張 偉

（甘肅路橋宏盛房屋建筑安裝工程有限公司，甘肅 蘭州 730030）

就現(xiàn)階段來講，電氣自動(dòng)化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和其他專業(yè)的設(shè)計(jì)類似，在實(shí)際生活中被廣泛應(yīng)用。利用MATLAB、CAD制圖等計(jì)算機(jī)軟件對(duì)供配電設(shè)計(jì)軟件主程序進(jìn)行計(jì)算分析、編程和仿真運(yùn)行的一系列操作被稱為供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)元件多、數(shù)據(jù)量大、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)容較多等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)軟件需要具有比較強(qiáng)大的計(jì)算能力和處理龐大數(shù)據(jù)的能力，所以對(duì)于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求很高。換個(gè)角度講，智能化供配電系統(tǒng)需要滿足可以呈現(xiàn)各種使用電器元件模型跟數(shù)據(jù)庫(kù)里的電器元件實(shí)現(xiàn)同步鏈接。

1.常見智能建筑電氣配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 PCL和遠(yuǎn)程I/O模塊組成的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可編程控制器PCL是由PLC系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程 I/O模塊一起構(gòu)成的系統(tǒng)核心控制部件，根據(jù)系統(tǒng)建模以及系統(tǒng)可靠性要求，此仿真系統(tǒng)的組成方法可以分為很多種，所有以上方案的仿真系統(tǒng)模型都離不開可編程控制器PLC對(duì)配電柜的自動(dòng)化以及智能化管控。設(shè)計(jì)施工人員需要在該供配電管理系統(tǒng)里設(shè)置好合理PLC和遠(yuǎn)程 I/O模塊，供配電管理系統(tǒng)可以很好地幫助施工建設(shè)人員隨時(shí)獲取空氣開關(guān)和其他電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果電氣設(shè)備或者空氣開關(guān)發(fā)生短路故障，該管理系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警通知值班人員，然后自動(dòng)切斷電源直至值班人員發(fā)現(xiàn)故障切換為人工操作狀態(tài)。

1.2 PCL和智能監(jiān)控模塊組成的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)也是由PLC作為系統(tǒng)核心控制部件，要求施工設(shè)計(jì)人員在該仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)斷路器等電氣設(shè)備進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的合理設(shè)置，并加裝有效的自動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。能夠幫助現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器以及其他電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員的反復(fù)性工作，節(jié)省人工成本，提高施工效率。在設(shè)計(jì)階段就為以后的現(xiàn)場(chǎng)施工打好基礎(chǔ)，降低人力物力消耗，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.建筑電氣智能化的供配電設(shè)計(jì)原則和算法程序流程

在施工作業(yè)項(xiàng)目中，建筑電氣智能化設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)之一，它涉及整個(gè)供配電系統(tǒng)的施工質(zhì)量和施工效率，然后還關(guān)系到整個(gè)工程施工作業(yè)中是否安全、是否實(shí)用以及最后的經(jīng)濟(jì)效益。內(nèi)容眾多、工程量大、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜可想而知。主要的流程如圖1所示：

圖1 程序流程

3.供配電所的布置與選址

3.1 供配電所的選址要求

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)在建筑物的設(shè)計(jì)都向著高、大的方向發(fā)展，所以施工現(xiàn)場(chǎng)的用電負(fù)荷越來越集中，為了節(jié)約有色金屬以及電能損耗等方面的投入，用電負(fù)荷集中設(shè)計(jì)可以節(jié)約配電電纜溝渠的挖掘工作，省下大量人工成本，同時(shí)可以提高施工作業(yè)效率，具有優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)效能。為了以上的目的考慮，通常情況下，以下是施工現(xiàn)場(chǎng)的供配電位置選擇的要點(diǎn)：

靠近電源、接近中心負(fù)荷，進(jìn)出線接口方便。不能靠近高溫和有劇烈活動(dòng)的場(chǎng)所。不可設(shè)置在塵土飛揚(yáng)、有水霧或是腐蝕性的地方，如果迫不得已，必須離腐蝕性氣體下風(fēng)口有一定距離。不可臨近廁所、衛(wèi)浴等常年積水的場(chǎng)所。遠(yuǎn)離危險(xiǎn)爆炸物，不可臨近容易發(fā)生火災(zāi)的場(chǎng)所。應(yīng)在通風(fēng)條件好的地點(diǎn)設(shè)置。高層居民樓地下室的配電室應(yīng)設(shè)置在散熱通風(fēng)條件好的位置，不可設(shè)置在最下層。在獨(dú)立建筑物中，不可設(shè)置在有可能發(fā)生積水的場(chǎng)所。

