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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。建筑物自動化是對整個系統(tǒng)來進(jìn)行綜合控制管理的統(tǒng)一體。這種系統(tǒng)以計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)為通信基礎(chǔ)，以計算機(jī)技術(shù)為核心，具有分散監(jiān)控和集中管理的功能。它是與數(shù)據(jù)通信、圖形顯示、人機(jī)接口、輸入輸出接口技術(shù)相結(jié)合的，用于設(shè)備運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)采集和過程控制的自動化系統(tǒng)。

1  電氣系統(tǒng)主要監(jiān)測控制內(nèi)容有：

　　    (1)電源監(jiān)測  對高低壓電源進(jìn)出線的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、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(fēng)冷變壓器通風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況、油冷變壓器油溫和油位監(jiān)測。  

　　    (3)負(fù)荷監(jiān)測  各級負(fù)荷的電壓、電流、功率的監(jiān)測，當(dāng)超負(fù)荷時系統(tǒng)停止低優(yōu)先級的負(fù)荷。

　　    (4)線路狀態(tài)監(jiān)測  高壓進(jìn)線、出線、二路進(jìn)線的連絡(luò)線的斷路器狀態(tài)監(jiān)測、故障報警。

　　    (5)用電源控制  在主要電源供電中斷時自動啟動柴油發(fā)電機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，在恢復(fù)供電時停止備用電源，并進(jìn)行倒閘操作。通過對高低壓控制柜自動的切換，對系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制；通過對交連開關(guān)的切換，實現(xiàn)動力設(shè)備聯(lián)動控制；對租戶的用電量進(jìn)行自動統(tǒng)計計量。

　　   (6)供電恢復(fù)控制  當(dāng)供電恢復(fù)時，按照設(shè)定的優(yōu)先程序，啟動各個設(shè)備電機(jī)，迅速恢復(fù)運(yùn)行，避免同時啟動各個設(shè)備，而使供電系統(tǒng)跳閘。

2 電氣系統(tǒng)的監(jiān)測控制  

 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(yùn)行狀態(tài)、報警狀態(tài)及其他。顯示主接線圖、交直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)運(yùn)行圖及運(yùn)行參數(shù)，對系統(tǒng)各開關(guān)變位和故障變位進(jìn)行正確區(qū)分，對參數(shù)超限報警。 

　　    (2)控制型  包括設(shè)備節(jié)能運(yùn)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(jìn)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(fù)荷曲線并且顯示、打印運(yùn)行報表。

　　    (4)復(fù)合型  指同時有兩種以上監(jiān)控需要。

　　    2．2變配電設(shè)備控制  

　　    (1)高壓進(jìn)線、出線、連絡(luò)線的斷路器遙控。 

　　    (2)低壓進(jìn)線、出線、連絡(luò)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(jī)房、供熱站供電的斷路器；以及上述站房的進(jìn)線斷路器遙控。

　　    (4)電動機(jī)智能控制。

　　    (5)電源饋線，設(shè)過電流及接地故障保護(hù)，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(shè)計有內(nèi)部故障和過載保護(hù)、熱過載保護(hù)。

　　    (7)分段斷路器。設(shè)置電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)。

　　    2．3 備用發(fā)電機(jī)監(jiān)測控制  測量和控制內(nèi)容有：  

　　    (1)發(fā)電機(jī)線路的電氣參數(shù)的測量，如電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等。

　　    (2)發(fā)電機(jī)狀況監(jiān)測：如轉(zhuǎn)速、油溫、油壓；油量、進(jìn)出水溫、水壓、排氣溫度、油箱油位等。

　　    (3)發(fā)電機(jī)和線路狀況的測量。

　　    (4)發(fā)電機(jī)和有關(guān)線路的開關(guān)的控制。  

　　    (5)有直流電源時，對它的供電質(zhì)量(電壓、電流)監(jiān)測報警。

　　    2．4  變電所的保護(hù)功能  一般10KV變電所需要的保護(hù)功能有：

　　    (1)引入線  電網(wǎng)電壓和頻率監(jiān)測，相間和相對地故障、三相不平衡、自動重合閘。 

　　    (2)變壓器  內(nèi)部過載和故障、熱過載。  

　　    (3)電動機(jī)  內(nèi)部過載和故障、電網(wǎng)和負(fù)載故障、電動機(jī)起動工況監(jiān)測。

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3  智能建筑變配電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的組成  

