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變配電智能化系統(tǒng)是建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)中的一個(gè)重要組成部分。建筑物自動(dòng)化是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行綜合控制管理的統(tǒng)一體。這種系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)為通信基礎(chǔ)，以計(jì)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(guò)程控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。

1  電氣系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)控制內(nèi)容有：

　　    (1)電源監(jiān)測(cè)  對(duì)高低壓電源進(jìn)出線(xiàn)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及供電量積算。  

　　    (2)變壓器監(jiān)測(cè)  變壓器溫度監(jiān)測(cè)、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(cè)。  

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

　　    (4)線(xiàn)路狀態(tài)監(jiān)測(cè)  高壓進(jìn)線(xiàn)、出線(xiàn)、二路進(jìn)線(xiàn)的連絡(luò)線(xiàn)的斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警。

　　    (5)用電源控制  在主要電源供電中斷時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)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(shí)停止備用電源，并進(jìn)行倒閘操作。通過(guò)對(duì)高低壓控制柜自動(dòng)的切換，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制；通過(guò)對(duì)交連開(kāi)關(guān)的切換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制；對(duì)租戶(hù)的用電量進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)計(jì)量。

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

2 電氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制  

 2．1智能建筑監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)劃分為以下幾種： 

　　    (1)顯示型  包括運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)及其他。顯示主接線(xiàn)圖、交直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)運(yùn)行圖及運(yùn)行參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)各開(kāi)關(guān)變位和故障變位進(jìn)行正確區(qū)分，對(duì)參數(shù)超限報(bào)警。 

　　    (2)控制型  包括設(shè)備節(jié)能運(yùn)行控制、順序控制(按時(shí)間順序控制或工藝要求的控制)。 

　　    (3)記錄型  包括狀態(tài)檢測(cè)與匯總表輸出、積算記錄及報(bào)表生成、對(duì)事故、故障進(jìn)行順序記錄，可以查詢(xún)事故原因并且顯示、制表和打印，可繪制負(fù)荷曲線(xiàn)并且顯示、打印運(yùn)行報(bào)表。

　　    (4)復(fù)合型  指同時(shí)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(xiàn)、出線(xiàn)、連絡(luò)線(xiàn)的斷路器遙控。 

　　    (2)低壓進(jìn)線(xiàn)、出線(xiàn)、連絡(luò)線(xiàn)的斷路器遙控。  

　　    (3)主要線(xiàn)路斷路器的遙控，如配電干線(xiàn)、消防干線(xiàn)的斷路器遙控，對(duì)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(xiàn)斷路器遙控。

　　    (4)電動(dòng)機(jī)智能控制。

　　    (5)電源饋線(xiàn)，設(shè)過(guò)電流及接地故障保護(hù)，三相不平衡監(jiān)測(cè)，重合閘功能，備用電源自動(dòng)投入。 

　　    (6)變壓器。設(shè)計(jì)有內(nèi)部故障和過(guò)載保護(hù)、熱過(guò)載保護(hù)。

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

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

　　    (1)發(fā)電機(jī)線(xiàn)路的電氣參數(shù)的測(cè)量，如電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率等。

　　    (2)發(fā)電機(jī)狀況監(jiān)測(cè)：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(xiàn)路狀況的測(cè)量。

　　    (4)發(fā)電機(jī)和有關(guān)線(xiàn)路的開(kāi)關(guān)的控制。  

　　    (5)有直流電源時(shí)，對(duì)它的供電質(zhì)量(電壓、電流)監(jiān)測(cè)報(bào)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(xiàn)  電網(wǎng)電壓和頻率監(jiān)測(cè)，相間和相對(duì)地故障、三相不平衡、自動(dòng)重合閘。 

　　    (2)變壓器  內(nèi)部過(guò)載和故障、熱過(guò)載。  

　　    (3)電動(dòng)機(jī)  內(nèi)部過(guò)載和故障、電網(wǎng)和負(fù)載故障、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況監(jiān)測(cè)。

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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(dòng)化系統(tǒng)一樣由控制分站和中央站組成。它的輸入信號(hào)由傳感器提供，輸出信號(hào)使各種開(kāi)關(guān)動(dòng)作或報(bào)警，在監(jiān)控中心可以安裝動(dòng)態(tài)模擬顯示器和操作臺(tái)。它的功能有顯示和控制主開(kāi)關(guān)或斷路器的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)急或備用電源的控制等?？梢匀〈胀ǖ目刂坪托盘?hào)屏。變配電所一般不需要重復(fù)設(shè)置信號(hào)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(cè)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(hào)。

　　    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(jì)算機(jī)能接受的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)(電流0～5A，4～20mA或電壓0～10V)。用于建筑物管理系統(tǒng)對(duì)于建筑物內(nèi)變配電系統(tǒng)各種電量的監(jiān)測(cè)記錄。它有電流互感器、電壓互感器及多參數(shù)電力監(jiān)測(cè)儀。多參數(shù)電力監(jiān)測(cè)儀可以監(jiān)測(cè)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(cè)量計(jì)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(shí)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)?？刂品终局饕瓿蓪?shí)時(shí)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(kāi)關(guān)量，具有多個(gè)通信口，具體可以進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定。  

