智能楼宇供配电系统.docx

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智能楼宇供配电系统

天津电子信息职业技术学院

暨国家示范性软件职业技术学院

网络供配电施工与管理实训

题目：

智能楼宇供配电系统

姓名：

系别：

网络系

专业：

计算机控制技术

班级：

指导教师：

时间安排：

2012年6月4日至2012年6月15日

目录

引言2

摘要2

一、典型楼宇供配电系统3

⒈负荷分布及变压器的配置3

⒉供电系统的主结线3

⒊低压配电方式5

二、供配电系统监测-6-

三、应急电源系统6

1.自备发电机组容量的选择6

2.自备发电机组的机组选择7

学习心得8

参考文献9

摘要

本文详细介绍了楼宇自动化系统组成中智能楼宇供配电系统的基本功能、基本原理、系统构成，一切用电的部门，如果没有自备发电机，差不多都是由电力系统供电的。

由发电厂、电力网（输电、变电、配电）和用户组成的统一整体称为电力系统。

其目的是把发电厂的电力供给用户使用。

因此，电力系统又常称为输配电系统或供配电系统。

关键词：

智能楼宇供配电系统基本功能原理构成配电系统

引言

智能楼宇的核心是5A系统，智能楼宇就是通过综合布线系统将此5个系统进行有机的综合，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，使建筑物具有了安全、便利、高效、节能的特点。

智能楼宇是一个边沿性交叉性的学科，涉及计算机技术、自动控制、通讯技术、建筑技术等，并且有越来越多的新技术在智能楼宇中应用。

　通过楼宇自控系统（这里指通常所说的小BA系统或狭义BA系统，采用先进的计算机控制技术，以丰富灵活的控制、管理软件和节能程序，使建筑物机电或建筑群内的设备有条不紊、综合协调、科学地运行，从而达到有效地保证建筑物内有舒适的工作环境、实现节能、节省维护管理工作量和运行费用的目的。

楼宇自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。

本文重点对智能供配电系统进行相关介绍。

一、典型楼宇供配电系统

中大型楼宇的供电电压一般采用lOkV，有时也可采用35kV。

为了保证供电可靠性，应至少有两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。

两路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。

此外，必要时还需装设应急备用发电机组。

⒈负荷分布及变压器的配置

高层建筑的用电负荷一般可分为空调、动力、电热、照明等类。

对于全空调的各种商业性楼宇，空调负荷属于大宗用电，约占40%～50%。

冷热源设备一般放在大楼的地下室、首层或下部。

动力负荷主要指电梯、水泵、排烟风机等设备。

普通建筑的动力负荷都比较小，随着建筑高度的增加，在超高层建筑中，由于电梯负荷和水泵容量的增大，动力负荷的比重将会明显的增加。

动力负荷中的水泵等亦大部分放在下部，因此，就负荷的竖向分布来说，负荷大部分集中在下部，因此将变压器设置在建筑物的底部是有利的。

但是,在40层以上的高层建筑中，电梯设备较多，此类负荷大部分集中于大楼的顶部。

竖向中段层数较多，通常设有分区电梯和中间泵站。

在这种情况下，宜将变压器按上、下层配置或者按上、中、下层分别配置。

供电变压器的供电范围大约为15～20层。

如日本的新信心大厦共60层，变压器配置在地下4层和地面40层;纽约的帝国大厦共102层，变压器配置在地下2层、地面41层及84层。

为了减少变压器台数，单台变压器的容量一般都大于1000kVA。

由于变压器深入负荷中心而进入楼内，从防火要求考虑，不应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，而应采用干式变压器和真空断路器。