3.2 供配電所的形式

供配電所的形式設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)當(dāng)時(shí)的用電負(fù)荷情況和當(dāng)?shù)丨h(huán)境具體而定。大型或者高層居民樓房建筑物，應(yīng)該設(shè)立地下獨(dú)立變電設(shè)施。一二線城市的居民聚集區(qū)，有條件的情況下可以設(shè)置戶外成套的供配電所，必須設(shè)置獨(dú)立供配電所。中小城鎮(zhèn)村鎮(zhèn)的居民聚集區(qū)和大型工廠的生活區(qū)，在環(huán)境允許的情況下，設(shè)置容量315 kV及以下的桿上供配電所。在用電負(fù)荷比較大的廠房和工廠生產(chǎn)車間，需要設(shè)置額外的供配電所或者露天式供配電所。對(duì)于多跨廠房等負(fù)荷較大的用電場(chǎng)所，其負(fù)荷中心設(shè)置在廠房的中心，在條件允許時(shí)，可在生產(chǎn)車間里設(shè)置組合式供配電所。

4.供配電設(shè)計(jì)的仿真建模

計(jì)算機(jī)軟件在幫助設(shè)計(jì)人員參與設(shè)計(jì)工作的工程中，雖然帶來了很多方便，但是也有一些問題，比如在計(jì)算機(jī)軟件上顯示的設(shè)計(jì)樣板中顯示的電氣元件符號(hào)是設(shè)計(jì)人員根據(jù)傳統(tǒng)圖紙的符號(hào)挪用來的，但是在計(jì)算機(jī)軟件上一般只會(huì)標(biāo)出電器元件的名稱以及型號(hào)這種基本信息，不會(huì)標(biāo)明接線方法、如何安裝、和尺寸以及額定電流電壓這種具體信息，這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段需要做大量的重復(fù)性工作，反復(fù)確認(rèn)各類電器元件的具體信息，浪費(fèi)了大量的人力物力，增加設(shè)計(jì)成本。建筑物智能化供配電設(shè)計(jì)利用面向技術(shù)，將各類電器元件的具體工程信息添加到建筑供配電設(shè)計(jì)建模中，這樣做能夠減少設(shè)計(jì)人員很大的不必要麻煩，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省人力物力資源，提高工作效率，在初步設(shè)計(jì)階段節(jié)約時(shí)間，為后期施工作業(yè)保證按工期按時(shí)交工。

在以往的供配電工程設(shè)計(jì)中保留到數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息品類繁多、信息量大，信息關(guān)系比較復(fù)雜，所以現(xiàn)代設(shè)計(jì)中在總數(shù)據(jù)庫(kù)中建設(shè)專家知識(shí)庫(kù)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)庫(kù)以及工程信息庫(kù)三個(gè)子庫(kù)，在每個(gè)字庫(kù)中建立若干信息表，方便查詢。三個(gè)子庫(kù)都是小型數(shù)據(jù)庫(kù)，因此庫(kù)存容量不大，在總系統(tǒng)中的圖資源只在總系統(tǒng)中，存在于目錄里，沒有必要下載到子庫(kù)中。

三個(gè)子庫(kù)分工不同，其中，以專家知識(shí)庫(kù)為例，專家知識(shí)庫(kù)主要用來存放供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要的專家系統(tǒng)制式規(guī)則，系統(tǒng)目錄把這類規(guī)則按照一定類別分成各種規(guī)則小庫(kù)，每個(gè)對(duì)應(yīng)生成一張規(guī)則數(shù)據(jù)表。此類數(shù)據(jù)表的每條數(shù)據(jù)代表一條專家知識(shí)庫(kù)里的一條規(guī)則，其中的字段一一對(duì)應(yīng)相應(yīng)的條件和理論知識(shí)。

5.智能供配電系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)