　　變配電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和其他建筑物自動化系統(tǒng)一樣由控制分站和中央站組成。它的輸入信號由傳感器提供，輸出信號使各種開關(guān)動作或報警，在監(jiān)控中心可以安裝動態(tài)模擬顯示器和操作臺。它的功能有顯示和控制主開關(guān)或斷路器的狀態(tài)，對應(yīng)急或備用電源的控制等?？梢匀〈胀ǖ目刂坪托盘柶?。變配電所一般不需要重復(fù)設(shè)置信號控制屏。圖1是一種變配電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備組成。普通的監(jiān)測系統(tǒng)是在變配電設(shè)備上增加一些傳感器。如果是智能化斷路器或繼電器，它有內(nèi)置傳感器，可以從通信接口取得信號。

　　    3．1 傳感器(Sensor)和執(zhí)行器(Actuator)  傳感器或執(zhí)行器是將電量或非電量轉(zhuǎn)化為控制設(shè)備可以處理的電量的裝置。電量傳感器是一種將各種電量如電壓、電流、頻率及功率因素轉(zhuǎn)換為數(shù)字量或計算機(jī)能接受的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(電流0～5A，4～20mA或電壓0～10V)。用于建筑物管理系統(tǒng)對于建筑物內(nèi)變配電系統(tǒng)各種電量的監(jiān)測記錄。它有電流互感器、電壓互感器及多參數(shù)電力監(jiān)測儀。多參數(shù)電力監(jiān)測儀可以監(jiān)測單相或三相電力參數(shù)，如電壓、電流、頻率、功率因素、諧波和電能，可提供測量計量參數(shù)監(jiān)視能量管理等功能。它還提供通信接口如RS485、4～20mA輸出或脈沖輸出。

　　    3．2控制分站＼電子繼電器及智能斷路器  控制分站按照是否實現(xiàn)閉環(huán)控制功能區(qū)分為分散控制型(Distributed Control Panel,DCP)和數(shù)據(jù)采集型(Data  Gathering  Panel，DGP)。控制分站主要完成實時性強(qiáng)的控制和調(diào)節(jié)功能。目前，一般系統(tǒng)采用智能型控制器。這種智能型控制器的控制分站可以采用下列設(shè)備： 

　　    1)采用單片機(jī)或單板機(jī)的智能控制器。  

　　    2)采用可編程控制器(PLC)。

　　    3)采用微機(jī)(PC)如工業(yè)控制機(jī)。 

建議采用微機(jī)配置適當(dāng)?shù)妮斎胼敵隹?，它可以處理模擬量或開關(guān)量，具有多個通信口，具體可以進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定。  

　　    3．3中壓開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)  智能化中壓開關(guān)柜配置了微機(jī)保護(hù)和控制單元或電子繼電器，取代了機(jī)電式繼電保護(hù)。微機(jī)保護(hù)和控制單元安裝在開關(guān)柜上。它的特點是保護(hù)功能可靠性高，速度快，精度高，保護(hù)穩(wěn)定性及其靈敏度優(yōu)化組合，不受電流互感器的限制，具有自檢功能和抗環(huán)境電磁干擾能力。它還具有一些新的功能，如故障錄波、通信、遙控、遙測、遙信等功能。  

它有對各種電量的計量、監(jiān)測、報警作用。為滿足不同的應(yīng)用要求如進(jìn)線和饋線、變壓器、電動機(jī)、母線的保護(hù)，具有相應(yīng)產(chǎn)品。它提供完善的監(jiān)控保護(hù)功能，一般提供網(wǎng)絡(luò)通信接口：如RS232，RS485可以接入BAS系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控。

　　微機(jī)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)可以減少控制室的面積，減少控制電纜，減少維修工作量，進(jìn)一步提高供電可靠性。