　　    3．3中壓開(kāi)關(guān)柜微機(jī)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)  智能化中壓開(kāi)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(kāi)關(guān)柜上。它的特點(diǎn)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(cè)、遙信等功能。  

它有對(duì)各種電量的計(jì)量、監(jiān)測(cè)、報(bào)警作用。為滿(mǎn)足不同的應(yīng)用要求如進(jìn)線(xiàn)和饋線(xiàn)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、母線(xiàn)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(shí)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(chǔ)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(lái)完成數(shù)據(jù)收集計(jì)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方修改定值傳遞保護(hù)信息，打印故障報(bào)告等功能。由于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的參數(shù)與故障時(shí)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(hào)動(dòng)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(chǔ)器  有定值存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。定值存儲(chǔ)器儲(chǔ)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(xiàn)修改內(nèi)容。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM用來(lái)存取現(xiàn)場(chǎng)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(shí)讀出、寫(xiě)入或改寫(xiě)，一般用22K的芯片。程序存儲(chǔ)器則用于存儲(chǔ)已編好并具有保護(hù)功能的應(yīng)用程序，一般用可改寫(xiě)的存儲(chǔ)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(hào)，由于這種信號(hào)數(shù)值大大超過(guò)微機(jī)所能接受的電壓標(biāo)準(zhǔn)；這些參數(shù)在故障時(shí)變化很大，微機(jī)只能識(shí)別電壓，所以必須把經(jīng)過(guò)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(huì)超過(guò)這個(gè)范圍。為了限制輸入信號(hào)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(cè)信號(hào)頻率。在故障時(shí)電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)高次諧波，實(shí)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(dòng)作要求以及程序需要充分的執(zhí)行時(shí)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(hào)等。由于采樣后的離散數(shù)字量也是瞬時(shí)值，不能直接用來(lái)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(dòng)作與否的判斷。特別是電力系統(tǒng)包含非線(xiàn)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(pán)、通信口、打印機(jī)、顯示裝置。通信口完成智能開(kāi)關(guān)設(shè)備連接，一般用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，如Lonworks，CANbus，Profibus總線(xiàn)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(dòng)化  低壓配電系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化可以有兩種方式實(shí)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(dòng)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(duì)大容量斷路器的框架式斷路器采用智能型斷路器，而對(duì)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(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)、接地、欠電壓保護(hù)等。此外，還可以對(duì)負(fù)荷監(jiān)測(cè)和控制、遠(yuǎn)方顯示、測(cè)量電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、諧波和電能等。測(cè)定故障電流、故障顯示、接地故障時(shí)選擇性閉鎖、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、自檢。通過(guò)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(duì)斷路器進(jìn)行遙控操作，對(duì)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(dòng)機(jī)控制器  智能電動(dòng)機(jī)控制器可以提供對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)和監(jiān)控功能。智能電動(dòng)機(jī)控制器可以提供的保護(hù)功能有過(guò)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(dòng)機(jī)控制器可以應(yīng)用于電機(jī)直接起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、直接起動(dòng)附加控制單元、星／三角起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)、軟起動(dòng)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(chǔ)功能，能存儲(chǔ)近期的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)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(dòng)機(jī)控制器一樣，它的保護(hù)功能較簡(jiǎn)單，如設(shè)置了接地、過(guò)電流等保護(hù)功能。

　　    智能型電動(dòng)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(duì)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(duì)多臺(tái)斷路器進(jìn)行監(jiān)視。電子繼電器、智能斷路器及智能電動(dòng)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(tái)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(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行起動(dòng)、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(zhuān)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(chēng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集軟件(SCADA)。對(duì)軟件的要求是：具有良好的人機(jī)界面，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)多種要求，它提供的基本功能有：

　　    (1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　    (2)遙信遙控，對(duì)電量越限，事故報(bào)警。

　　    (3)診斷功能，在線(xiàn)幫助。

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

　　    (5)報(bào)表生成功能  如日?qǐng)?bào)表、24h電壓、電流報(bào)表、開(kāi)關(guān)動(dòng)作報(bào)表、電量平衡報(bào)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(chǎng)合)：

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

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

　　    (3)事件程序  監(jiān)視點(diǎn)的狀態(tài)變化、報(bào)警、指定恢復(fù)條件、設(shè)定狀態(tài)動(dòng)作，可以進(jìn)行與／或等邏輯條件設(shè)定動(dòng)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(shí)，可按照自動(dòng)或手動(dòng)的恢復(fù)供電指令操作，并依照自備發(fā)電時(shí)的強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)控制讓運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器停止運(yùn)作，然后一邊參照時(shí)間表一邊讓停電瞬間正在運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)器自動(dòng)起動(dòng)(投入)。在部分停電的場(chǎng)合，可以手動(dòng)恢復(fù)該點(diǎn)供電。