在智能建筑的建筑设备自动化系统(BAS) 中,变配电系统的主要功能是通过系统管理中心提供对建筑物内的高、低压配电房及所有的变、配电设备的监测、监视报警和管理控制,提供对于重要电气设备的控制程序、时间程序和相应的联动程序。
1 供电系统的主结线
现代智能化楼宇的自动化程度很高,有很多复杂的电气设备,供电系统变压器的装机容量也较大,为了保证供电的可靠性,应至少有两个独立的电源。通常,两路独立电源的运行方式有两种,一种是两路电源同时供电,互为备用的方案;另一种是一用一备供电的方案,正常时一路电源供电,另一路作为备用电源,当运行电源发生事故停电时,另一路备用电源投入运行。此外,必要时还装设应急备用发电机组,以便在主电源停电时保证向楼内消防设备如消防水泵、消防电梯、应急照明等重要负荷供电。
2 供配电系统的监测
供配电系统是智能化楼宇的命脉,因此对供配电设备和其他电力设备运行状况的监控和管理是至关重要的。由监控系统对供配电设备的运行状况进行监视,并对电流、电压、频率、有功功率、功率因数、用电量、开关状态等参量进行测量。控制中心根据测量所得的数据进行统计、分析,以查找异常情况,发出告警信号或相应的控制信号。由于供电系统的供电状况随时受到监视和控制,一旦发生事故断电的情况,控制系统便作出相应的控制措施,如控制应急发电机自动投入,确保消防、保安、电梯及各通道应急照明的用电,切除次要负荷。复电时控制系统再作出相应的复电控制措施。
供配电系统的监测有以下内容:
(1) 各自动开关、断路器的分、合状态监测；
(2) 三相交流电压、电流监测,与额定值比较,发现故障报警,并能显示相应的电压、电流数值(3) 有功、无功功率及功率因数监测；
(4) 电网频率、变压器油温监测及故障状态报警等[1] 。
3 系统设计
为配合我院智能建筑课程的教学而建立的智能建筑实验室,首期开发了建筑设备自动化系统
(BAS) 。该智能楼宇自动化系统包括电梯、暖通空调、给排水、消防、供配电、通信、照明、安防等8 个子系统,供配电系统是其中的一个系统。根据实际情况的需要,本系统设计成一个实际的低压配电中心,同时又是一个教学实验室,因此是一个实用的教学实验系统。该系统能配合智能建筑课程进行有关供配电子系统低压部分的教学实验,包括验证性、综合性实验,还可以供学生进行毕业设计。
3.1 系统组成
整个系统包括低压配电柜、控制台以及计算机。低压配电柜负责电能的分配,控制台主要由低压电量变送器组和可编程计算机控制器(PCC) 组成,担负本系统的监控任务。
本系统与其他子系统如消防、给排水子系统相联,实现系统联动。此外,还通过CAN 总线与上位机相连,实现系统的集中监控。
3.2 一次主结线
系统的一次主结线方案如图1 。
如上所述,本系统设计主结线为单母线分段一用一备运行方式。QF1 、QF3 为A、B 两路独立低压电源的进线开关,QF2 为母联开关。设正常运行时,系统由电源A供电,此时,合上开关QF1 和母联开关QF2 ,电源A 就可以向整个系统供电,因为控制电路的联锁作用,电源B 的开关QF3 不能合上。当电源A 出现故障时,断开该电源的进线开关QF1 ,电源B 的开关QF3 就可以合上,整个系统由电源B 供电,此时,因为控制电路的联锁作用,电源A 的开关QF1 不能合上。
3.3 系统监控方案和原理[2]
电量变送器是一种将各种电量如电压、电流、功率、频率因数、频率等转换为标准输出信号(电流4～20mA、电压0～10V) 的变换器件,用于对智能楼宇内变配电系统各种电量的监测记录。根据需要,可以与电压互感器和电流互感器配套使用。本实验系统采用了上海浦江电表厂生产的UFP 系列低压电量变送器,完成电量的转换。变送器输入电压为380/ 220V ,输入电流最大为5A ,其电流输入端需经电流互感器接入主回路,变送器输出电流为4～20mA。
本系统所用的控制器是奥地利(B&R) 贝加莱工业自动化公司生产的B&R 2003 系列可编程计算机控制器(Programmable Computer Controller ,PCC) ,能方便地处理各类传感器输入的开关量、。模拟量信号,并能通过现场总线网络,对各种驱动机构进行实时的控制和调节,组成分布式控制系统[3]。
系统监控原理为,取自配电柜的电压、电流、有功功率和功率因数等电气参数,经控制电缆送到控制台上的低压电量变送器组,在这里被变换为标准输出信号(模拟量4～20mA 电流) ,送入PCC 的模拟量输入模块;各路进线开关和出线开关的通、断状态,作为开关量信号,送入PCC 的开关量输入模块,经过可编程控制器处理后,由PCC 输出监测和控制信号,监测信号可以在PC 机显示器上显示,控制信号去控制配电柜上有关开关的动作。与此同时,本系统通过CAN 总线与中央监控机相连,由中央控制台实行集中监控。
系统监控总表见表1 。
3.4 编程
B&R - 2003 可编程控制器的编程语言有三种,分别为梯形图(LAD) ,指令表(STL) 和PL - 2000 高级编程语言。本系统采用PL - 2000 高级编程语言编程。
4 结 论
系统安装调试后基本符合设计要求,现已投入实际运行。目前该系统作为仿真实验设施,可以进行以下操作:
(1) 现场手动控制,在开关柜上手动进行操作；
(2) 在控制台上对开关柜进行手动遥控操作；
(3) 现场PCC 可编程自动控制,实现可编程计算机控制,完成监控功能；
(4) 实现与其他子系统联动控制；
(5) 利用CAN 总线与中央监控机相连,实现计算机集中监控。
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