微機(jī)保護(hù)裝置分為輸入回路(交流接口單元)、出口回路(直流接口單元)、CPU單元、存儲器、人機(jī)接口和電源。

　　    1) CPU單元  為微機(jī)繼電保護(hù)裝置的核心，用來完成數(shù)據(jù)收集計算邏輯判斷處理、發(fā)出跳合閘命令等功能。還可以同上層控制機(jī)通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)方修改定值傳遞保護(hù)信息，打印故障報告等功能。由于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時的參數(shù)與故障時的參數(shù)相差十分懸殊，有的甚至相差幾十倍，所以輸入信號動態(tài)范圍大，一般采用分布式結(jié)構(gòu)。按照單元設(shè)置CPU，雙機(jī)并行工作。  

　　    2)存儲器  有定值存儲器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等。定值存儲器儲存各種保護(hù)設(shè)定值，該芯片具有斷電內(nèi)容丟失功能，且可在線修改內(nèi)容。數(shù)據(jù)存儲器RAM用來存取現(xiàn)場的各種輸入輸出的內(nèi)容、中間運(yùn)算結(jié)果和判斷結(jié)果，按需要時讀出、寫入或改寫，一般用22K的芯片。程序存儲器則用于存儲已編好并具有保護(hù)功能的應(yīng)用程序，一般用可改寫的存儲器EPROM。  

　　    3)輸入回路(交流接口單元)。電力系統(tǒng)的電流、電壓等數(shù)字，經(jīng)電壓互感器、電流互感器轉(zhuǎn)換成100V或5A信號，由于這種信號數(shù)值大大超過微機(jī)所能接受的電壓標(biāo)準(zhǔn)；這些參數(shù)在故障時變化很大，微機(jī)只能識別電壓，所以必須把經(jīng)過電壓互感器、電流互感器變換后的電壓電流再經(jīng)交流接口電路轉(zhuǎn)換成微機(jī)可能接收的電壓值。并且在故障情況下也不會超過這個范圍。為了限制輸入信號的最高頻率，采用低通濾波器，采樣頻率應(yīng)等于或大于被測信號頻率。在故障時電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)高次諧波，實際的采樣頻率是工頻的幾倍甚至幾十倍。另外，繼電保護(hù)的快速動作要求以及程序需要充分的執(zhí)行時間，為了便于運(yùn)算，采樣頻率常用600Hz。

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　　    4)出口回路(直流接口單元)  它包括出口跳閘繼電器及磁保持繼電器及發(fā)光二極管組成的燈光信號等。由于采樣后的離散數(shù)字量也是瞬時值，不能直接用來判斷系統(tǒng)狀態(tài)，必須采用某種數(shù)學(xué)方法得出表征系統(tǒng)特性的參數(shù)，并與相應(yīng)的整定值進(jìn)行比較，從而做出保護(hù)動作與否的判斷。特別是電力系統(tǒng)包含非線性鐵磁元件，分布電容、補(bǔ)償電容，使得短路電流中含有衰減的非周期分量和高頻分量。為了克服這些因素的影響，除了采用濾波措施外，必須采用合適的數(shù)學(xué)方法。

　　    5)人機(jī)接口，有鍵盤、通信口、打印機(jī)、顯示裝置。通信口完成智能開關(guān)設(shè)備連接，一般用現(xiàn)場總線，如Lonworks，CANbus，Profibus總線等。

　　    6)電源  常用交流穩(wěn)壓電源、DC-DC和蓄電池。

　　    3．4 低壓配電系統(tǒng)的綜合自動化  低壓配電系統(tǒng)的綜合自動化可以有兩種方式實現(xiàn)：一種方式是采用智能型斷路器；另一種方式是采用智能型控制單元。而智能型控制單元又分為兩種，一種為電動機(jī)控制器，另一種為饋電控制器。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮目前多數(shù)工程對大容量斷路器的框架式斷路器采用智能型斷路器，而對其他回路采用智能型控制單元。

　　    1)智能型斷路器  智能低壓斷路器帶有微處理器的控制器，它的保護(hù)作用具有長延時、短延時、瞬時過電流保護(hù)、接地、欠電壓保護(hù)等。此外，還可以對負(fù)荷監(jiān)測和控制、遠(yuǎn)方顯示、測量電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、諧波和電能等。測定故障電流、故障顯示、接地故障時選擇性閉鎖、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、自檢。通過網(wǎng)絡(luò)通信接口RS232、RS485、RS422可以接人BAS系統(tǒng)。它可與上位進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可接受上位機(jī)的指令，可與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可由上位機(jī)對斷路器進(jìn)行遙控操作，對斷路器的整定值進(jìn)行修改。它具有內(nèi)置的電流互感器。

