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1概述

智能建筑是采用計算機技術及網絡技術對建筑物內的電力照明、空調、給排水、防災、保安、車庫等設備進行自動控制和統(tǒng)一管理，并對用戶提供信息和通信服務等的一種新型建筑。智能建筑的特點就是設施智能化，如安裝了計算機設備、數據通信線路、自控設備等。使用戶可以取得通信、文字處理、電子郵件、情報資料檢索、科學計算、行情查詢等服務，另外對建筑物的所有空調、給排水、供配電設備、防火、保安等設備由計算機控制，實現(xiàn)綜合自動化。智能建筑供電中斷，將嚴重影響正常工作，并導致重要用電單位和公共場所秩序混亂。變配電系統(tǒng)的安全、可靠供電是智能建筑正常運行的先決條件。除繼電保護與備用電源自動投入等功能要求外，必須具備對開關與變壓器的狀態(tài)，系統(tǒng)的電流、電壓、有功功率等參數的監(jiān)測，進而實現(xiàn)全面的能量管理。

2智能建筑

2．1智能建筑的定義智能建筑是信息時代的產物，當今科學技術正處于高速發(fā)展階段，其中相當多的成果已應用于智能建筑，使其具體內容與形式相應提高并不斷發(fā)展。所以至今均無統(tǒng)一的定義，但近年世界大型建筑的半數將出現(xiàn)在中國，因此有必要給其下個定義。美國智能建筑學會定義為：智能建筑是對建筑物的結構、系統(tǒng)、服務和管理這四個基本要素進行最優(yōu)化組合所獲得的高效率、高功能與高舒適性的大樓。該定義的特點是較概括與抽象。在日本建筑雜志中，突出智能建筑是高功能的大樓，是方便有效地利用現(xiàn)代信息與通訊設備，并采用樓宇自動化技術，具有高度綜合管理功能的大樓。在新加坡，規(guī)定智能建筑必須具備3個條件:一是具有先進的自動化控制系統(tǒng)，能對大廈內的溫度、濕度、燈光進行自動調節(jié)，并具有消防、保安功能，為用戶提供舒適、安全的環(huán)境。二是具有良好的通信網絡設施，以保證數據在大廈內流通。三是能夠提供足夠的對外通信設施與能力。我國對住宅小區(qū)智能化建筑有新標準，按現(xiàn)代信息技術、網絡技術和信息集成技術的全面性和先進性分為普及型、先進型和領先型，并提出具體要求。各開發(fā)建設單位申報時可任選一種。

2．2智能建筑的基本組成一般認為，智能建筑是由三大基本要素構成，通常又稱做3A建筑，就是建筑設備自動化系統(tǒng)BAS(包括了消防自動化系統(tǒng)FAS和保安自動化系統(tǒng)SAS)，辦公自動化系統(tǒng)OAS，通信自動化系統(tǒng)CAS。以上三者通過綜合布線系統(tǒng)PDS有機結合，構筑于建筑物環(huán)境平臺上。見圖1所示。

2．2．1BAS：該系統(tǒng)用來對大廈內的各種機電設施進行自動控制，包括空調、通風、空氣調節(jié)、給排水、供配電、照明、電梯、消防、保安等。通過信息通信網絡組成分散控制，集中監(jiān)視與管理的管控一體化系統(tǒng)，隨時檢測、顯示其運行參數;監(jiān)視、控制其運行狀態(tài)；根據外界條件、環(huán)境因素、負載變化情況自動調節(jié)各種設備始終運行于最佳狀態(tài)；自動實現(xiàn)對電力、供熱、供水等能源的調節(jié)與管理；提供一個安全、舒適、高效而且節(jié)能的環(huán)境。

2．2．2OAS：該系統(tǒng)是服務于具體辦公業(yè)務的人機交互信息系統(tǒng)。是由各種辦公設備、信息傳輸與網絡設備和相應配套的系統(tǒng)軟件、工具軟件、應用軟件等組成。

2．2．3CAS：該系統(tǒng)是用來保證大廈內、外各種通信聯(lián)系暢通無阻，并提供網絡支持能力。實現(xiàn)對語音、數據、控制信號的收集、傳輸、控制、處理與利用。借助多種通信網絡可以實現(xiàn)大廈內外、國內外的信息互通、資料查詢和資源共享。

3變配電系統(tǒng)