负荷中心是供配电设计中一个重要的概念。

变电所应尽量设在负荷中心，以便于配电，节省导线，也有利于施工。

负荷中心实际上是一种最佳配电点，它需要按所要达到的优化目标及不同的计算条件而列出的目标函数来确定。

事实上，负荷的大小不是恒定不变的，因此负荷中心常会变动。

在设计时也往往由于各种实际因素而不能将配电点布置在计算而得的负荷中心上。

只有在负荷比较平稳的部门，才可将变电所设在负荷中心或大负荷的近旁。

⒉供电系统的主结线

电力的输送与分配，必须由母线、开关、配电线路、变压器等组成一定的供电电路，这个电路就是供电系统的一次结线，即主结线。

智能化建筑由于功能上的需要，一般都采用双电源进线，即要求有两个独立电源，常用的供电方案如图4-1所示。

图4-1a为两路高压电源，正常时一用一备，即当正常工作电源事故停电时，另一路备用电源自动投入。

此方案可以减少中间母线联络柜和一个电压互感器柜，对节省投资和减小高压配电室建筑面积均有利。

这种结线要求两路都能保证100%的负荷用电。

当清扫母线或母线故障时，将会造成全部停电。

因此，这种接线方式常用在大楼负荷较小，供电可靠性要求相对较低的建筑中。

图4-1b为两路电源同时工作，当其中一路故障时，由母线联络开关对故障回路供电。

该方案由于增加了母线联络柜和电压互感器柜，变电所的面积也就要增大。

这种接线方式是商用性楼宇、高级宾馆、大型办公楼宇常用的供电方案。

当大楼的安装容量大，变压器台数多时，尤其适宜采用这种方案，因为它能保证较高的供电可靠性。

我国目前常用的主结线方案为双电源接入，如图4－2所示

对于规模较小的建筑，可采用高供低备的主结线方案，如图4－3所示

。

⒊低压配电方式

低压配电方式是指低压干线的配线方式。

低压配出干线一般是指从变电所低压配电屏分路开关至各大型用电设备或楼层配电盘的线路。

用电负荷分组配电系统是指负荷的分组组合系统。

智能化建筑由于负荷的种类较多，低压配电系统的组织是否得当，将直接影响大楼用电的安全运行和经济管理。

低压配电的结线方式可分为放射式和树干式两大类。

放射式配电是一独立负荷或一集中负荷均由一单独的配电线路供电，它一般用在下列低压配电场所：

①供电可靠性高的场所;②单台设备容量较大的场所;③容量比较集中的地方。

对于大型消防泵、生活水泵和中央空调的冷冻机组，一是供电可靠性要求高，二是单台机组容量较大，因此考虑以放射式专线供电。

对于楼层用电量较大的大厦，有的也采用一回路供一层楼的放射式供电方案。

树干式配电系统是一独立负荷或一集中负荷按它所处的位置依次连接到某一条配电干线上。

树干式配电所需配电设备及有色金属消耗量较少，系统灵活性好，但干线故障时影响范围大，一般适用于用电设备比较均匀，容量不大，又无特殊要求的场合，如图4-4所示

。

二、供配电系统监测

供配电系统是智能大楼的命脉，因此电力设备的监控和管理是至关重要的。

由监控系统对供配电设备的运行状况进行监测，并对各参量进行测量，如电流、电压、频率、有功功率、功率因数、用电量、开关动作状态、变压器的油温等等，如图4－5所示

管理中心根据测量所得的数据进行统计、分析，以查找供电异常情况、预告维护保养，并进行用电负荷控制及自动计费管理。

电网的供电状况随时受到监视，一旦发生电网全部断电的情况，控制系统作出相应的停电控制措施，应急发电机将自动投入，确保消防、安保、电梯及各通道应急照明的用电，而类似空调、洗衣房等非必要用电负荷可暂时不与供电。

同样，复电时控制系统也将有相应的复电控制措施。

供配电系统监测有如下内容：

①各自动开关、断路器状态监测;②三相电压、电流检测;③有功、无功功率及功率因数检测;④电网频率、谐波检测;⑤变压器温度检测及故障状态报警;⑥用电量（kwh）检测。

三、应急电源系统

1.自备发电机组容量的选择

自备发电机组容量的选择，目前尚无统一的计算机公式，因此在实际工作中所采用的方法也各不相同。

有的简单地按照变压器容量的百分比确定，例如用变压器容量的1O%～20%确定，有的根据消防容量相加，也有的根据业主的意愿确定。

自备发电机的容量选得太大，会造成一次投资的浪费，选得太小，事故时一则满足不了使用的要求，二则大功率电动机起动困难。

如何确定自备发电机的容量呢?

应按自备发电机的计算负荷选择，同时用大功率电动机的起动来检验。

在计算自备发电机容量时，可将智能建筑用电负荷分为三类:

第一类保安型负荷，即保证大楼人身安全及大楼内智能化设备安全，可靠运行的负荷，有消防水泵、消防电梯、防排烟设备、应急照明及大楼设备的管理计算机监控系统设备、通信系统设备、从事业务用的计算机及相关设备等。

第二类保障型负荷，即保障大楼运行的基本设备负荷，也是大楼运行的基本条件，主要有工作区域的照明、部分电梯、通道照明等。

第三类一般负荷，除上述负荷外的负荷，例如舒适用的空调、水泵及其他一般照明、电力设备等。

计算自备发电机容量时，第一类负荷必须考虑在内，第二类负荷是否考虑，应视城市电网情况及大楼的功能而定，若城市电网很稳定，能保证两路独立的电源供电，且大楼的功能要求不太高，则第二类负荷可以不计算在内。

虽然城市电网稳定，能保证两路独立的电源供电，但大楼的功能要求很高或级别相当高，那么应将第二类负荷计算在内，或部分计算在内。

例如:

