楼宇智能化的供配电系统

第2章 楼宇智能化的供配电系统,各类建筑为了接受从电力系统送来的电能，需要有一个内部的供配电系统。楼宇供配电系统由高压及低压的配电系统、变电站（配电站）和用电设备组成。它是整个建筑物的动力系统，为楼宇内部的空调系统、给排水系统、照明系统、电梯系统、消防及安防系统等提供正常运转所需的电力能源。,2.1 供配电系统,智能建筑用电设备的种类多、负荷密度大（一般大于100W/m2），而且用电负荷比较集中。一般情况下，空调负荷约占总用电量的45%，照明负荷占总用电量的20%30%，电梯、水泵及其他动力设备占总用电量的25%35%。一些智能化设备属于连续不间断工作的重要负荷，供电可靠性和电源质量是保证智能化设备及其网络稳定工作的重要因素。,2.1.1 保证供电的可靠性,根据智能建筑的特点，为了保障楼内人员和设备的安全，对供电的可靠性提出了特殊的要求。应根据建筑物内用电负荷的性质和大小、外部电源情况、负荷与电源之间的距离来确定电源的回路数，保证供电可靠。由于智能建筑用电负荷大，因此应对负荷进行分析，合理划分级别，以便正确地设计供配电系统，又不致造成浪费使建筑费用增加。,2.1.2 满足电源的质量要求,稳定的电源质量是用电设备正常工作的根本保证，电源电压的波动、波形的畸变、多次谐波的产生都会对智能建筑用电设备的性能产生影响，对计算机及其网络系统产生干扰，导致设备的使用寿命降低，使控制过程中断或造成失误。所以，应该采取措施减少电压损失，防止电压偏移，抑制高次谐波，为智能建筑提供稳定、可靠的高质量电源。,2.2 电源质量标准,电源质量的好坏直接影响到用电设备的工作性能，关系到电力系统是否安全可靠地运行。电源的质量指标主要有电压偏移、电压波动、电压频率、电压的谐波及电压的三相不平衡程度等。,2.3 供配电系统基本构成,建筑供配电系统是接收、转换、分配和输送电能的系统，它主要由变配电设备和线路构成。变配电设备用于接收、转换和分配电能，由变电站或配电站（只接收和分配电能）实现；线路用于输送电能。表示变配电站中各电器元件之间电气连接关系的电气图叫主接线图，表示电源点向用电点的电能输送路径的接线图叫供配电方式接线图。,2.3.1 变配电站常用主接线,建筑供配电系统的变配电站通常由高压系统和低压系统两部分组成，如图2-1所示。,图2-1 常用主接线形式,高、低压系统的常用主接线形式有单母线不分段接线和单母线分段接线，图2-2所示高压系统为单母线不分段主接线，低压系统为单母线分段主接线。,图2-2 供配电系统示意图,2.3.2 常用供配电方式,对于低压系统来说，常用的供配电方式主要有放射式、干线式，如图2-3所示。两种方式都可以是单回路或双回路形式。,图2-3 常用供配电方式,2.4 对供配电系统的基本要求,2.4.1 满足供电可靠性要求。 供电可靠性是指系统用电设备供电的连续性。根据建筑物内用电负荷的性质和大小、外部电源情况、负荷与电源之间的距离，确定电源的回路数，保证供电可靠。 建筑物供配电系统的可靠性由两方面来满足：一方面是要求有可靠的外部电源；另一方面是要求内部供配电系统的主接线和供配电方式要满足要求，在系统发生部分故障时，仍能满足连续供电的要求。,2.4.2 满足电能质量要求,电能质量主要有频率和电压两大指标，其中，频率指标主要由电力系统调控，电压指标则需由电力系统和用户供配电系统一起来调控。电压质量指标主要有电压偏移、电压波动、谐波及电压的三相不平衡度。,2.4.3 智能建筑供配电系统的特点,（1）由于用电量大，一般供电电压都采用10kV标准电压等级，有时也可采用35kV，变压器装机容量大于5000kVA，并设内部变配电所。 （2）按照智能民用建筑设计防火规范（GB 5004595）的有关要求，为了确保智能建筑消防设施和其他重要负荷用电，智能建筑一般要求两路或两路以上独立电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应能自动投入运行，不至同时受到损坏。另外，还须装设应急备用柴油发电机组，要求在15s内自动恢复供电，保证事故照明、计算机设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。,2.4.3 智能建筑供配电系统的特点,（3）智能建筑的用电负荷一般可分为空调、动力、照明等。在超智能建筑中通常采用变压器深入负荷中心的方式，变压器进入楼内而且上楼。 （4）变压器进入楼内，不能采用一般的油浸式变压器和油断路器等在事故情况下能引起火灾的电气设备，而采用干式变压器和真空断路器。所以目前国内的普遍做法是：一般的大中型智能办公建筑，有一路10kV市电加应急柴油发电机组就可以了；对于特别重要和用电量很大（例如计算容量大于5000kVA）的大型智能办公建筑，则要求两个独立的市电电源再加应急柴油发电机组。应急电源与工作电源之间必须采用可靠措施防止其并列运行。,2.5 智能建筑供配电自动化系统设计原则,1稳定可靠性原则 2规范性原则 3分层分布原则 4保护功能独立性原则 5分散化原则 6灵活开放性原则,2.6 智能建筑供配电系统自动化的功能配置,智能建筑供配电系统是整个智能建筑物的动力系统，它为建筑物内部的空调系统、给排水系统、照明系统、电梯系统、消防及安防系统等提供正常运转所需的电力能源。建筑供配电系统一般为10kV小电流接地系统，供电方式有单母线方式、双母线方式和双供电方式，负荷具有密度大（一般大于100Wm2）、峰谷差率大、谐波大的特点。实现中压系统自动化一般采用微机保护装置，而实现低压系统自动化一般采用网络电力仪表。,早期的继电保护大都采用电磁式保护，接点多、接线烦琐、调试整定困难、可靠性差。