　　    2)智能電動機(jī)控制器  智能電動機(jī)控制器可以提供對電動機(jī)的保護(hù)和監(jiān)控功能。智能電動機(jī)控制器可以提供的保護(hù)功能有過載、缺相、欠載、空載、堵轉(zhuǎn)、漏電、相電流不平衡、轉(zhuǎn)速、溫升等。智能電動機(jī)控制器可以應(yīng)用于電機(jī)直接起動、正反轉(zhuǎn)、直接起動附加控制單元、星／三角起動、自耦變壓器起動、軟起動等運(yùn)行方式。它的顯示功能、通信功能與智能型斷路器一樣。此外，還具有存儲功能，能存儲近期的運(yùn)行狀態(tài)、故障報警信息及各種參數(shù)值，它還有通信功能。

　　    3)智能型饋電控制器  智能型饋電控制器基本和智能電動機(jī)控制器一樣，它的保護(hù)功能較簡單，如設(shè)置了接地、過電流等保護(hù)功能。

　　    智能型電動機(jī)控制器、智能型饋電控制器可以裝在低壓配電屏的抽屜上，對那些僅需由控制室監(jiān)視其位置的斷路器，可以裝置多回路監(jiān)控單元，對多臺斷路器進(jìn)行監(jiān)視。電子繼電器、智能斷路器及智能電動機(jī)控制器相當(dāng)于控制分站和傳感器，變電所管理分站是一臺微機(jī)。

　　    3．5  發(fā)電機(jī)組微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

　　    發(fā)電機(jī)組微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以提供發(fā)電機(jī)的電氣參數(shù)及熱工參數(shù)，可以將發(fā)電機(jī)組微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與變電所管理分站聯(lián)網(wǎng)。變電所管理分站可以對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行起動、停止運(yùn)行等控制，如圖2所示。  

4  配電系統(tǒng)控制軟件功能

軟件一般和設(shè)備配套，采用專用軟件，如配電系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理軟件，也可以采用通用監(jiān)控軟件，又稱監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集軟件(SCADA)。對軟件的要求是：具有良好的人機(jī)界面，能夠滿足用戶多種要求，它提供的基本功能有：

　　    (1)實時數(shù)據(jù)采集，形成實時數(shù)據(jù)庫。

　　    (2)遙信遙控，對電量越限，事故報警。

　　    (3)診斷功能，在線幫助。

　　    (4)各種電量的遙測和圖表顯示  如系統(tǒng)能量分配圖、系統(tǒng)單線圖。

　　    (5)報表生成功能  如日報表、24h電壓、電流報表、開關(guān)動作報表、電量平衡報表。

　　    (6) 與BA系統(tǒng)交換信息。  

系統(tǒng)所配軟件除了一般的數(shù)據(jù)處理功能外，應(yīng)有下列功能(裝設(shè)有備用電源的場合)：

　　    (1)停電處理  市電斷電時，自動按照發(fā)電機(jī)容量將負(fù)荷投入／切斷，此時只有火災(zāi)意外程序及手動操作可以執(zhí)行輸出操作。  

　　    (2)電力需求監(jiān)視／控制  自動調(diào)峰控制，進(jìn)行電力需求控制，在用電量超過合同供電量時，將負(fù)荷切除。

　　    (3)事件程序  監(jiān)視點的狀態(tài)變化、報警、指定恢復(fù)條件、設(shè)定狀態(tài)動作，可以進(jìn)行與／或等邏輯條件設(shè)定動作。

　　    (4)恢復(fù)供電程序  恢復(fù)供電后，在將自備發(fā)電切換為商業(yè)用電時，可按照自動或手動的恢復(fù)供電指令操作，并依照自備發(fā)電時的強(qiáng)制驅(qū)動控制讓運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器停止運(yùn)作，然后一邊參照時間表一邊讓停電瞬間正在運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)器自動起動(投入)。在部分停電的場合，可以手動恢復(fù)該點供電。