shí)用性和安全保障性來講，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)定要求。

從筆者經(jīng)驗(yàn)來看往往如下幾個(gè)方面需要在今后的設(shè)計(jì)和施工中給予重視和改進(jìn)：1)高壓開關(guān)柜一般都配備有計(jì)算機(jī)保護(hù)設(shè)備，其具有對(duì)交流量、開關(guān)量的采集和通訊功能，往往都是處于功能重疊和或是多機(jī)組反復(fù)采集狀態(tài)；2)一般的機(jī)組中的低壓大電流回路斷路器都標(biāo)配了智能模塊，該模塊具有測(cè)量和聯(lián)絡(luò)功能，此模塊功能往往都處于消極狀態(tài)、且經(jīng)常重復(fù)信號(hào)采集；3)繼電保護(hù)行為及保護(hù)設(shè)備的誤操作信息得不到及時(shí)反饋，無法完成事故的調(diào)查工作；4)整個(gè)配電系統(tǒng)的整體安全性能沒有可靠度；5)對(duì)于系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)或是無載荷狀態(tài)，沒有模塊干預(yù)形成優(yōu)化調(diào)節(jié)及節(jié)能功能；6)系統(tǒng)內(nèi)的變配電設(shè)備仍然由人工手動(dòng)調(diào)節(jié)；7)系統(tǒng)內(nèi)存在大量的電量變送器、不同型號(hào)規(guī)格電纜和電線，大大增加了施工階段的工作量。無序化、無整體性的配置大大降低了系統(tǒng)的安全保障能力、降低可靠度和抗屏蔽能力；8)一、二次設(shè)備間存在較為嚴(yán)重的電磁互相干擾及不兼容的情況；9)部分工程使用的設(shè)備與目前電力主管部門的要求相去甚遠(yuǎn)；10)信息的收集及處理工作不系統(tǒng)，無法加以利用；11)與相關(guān)的控制系統(tǒng)的集成難度很大；12)系統(tǒng)價(jià)高質(zhì)量無法保證，難以占領(lǐng)市場(chǎng)。

對(duì)于一些具有通訊功能的整合控制模塊越來越被業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注，很多模塊內(nèi)采用了變配電設(shè)備的配備，這樣就大大減少了數(shù)量巨大的變送器、電纜等，既節(jié)約了成本也減少了安裝量。由于設(shè)計(jì)者沒有能從一個(gè)相對(duì)高的層面來考慮，很多變配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)沒有從配電系統(tǒng)的安全可靠性出發(fā)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題

一個(gè)好的變配電設(shè)計(jì)，最基本的做法就是嚴(yán)格按照國家的現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程要求，保證設(shè)計(jì)成果的“合法性”。另外要尊重當(dāng)?shù)仉姌I(yè)主管部門針對(duì)工程的實(shí)際情況而提出的意見和建議，否則在后續(xù)的施工和使用中會(huì)對(duì)工程的質(zhì)量和進(jìn)度產(chǎn)生不同程度的影響。目前有一些設(shè)計(jì)單位在建筑變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中普遍存在如下問題：

1)過于隨意地使用工程設(shè)計(jì)專用詞語，應(yīng)該明確區(qū)分變電所或是配電所，在有針對(duì)性的設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)圖紙中不可以一概使用“變配電所”這個(gè)專用名詞。

2)不明確區(qū)分帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的型式與系統(tǒng)接地的型式的區(qū)別。應(yīng)嚴(yán)格按照國際電工委員會(huì)IEC－TC64 第312 條所規(guī)定，即以具體特征區(qū)分配電系統(tǒng)的型式，包括帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的型式和系統(tǒng)接地的型式。在設(shè)計(jì)文件中不得將三相四線制的TN－S 系統(tǒng)一概混稱為“三相五線制”。

3)避免在設(shè)備布置時(shí)，在變配電所的具體設(shè)備布置圖上，保證系統(tǒng)圖與平面圖要一致，容易出現(xiàn)問題的是：在系統(tǒng)圖里設(shè)備的位置是平面圖的反，或是平面圖上存在母線橋的位置上在系統(tǒng)圖上卻找不到。另外在配電屏的周圍空間沒有滿足規(guī)范要求或是通道寬度不夠或是出口數(shù)量少于最小值。