智能建筑供電中斷，將嚴重影響正常工作，并導致重要用電單位和公共場所秩序混亂。因此在進行工程設計前，必須對負荷等級進行劃分，除冷凍機、空調機、熱力點等為三級負荷，其余皆為一、二級負荷，對于不允許停電的重要負荷，要求兩個獨立電源供電，在一個電源系統(tǒng)檢修或出了故障而另一個電源系統(tǒng)又發(fā)生了故障的情況下，應自動啟動大廈自備的柴油發(fā)電機組向其供電。如圖2所示。在供配電系統(tǒng)設計中，首先要確定變配電室位置及其平面布置，根據用電量計算變壓器容量，進而確定高壓、低壓供電系統(tǒng)圖，高壓進線與低壓出線的方式及途徑等。

3．1變配電室位置的選擇智能建筑一般為高層建筑，在高層建筑中變配電室的位置選擇應遵循以下原則：（1）接近負荷中心。（2）高壓10kV（或35kV）兩路電源引入方便，低壓380V線路引出方便。（3）接近10kV（或35kV）電源側。（4）變配電所不應設在廁所、浴室和其它經常有積水的場所的下面。（5）變壓器、高/低壓開關柜運輸方便。智能建筑用電量大的冷凍機房、熱力電、泵房大部分集中在地下室。因此，變配電室大多數設置在地下1層、2層，也有設計在地下3層的。為了節(jié)省建筑面積，簡化土建施工，近幾年多采用高壓電纜上進線，低壓電纜上出線的形式。

3．2變壓器容量確定變壓器容量確定要根據負荷計算，一般用二項式法（P30=Σ(bPe)i+(cPx)max,Q30=Σ(bPetgФ)i+(cPx)maxtgФmax）或需用系數法P30i=KdPeQ30i=P30itgФP30=KΣPΣP30iQ30=KΣqΣQ30i)。而在工程開始設計時，沒有用電負荷資料，變壓器容量只能估算，參照國內外高層建筑與智能大廈的經驗數據是100－140VA/m2，近幾年的設計皆按100VA/m2來設置變壓器。例如：北京國際大廈建筑面積40000m2，設置4臺1000kVA變壓器。北京發(fā)展大廈建筑面積53000m2，設置4臺1250kVA變壓器。最近調查北京地區(qū)幾幢高檔寫字樓用電負荷表明，實際負荷率偏低，低于40％。用電負荷估算數據應該按照實際情況調整，建議調整為80－100VA/m2。因為變壓器設在大廈樓內，應選用室內變壓器，同時根據消防要求，通常選用環(huán)氧樹脂澆注型干式變壓器，這種變壓器不具有過負荷能力。

3．3高壓、低壓配電系統(tǒng)

3．3．1高壓配電系統(tǒng)高壓10kV系統(tǒng)采用單母線分段運行，兩路高壓電源同時供電。當一路電源斷電時，中間聯(lián)絡開關自動閉合或手動閉合，一路電源應能向全部一級、二級負荷供電。繼電保護的設計以合理的運行方式和常見的故障類型為依據，并應滿足速動性、選擇性、可靠性和靈活性等4項基本要求。電源進線保護的要求應符合當地供電部門的規(guī)定，一般進線保護應設置過電流保護、電流速斷保護和低電壓保護。母線聯(lián)絡柜裝設過電流保護。變壓器保護一般裝設過電流保護、電流速斷保護、溫度保護。保護裝置的合理設置，可做過迅速切除短路過負荷等故障，縮小事故范圍，保證大廈供電系統(tǒng)的正常運行。智能大廈系重要負荷，供電系統(tǒng)操作電源一般采用直流，電壓為直流110V或220V，由定型成套直流電源柜提供。

3．3．2低壓配電系統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)的設計根據工程規(guī)模、設備布置、負荷性質及用電容量等條件確定。低壓配電系統(tǒng)應滿足供電可靠性和供電靈活性的要求，系統(tǒng)力求簡單靈活、操作安全、檢修方便。低壓配電一般采用380/220V中性點直接接地系統(tǒng)。低壓主進線空氣斷路器，一般選用具有三段保護特性的大型斷路器，施工圖要標出斷路器各整定數值。在兩段低壓母線上各安裝自動補償電容器柜，按照負荷變化情況，自動調整功率因數。