银行、证券大楼的营业大厅的照明，主要职能部门房间的照明等。

若将保安型负荷和部分保障型负荷相叠加，来选择发电机容量，其数据往往偏大。

因为在城市电网停电时，大楼并未发生火灾时，消防负荷设备不起动，那么自备发电机起动只需提供给保障型负荷供电即可。

而发生火灾时，保障型负荷中只有计算机及相关设备仍供电外，工作区域照明不需供电，只需保证消防设备的用电。

因此要考虑两者不同时使用，择其大者作为发电机组的设备容量。

在初步设计时自备发电机容量可以取变压器总装机容量的1O%～20%左右。

2.自备发电机组的机组选择

1）启动装置由于这里讨论的自备发电机组均为应急所用，因此首先要选有自启动装置的机组，一旦城市电网中断，应在15s内起动且供电。

机组在市电停后延时3s后开始启动发电机，启动时间约lOs（总计不大于15s，若第一次启动失败，第二次再启动，共有三次自启动功能，总计不大于30s），发电机输出主开关合闸供电。

当市电恢复后，机组延时2～15min（可调）不卸载运行，5min后，主开关自动跳闸，机组再空载冷却运行约1Omin后自动停车。

如图4-6所示，为机组运行流程图。

2）外形尺寸机组的外形尺寸要小，结构要紧凑，重量要轻，辅助设备也要尽量减小，以缩小机房的面积和层高。

3）自启动方式自起动方式尽量用电起动,起动电压为直流24V,若用压缩空气起动时，要一套压缩空气装置，比较麻烦，尽量避免采用。

4）冷却方式在有足够的进风、排风通道情况下，尽量采用闭式水循环及风冷的整体机组。

这样耗水量很少，只要每年更换几次水并加少量防锈剂就可以了。

在没有足够进、排风通道的情况下，可将排风机、散热管与柴油机主体分开，单独放在室外，用水管将室外的散热管与室内地下层的柴油主机相连接。

5）发电机宜选用无刷型自动励磁的方式。

⑶供电系统设计用电负荷分组配电的常见方案是，在市电停供时，供一般负荷的各分路开关均因失压而脱扣，这时备用电源或发电机组应投入或启动，但一般负荷应甩掉（或部分甩掉），以供保证负荷。

为了避免火灾发生时切除一般负荷出现误操作，一级负荷可集中一段母线供电，这样做可提高供电可靠性。

如果一级负荷母线与一般负荷母线之间加防火间隔，还可减小相互影响。

发电机机组作为大楼的自备应急电源，其配电系统应在正常电源故障停电后，能快速可靠地对重要负荷恢复供电，减小电源故障造成的损失。

在低压配电系统中，对不需要由机组供电的一般负荷，不能接在应急母线上，对可以短时间停电但也重要的负荷（例如营业大厅的照明）可以手动合闸。

学习心得

通过学习我了解了楼宇智能的起源和发展：

现代社会对信息的需求量越来越大，信息传递速度也越来越快，二十一世纪是信息化的世纪，目前推动世界经济发展的主要是信息技术、生物技术和新材料技术，而其中信息技术对人们的经济、政治和社会生活影响最大，信息业正逐步成为社会的主要支柱产业，人类社会的进步将依赖于信息技术的发展和应用。

　　近年来，电子技术（尤其是计算机技术）和网络通信技术的发展，使社会高度信息化，在建筑物内部，应用信息技术、古老的建筑技术和现代的高科技相结合，于是产生"楼宇智能化"。

楼宇智能化是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制，对信息资源进行管理，为用户提供信息服务，它是建筑技术适应现代社会信息化要求的结晶。

1984年美国联合科技的UTBS公司在康涅狄格（ConnecticutStste）州哈伏特（Hartford）市将一座金融大厦进行改造并取名CityPlace（都市大厦），主要是增添了计算机设备、数据通信线路、程控交换机等，使住户可以得到通信、文字处理、电子函件、情报资料检索、行情查询等服务。

同时，对大楼的所有空调、给排水、供配电设备、防火、保安设备由计算机进行控制，实现综合自动化、信息化，使大楼的用户获得了经济舒适、高效安全的环境，使大厦功能发生质的飞跃，从而诞生了世界上第一座智能化楼宇。

自此以后，世界上楼宇智能化建设走上了高速发展轨道。

同时也对楼宇智能的功能有素了解：

从楼宇智能化的功能角度看，楼宇智能化提供的功能应包括：

具有信息处理功能，而且信息范围不只局限于建筑物内，应该能在城市、地区或国家间进行；能对建筑物内照明、电力、暖通、空调、给排水、防灾、防盗、运输设备进行综合自动控制；能实现各种设备运行状态监视和统计记录的设备管理自动化，并实现以安全状态监视为中心的防灾自动化；建筑物内应具有充分的适应性和可扩展性；它的所有功能应能随技术进步和社会需要而发展。

参考文献

（1）《楼宇智能化技术》孙景芝武汉理工大学出版社2009年3月

（2）《现代建筑照明设计手册》，湖南科技出版社

（3）《建筑电气安装工程图集》，水利电力出版社

（4）《高层建筑电气工程》，水利电力出版社