為了有效降低智能控制中心的供電負(fù)荷，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要為其提供兩個(gè)獨(dú)立電源，電源電能為10 kV，需要用其中一個(gè)電源作為主電源，另外一個(gè)電源作為備用電源。在兩個(gè)電源中都沒有出現(xiàn)故障的情況下，即便其中一個(gè)電源出現(xiàn)故障，另一個(gè)電源都會(huì)來進(jìn)行供電工作。在針對(duì)210kV系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要借助母線來設(shè)計(jì)10kV系統(tǒng)，然后再用機(jī)械閉鎖兩路電源以此來滿足供電需求。同時(shí)，主電源呈現(xiàn)工作狀態(tài)下，備用電源為斷開。如果主電源出現(xiàn)問題，此時(shí)需要將進(jìn)線柜的斷路器斷開，然后在將備用電源的進(jìn)線柜斷路器合閘。此外，在布置變電時(shí)需要將10 kV 高低配室以及控制室安排在最底層的地下室，在選擇接地系統(tǒng)的過程中，中性點(diǎn)不連接接地系統(tǒng)。在針對(duì)380V系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)來進(jìn)行配置。需要采用單母線分段方法來對(duì)照明計(jì)算機(jī)中的低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行配置，共有3段，日常電力運(yùn)行需要借助1段和2段低壓母線進(jìn)行供電，在1段和2段之間需要設(shè)置1號(hào)低壓母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)，將3段低壓母線作為備用電源。在3段和1段之間的低壓母線中設(shè)置2號(hào)低壓母線開關(guān)。3段的低壓母線不參與正常的供電工作。在電路無(wú)故障的過程中，3段低壓母線不需帶電。

動(dòng)力設(shè)備的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)參照上文中的電力布設(shè)方式，也采用單母線分段式設(shè)計(jì)，同樣分為3段。其中的日常的供電工作由4段和5段的低壓母線負(fù)責(zé)。在4段和5段的低壓母線之間設(shè)置3號(hào)低壓母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)，將6段的低壓母線作為備用電。同時(shí)在6段和4段低壓母線之間要設(shè)置4號(hào)低壓母線開關(guān)，6段低壓母線不參與正常狀態(tài)下的供電工作，因此在電力系統(tǒng)無(wú)故障的情況下6段的低壓母線不需要帶電。如果4段和5段的低壓母線均發(fā)生故障，此時(shí)由6段低壓母線做好相應(yīng)的接替工作。在進(jìn)線開關(guān)和母線之間設(shè)置閉鎖，當(dāng)母線合閘時(shí)，連接的進(jìn)線開關(guān)不能同時(shí)合閘。當(dāng)兩個(gè)進(jìn)線開關(guān)均在合閘狀態(tài)時(shí)，母聯(lián)閘無(wú)法關(guān)閉。在一級(jí)負(fù)荷中有重要負(fù)荷時(shí)，末端配電箱由雙電源自動(dòng)切換裝置供電。當(dāng)某些設(shè)備有停電的需要時(shí)，供電系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)換成 UPS供電模式。

6.無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該將低壓自動(dòng)集中補(bǔ)償和就地分散補(bǔ)償進(jìn)行有效結(jié)合。此外，還要將集中功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備安裝在變配電站的低壓處，功率因數(shù)補(bǔ)償后的數(shù)值不得低于0.9.針對(duì)氣體放電照明設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行自帶補(bǔ)償電容分散補(bǔ)償，補(bǔ)償后燈具的功率因數(shù)不低于0.9。

7.結(jié)語(yǔ)

本文在分析建筑智能供配電工程設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀后，對(duì)于目前在工程設(shè)計(jì)階段存在的計(jì)算機(jī)輔助軟件繪圖出現(xiàn)的問題提出一些解決辦法，結(jié)合大型建筑智能化供配電設(shè)計(jì)的各種特點(diǎn)，建議采用建立核心數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，對(duì)制圖、設(shè)計(jì)、計(jì)算分析以及信息化管理的供配電智能設(shè)計(jì)，對(duì)此系統(tǒng)由設(shè)計(jì)階段到建模仿真進(jìn)行了全面的分析，希望研究成果可以對(duì)以后此類的研究具有一定的指導(dǎo)性。