3．4變配電智能化系統(tǒng)變配電系統(tǒng)正常運行、可靠供電是大廈正常營業(yè)的保證，因此，智能大廈的控制中心要控制、監(jiān)視、記錄供電系統(tǒng)的運行情況，這個任務就由變配電智能化系統(tǒng)來承擔。變配電智能化系統(tǒng)是建筑物自動化系統(tǒng)(BAS)中的一個重要組成部分，是對整個變配電系統(tǒng)來進行綜合控制管理的統(tǒng)一體。這種系統(tǒng)以計算機局域網絡為通信基礎，以計算機技術為核心，具有分散監(jiān)控和集中管理的功能。它是與數據通信、圖形顯示、人機接口、輸入輸出接口技術相結合的，用于設備運行管理、數據采集和過程控制的自動化系統(tǒng)。

3.4.1電氣系統(tǒng)主要監(jiān)測控制內容（1）電源監(jiān)測。對高低壓電源進出線的電壓、電流、功率、功率因數、頻率的狀態(tài)監(jiān)測及供電量積算。（2）變壓器監(jiān)測。變壓器溫度監(jiān)測、風冷變壓器通風機運行情況、油冷變壓器油溫和油位監(jiān)測。（3）負荷監(jiān)測。各級負荷的電壓、電流、功率的監(jiān)測，當超負荷時系統(tǒng)停止低優(yōu)先級的負荷。(4)線路狀態(tài)監(jiān)測。高壓進線、出線、二路進線的連絡線的斷路器狀態(tài)監(jiān)測、故障報警。(5)用電電源控制。在主要電源供電中斷時自動啟動柴油發(fā)電機或燃氣輪機發(fā)電機組，在恢復供電時停止備用電源，并進行倒閘操作。通過對高低壓控制柜自動的切換，對系統(tǒng)進行節(jié)能控制；通過對交連開關的切換，實現(xiàn)動力設備聯(lián)動控制；對租戶的用電量進行自動統(tǒng)計計量。(6)供電恢復控制。當供電恢復時，按照設定的優(yōu)先程序，啟動各個設備電機，迅速恢復運行，避免同時啟動各個設備，而使供電系統(tǒng)跳閘。

3.4.2電氣系統(tǒng)的監(jiān)測控制

3.4.2.1智能建筑監(jiān)測控制點劃分為以下幾種：(1)顯示型。包括運行狀態(tài)、報警狀態(tài)及其它。顯示主接線圖、交直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)運行圖及運行參數，對系統(tǒng)各開關變位和故障變位進行正確區(qū)分，對參數超限報警。(2)控制型。包括設備節(jié)能運行控制、順序控制(按時間順序控制或工藝要求的控制)。(3)記錄型。包括狀態(tài)檢測與匯總表輸出、積算記錄及報表生成、對事故、故障進行順序記錄，可以查詢事故原因并且顯示、制表和打印，可繪制負荷曲線并且顯示、打印運行報表。(4)復合型。指同時有兩種以上監(jiān)控需要。

3.4.2．2變配電設備控制。主要包括：(1)高壓進線、出線、連絡線的斷路器遙控。(2)低壓進線、出線、連絡線的斷路器遙控。(3)主要線路斷路器的遙控，如配電干線、消防干線的斷路器遙控，對水泵房、制冷機房、供熱站供電的斷路器；以及上述站房的進線斷路器遙控。(4)電動機智能控制。(5)電源饋線，設過電流及接地故障保護，三相不平衡監(jiān)測，重合閘功能，備用電源自動投入。(6)變壓器。設計有內部故障和過載保護、熱過載保護。(7)分段斷路器。設置電流速斷保護、過電流保護。

3.4.2．3備用發(fā)電機監(jiān)測控制。測量和控制內容有：(1)發(fā)電機線路的電氣參數的測量，如電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等。(2)發(fā)電機狀況監(jiān)測：如轉速、油溫、油壓；油量、進出水溫、水壓、排氣溫度、油箱油位等。（3)發(fā)電機和線路狀況的測量。(4)發(fā)電機和有關線路的開關的控制。(5)有直流電源時，對它的供電質量(電壓、電流)監(jiān)測報警。

4結語

變配電系統(tǒng)是智能建筑電氣設計非常重要的部分，它的安全性、可靠性是智能建筑運行的必備的基礎之一，亦是先決條件，因此本文對智能建筑中變配電系統(tǒng)的設計和變配電智能化系統(tǒng)的配備進行討論是非常必要的。