微机保护采用计算机技术、电力自动化技术、通信技术等多种高新技术，集保护、测量、控制、监测、通信于一体，是实现电力系统自动化的基础硬件装置，是构成智能化开关柜的理想电器元件。对智能建筑供配电系统自动化来说，微机保护装置应具有下述功能。 （1）保护功能 （4）通信功能 （2）测量功能 （5）控制功能 （3）远方管理 （6）事件追忆功能,2.6.1 供配电系统的综合自动化控制,供配电系统作为智能建筑BAS的一个子系统，其综合自动化控制有其自身特点，在智能建筑BAS总体管理下，完成自身的综合自动化控制功能。 智能建筑变电所综合自动化系统结构示意图如图2-4所示，这是一种分层分布式的配置，主要由管理层和现场两大部分组成。,图2-4 智能建筑变电所综合自动化系统结构示意图,2.6.2 智能建筑供配电系统的组成,建筑供配电系统由高压供电系统、低压配电系统、变配电所和用电设备组成。通常对大型建筑或建筑小区，电源进线电压多采用10kV，电能先经过高压配电所，再由高压配电所将电能分送给各终端变电所。经配电变压器将10kV高压降为一般用电设备所需的电压（220/380V），然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备使用。,2.6.3 智能建筑的负荷等级划分,负荷等级划分的原则，主要是根据中断供电后在政治、经济上造成影响的程度而定。按照民用建筑电气设计规范（JGJT161992）对负荷等级的划分等级划分的原则，主要是根据中断供电后在政治、经济上造成影响的程度而定。按照民用建筑电气设计规范（JGJT161992）将负荷等级的划分为一级、二级、三级负荷。,2.6.4 常用供电系统图简要说明,（1）外部10kV两路电源并不完全来自城市区域变电站，而至少有一路是来自区域变电站馈电的10kV公用开关站。 （2）外部电源多数取自区域变电站馈电的10kV公用开关站或10kV环网室，而环网开关可能设在用户大楼内与高压配电室毗连。 （3）当外部只有一个高压供电时，也可采用邻近的低电压供电或采用柴油发电机供电。,2.7 低压配电干线系统,2.7.1 配电方式 （1）插接式母线 （2）预制式分支电缆 （3）采用穿刺式线夹分支的电缆 以上3种配电方式，通常用于垂直方向的多层分支。至于专用配线，以及水平部分的电气干线，一般多采用电缆，用电缆桥架敷设。,2.7.2 自备应急电源,多数智能建筑装有柴油发电机组作应急电源，以进一步提高一级负荷供电的可靠性及大楼的声誉。当市电中断后机组能快速自启动，可在15s内恢复供电。发电机功率按一级负荷确定并保证其中1台最大容量的电动机能顺利起动。据调查，柴油发电机功率约占整个建筑物总计算功率的15%。此外，消防控制、电话站、电子计算控制中心等还备有蓄电池静止型不间断供电装置（UPS）。,2.7.3 低压配电线路的安全防火,智能建筑内部的电气线路多而且分布广，智能建筑的火灾多数与电气故障有关，因此配电线路的防火问题是电气安全的一个重要方面。 智能建筑内的一般线路均采用难燃或阻燃材料导线。在火源作用下，这种线路可以燃烧，但当火源移开后会自动熄灭，从而避免了火灾沿线路蔓延扩大的危险。绝缘导线穿钢管敷设时也属于阻燃线路。对于大量人员集中的场所，最好进一步选用低烟无卤电缆，有利于发生火灾时人员安全疏散。,2.7.4 有特殊要求的设备配电,消防设备的配电、智能建筑的消防用电应按一级负荷要求供电，对于消防控制、消防水泵、消防电梯、防排烟风机等的供电，还应在最末一级配电箱处设置自动转换装置。电梯配电必须专用线路供电，不可与照明或其他负荷合用干线，以免影响其他设备正常工作。 对计算机中心的配电，除了保证其负荷等级外，还应注意必须专用线供电，即PE线与N线要分开；计算机房应按要求作局部等电位连接；计算机房的配电箱处应加装SPD，以防雷击电磁脉冲沿线路入侵计算机等信息设备。,2.7.5 低压配电系统的综合自动化,低压配电系统的综合自动化可以有两种方式实现：一种方式是采用智能型断路器；另一种方式是采用智能型控制单元。智能型控制单元又分为两种，一种为电动机控制器，另一种为馈电控制器。从技术经济角度综合考虑，目前多数工程对大容量断路器的框架式断路器采用智能型断路器，而对其他回路采用智能型控制单元。,2.8 智能建筑供配电监测与监控,建筑物自动化是对整个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。,2.8.1 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计算。 （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）用电源控制。在主要电源供电中断时自动起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，起动各个设备电动机，迅速恢复运行，避免同时启动各个设备，而使供电系统跳闸。,2.8.2 电气系统的监测控制,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、报警状态及其他。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，计算记录及报表生成，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。,2.8.3 变配电设备控制,（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