在智能建筑的建筑設備自動化系統(BAS) 中,變配電系統的主要功能是通過系統管理中心提供對建筑物內的高、低壓配電房及所有的變、配電設備的監測、監視報警和管理控制,提供對于重要電氣設備的控制程序、時間程序和相應的聯動程序。
1 供電系統的主結線
現代智能化樓宇的自動化程度很高,有很多復雜的電氣設備,供電系統變壓器的裝機容量也較大,為了保證供電的可靠性,應至少有兩個獨立的電源。通常,兩路獨立電源的運行方式有兩種,一種是兩路電源同時供電,互為備用的方案;另一種是一用一備供電的方案,正常時一路電源供電,另一路作為備用電源,當運行電源發生事故停電時,另一路備用電源投入運行。此外,必要時還裝設應急備用發電機組,以便在主電源停電時保證向樓內消防設備如消防水泵、消防電梯、應急照明等重要負荷供電。
2 供配電系統的監測
供配電系統是智能化樓宇的命脈,因此對供配電設備和其他電力設備運行狀況的監控和管理是至關重要的。由監控系統對供配電設備的運行狀況進行監視,并對電流、電壓、頻率、有功功率、功率因數、用電量、開關狀態等參量進行測量?？刂浦行母鶕y量所得的數據進行統計、分析,以查找異常情況,發出告警信號或相應的控制信號。由于供電系統的供電狀況隨時受到監視和控制,一旦發生事故斷電的情況,控制系統便作出相應的控制措施,如控制應急發電機自動投入,確保消防、保安、電梯及各通道應急照明的用電,切除次要負荷。復電時控制系統再作出相應的復電控制措施。
供配電系統的監測有以下內容:
(1) 各自動開關、斷路器的分、合狀態監測；
(2) 三相交流電壓、電流監測,與額定值比較,發現故障報警,并能顯示相應的電壓、電流數值(3) 有功、無功功率及功率因數監測；
(4) 電網頻率、變壓器油溫監測及故障狀態報警等[1] 。
3 系統設計
為配合我院智能建筑課程的教學而建立的智能建筑實驗室,首期開發了建筑設備自動化系統
(BAS) 。該智能樓宇自動化系統包括電梯、暖通空調、給排水、消防、供配電、通信、照明、安防等8 個子系統,供配電系統是其中的一個系統。根據實際情況的需要,本系統設計成一個實際的低壓配電中心,同時又是一個教學實驗室,因此是一個實用的教學實驗系統。該系統能配合智能建筑課程進行有關供配電子系統低壓部分的教學實驗,包括驗證性、綜合性實驗,還可以供學生進行畢業設計。
3.1 系統組成
整個系統包括低壓配電柜、控制臺以及計算機。低壓配電柜負責電能的分配,控制臺主要由低壓電量變送器組和可編程計算機控制器(PCC) 組成,擔負本系統的監控任務。
本系統與其他子系統如消防、給排水子系統相聯,實現系統聯動。此外,還通過CAN 總線與上位機相連,實現系統的集中監控。
3.2 一次主結線
系統的一次主結線方案如圖1 。
如上所述,本系統設計主結線為單母線分段一用一備運行方式。QF1 、QF3 為A、B 兩路獨立低壓電源的進線開關,QF2 為母聯開關。設正常運行時,系統由電源A供電,此時,合上開關QF1 和母聯開關QF2 ,電源A 就可以向整個系統供電,因為控制電路的聯鎖作用,電源B 的開關QF3 不能合上。當電源A 出現故障時,斷開該電源的進線開關QF1 ,電源B 的開關QF3 就可以合上,整個系統由電源B 供電,此時,因為控制電路的聯鎖作用,電源A 的開關QF1 不能合上。
3.3 系統監控方案和原理[2]
電量變送器是一種將各種電量如電壓、電流、功率、頻率因數、頻率等轉換為標準輸出信號(電流4～20mA、電壓0～10V) 的變換器件,用于對智能樓宇內變配電系統各種電量的監測記錄。根據需要,可以與電壓互感器和電流互感器配套使用。本實驗系統采用了上海浦江電表廠生產的UFP 系列低壓電量變送器,完成電量的轉換。變送器輸入電壓為380/ 220V ,輸入電流最大為5A ,其電流輸入端需經電流互感器接入主回路,變送器輸出電流為4～20mA。
本系統所用的控制器是奧地利(B&R) 貝加萊工業自動化公司生產的B&R 2003 系列可編程計算機控制器(Programmable Computer Controller ,PCC) ,能方便地處理各類傳感器輸入的開關量、。模擬量信號,并能通過現場總線網絡,對各種驅動機構進行實時的控制和調節,組成分布式控制系統[3]。
系統監控原理為,取自配電柜的電壓、電流、有功功率和功率因數等電氣參數,經控制電纜送到控制臺上的低壓電量變送器組,在這里被變換為標準輸出信號(模擬量4～20mA 電流) ,送入PCC 的模擬量輸入模塊;各路進線開關和出線開關的通、斷狀態,作為開關量信號,送入PCC 的開關量輸入模塊,經過可編程控制器處理后,由PCC 輸出監測和控制信號,監測信號可以在PC 機顯示器上顯示,控制信號去控制配電柜上有關開關的動作。與此同時,本系統通過CAN 總線與中央監控機相連,由中央控制臺實行集中監控。
系統監控總表見表1 。
3.4 編程
B&R - 2003 可編程控制器的編程語言有三種,分別為梯形圖(LAD) ,指令表(STL) 和PL - 2000 高級編程語言。本系統采用PL - 2000 高級編程語言編程。
4 結 論
系統安裝調試后基本符合設計要求,現已投入實際運行。目前該系統作為仿真實驗設施,可以進行以下操作:
(1) 現場手動控制,在開關柜上手動進行操作；
(2) 在控制臺上對開關柜進行手動遙控操作；
(3) 現場PCC 可編程自動控制,實現可編程計算機控制,完成監控功能；
(4) 實現與其他子系統聯動控制；
(5) 利用CAN 總線與中央監控機相連,實現計算機集中監控。
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