4)在工程實(shí)際中往往使用YJV 型交聯(lián)聚乙烯電纜和VV 型聚氯乙烯電纜。在對(duì)電纜的選擇上要按照GB50054—95 第2.2.2 條的要求來選擇截面，從實(shí)際上來看很多設(shè)計(jì)者在選用的電纜截面時(shí)，經(jīng)常會(huì)不滿足該條規(guī)范中第一、第二條的規(guī)定。

5)在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者在處理低壓配電系統(tǒng)的斷路器時(shí)，有斷路器和熔斷器兩個(gè)選擇。而實(shí)際中斷路器使用的較為普遍，很多設(shè)計(jì)者在選用低壓斷路器時(shí)沒有進(jìn)行短路電流計(jì)算。在采用斷路器來對(duì)短路進(jìn)行保護(hù)時(shí)，斷路器必須具備大于安裝處可能出現(xiàn)的短路電流時(shí)的分?jǐn)嗄芰?。而很多設(shè)計(jì)中沒有達(dá)到要求的條件。

6)相當(dāng)一部分設(shè)計(jì)者沒有很好地理解關(guān)于斷開中性線及應(yīng)用四極開關(guān)的要求，在設(shè)計(jì)中對(duì)于低壓配電系統(tǒng)，沒有將斷開中性線和應(yīng)用四極開關(guān)的做法處理相一致。

4 常用建筑變配電系統(tǒng)智能化實(shí)施方法

變配電系統(tǒng)作為樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中較小的組成部分，直接影響到全部系統(tǒng)的正常工作。一旦變配電系統(tǒng)失靈，直接會(huì)造成整個(gè)建筑的失控或是癱瘓。

所以在弱電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，就要考慮上述情況，確保整個(gè)系統(tǒng)的順利運(yùn)行，對(duì)于一個(gè)完備的變配電智能監(jiān)控系統(tǒng)必須滿足如下要求：1)具備微機(jī)繼電保護(hù)裝置的檢測(cè)功能，具備低壓斷路器智能模塊的控制功能，上訴功能的實(shí)現(xiàn)可以在分析后自動(dòng)上傳上報(bào)；2)對(duì)于上述系統(tǒng)的監(jiān)控可以通過發(fā)電機(jī)、變壓器等自備監(jiān)控裝置來對(duì)其控制，并在有通訊口的前提下實(shí)現(xiàn)交互式監(jiān)控；3)減少單一功能的智能裝置，大量使用多功能于一體的智能單元設(shè)備，保證其滿足常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這樣可大大降低系統(tǒng)的布線施工困難、系統(tǒng)抗干擾能力弱、系統(tǒng)可靠度差等缺點(diǎn)；4)加裝必要的抗干擾裝置，如對(duì)一些通訊口加裝了隔離裝置；5)確保全部高壓開關(guān)柜可實(shí)行“三遙”，對(duì)于部分重要的低壓回路也要實(shí)行“三遙”；6)確保具有較為人性化、可操作性、簡(jiǎn)單執(zhí)行的監(jiān)控軟件；7)充分完善軟件和硬件的整體功能性，確?？蓤?zhí)行監(jiān)、測(cè)、控、調(diào)、保護(hù)的一體化；8)能夠與樓宇智能化系統(tǒng)或其他智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和通訊的實(shí)時(shí)對(duì)接和交換，確保信息的通暢。

5 結(jié)語

本文所述的智能系統(tǒng)的集成、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集成，以及對(duì)于上述功能實(shí)現(xiàn)的研發(fā)等是需要多方面、多部門的認(rèn)同與支持的。對(duì)于設(shè)計(jì)者而言，應(yīng)該重視上述問題，設(shè)計(jì)前圍繞市場(chǎng)需求開展市場(chǎng)摸底調(diào)研，這樣才能為服務(wù)對(duì)象提供該性價(jià)比的智能配電系統(tǒng)，確保智能建筑更加完美。

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