智能建筑變配電自動控制系統
http://www.sharifulalam.com 2009-01-16 11:04
變配電智能化系統是建筑物自動化系統(BAS)中的一個重要組成部分。建筑物自動化是對整個系統來進行綜合控制管理的統一體。這種系統以計算機局域網絡為通信基礎，以計算機技術為核心，具有分散監控和集中管理的功能。它是與數據通信、圖形顯示、人機接口、輸入輸出接口技術相結合的，用于設備運行管理、數據采集和過程控制的自動化系統。
1 電氣系統主要監測控制內容有：
(1)電源監測 對高低壓電源進出線的電壓、電流、功率、功率因數、頻率的狀態監測及供電量積算。
(2)變壓器監測 變壓器溫度監測、風冷變壓器通風機運行情況、油冷變壓器油溫和油位監測。
(3)負荷監測 各級負荷的電壓、電流、功率的監測，當超負荷時系統停止低優先級的負荷。
(4)線路狀態監測 高壓進線、出線、二路進線的連絡線的斷路器狀態監測、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電機或燃氣輪機發電機組，在恢復供電時停止備用電源，并進行倒閘操作。通過對高低壓控制柜自動的切換，對系統進行節能控制；通過對交連開關的切換，實現動力設備聯動控制；對租戶的用電量進行自動統計計量。
(6)供電恢復控制 當供電恢復時，按照設定的優先程序，啟動各個設備電機，迅速恢復運行，避免同時啟動各個設備，而使供電系統跳閘。
2 電氣系統的監測控制
2．1智能建筑監測控制點劃分為以下幾種：
(1)顯示型 包括運行狀態、報警狀態及其他。顯示主接線圖、交直流系統和UPS系統運行圖及運行參數，對系統各開關變位和故障變位進行正確區分，對參數超限報警。
(2)控制型 包括設備節能運行控制、順序控制(按時間順序控制或工藝要求的控制)。
(3)記錄型 包括狀態檢測與匯總表輸出、積算記錄及報表生成、對事故、故障進行順序記錄，可以查詢事故原因并且顯示、制表和打印，可繪制負荷曲線并且顯示、打印運行報表。
(4)復合型 指同時有兩種以上監控需要。
2．2變配電設備控制
(1)高壓進線、出線、連絡線的斷路器遙控。
(2)低壓進線、出線、連絡線的斷路器遙控。
(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、制冷機房、供熱站供電的斷路器；以及上述站房的進線斷路器遙控。
(4)電動機智能控制。
(5)電源饋線，設過電流及接地故障保護，三相不平衡監測，重合閘功能，備用電源自動投入。
(6)變壓器。設計有內部故障和過載保護、熱過載保護。
(7)分段斷路器。設置電流速斷保護、過電流保護。
2．3 備用發電機監測控制 測量和控制內容有：
(1)發電機線路的電氣參數的測量，如電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等。
(2)發電機狀況監測：如轉速、油溫、油壓；油量、進出水溫、水壓、排氣溫度、油箱油位等。
(3)發電機和線路狀況的測量。
(4)發電機和有關線路的開關的控制。
(5)有直流電源時，對它的供電質量(電壓、電流)監測報警。
2．4 變電所的保護功能 一般10KV變電所需要的保護功能有：
(1)引入線 電網電壓和頻率監測，相間和相對地故障、三相不平衡、自動重合閘。
(2)變壓器 內部過載和故障、熱過載。
(3)電動機 內部過載和故障、電網和負載故障、電動機起動工況監測。
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3 智能建筑變配電設備監控系統的組成
變配電設備監控系統和其他建筑物自動化系統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動作或報警，在監控中心可以安裝動態模擬顯示器和操作臺。它的功能有顯示和控制主開關或斷路器的狀態，對應急或備用電源的控制等。可以取代普通的控制和信號屏。變配電所一般不需要重復設置信號控制屏。圖1是一種變配電設備監控系統的設備組成。普通的監測系統是在變配電設備上增加一些傳感器。如果是智能化斷路器或繼電器，它有內置傳感器，可以從通信接口取得信號。
3．1 傳感器(Sensor)和執行器(Actuator) 傳感器或執行器是將電量或非電量轉化為控制設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、頻率及功率因素轉換為數字量或計算機能接受的標準輸出信號(電流0～5A，4～20mA或電壓0～10V)。用于建筑物管理系統對于建筑物內變配電系統各種電量的監測記錄。它有電流互感器、電壓互感器及多參數電力監測儀。多參數電力監測儀可以監測單相或三相電力參數，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監視能量管理等功能。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閉環控制功能區分為分散控制型(Distributed Control Panel,DCP)和數據采集型(Data Gathering Panel，DGP)。控制分站主要完成實時性強的控制和調節功能。目前，一般系統采用智能型控制器。這種智能型控制器的控制分站可以采用下列設備：
1)采用單片機或單板機的智能控制器。
2)采用可編程控制器(PLC)。
3)采用微機(PC)如工業控制機。
建議采用微機配置適當的輸入輸出卡，它可以處理模擬量或開關量，具有多個通信口，具體可以進行技術經濟比較來確定。
3．3中壓開關柜微機保護監控系統 智能化中壓開關柜配置了微機保護和控制單元或電子繼電器，取代了機電式繼電保護。微機保護和控制單元安裝在開關柜上。它的特點是保護功能可靠性高，速度快，精度高，保護穩定性及其靈敏度優化組合，不受電流互感器的限制，具有自檢功能和抗環境電磁干擾能力。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、監測、報警作用。為滿足不同的應用要求如進線和饋線、變壓器、電動機、母線的保護，具有相應產品。它提供完善的監控保護功能，一般提供網絡通信接口：如RS232，RS485可以接入BAS系統，可以實現遠方監控。
微機保護監控系統可以減少控制室的面積，減少控制電纜，減少維修工作量，進一步提高供電可靠性。
微機保護裝置分為輸入回路(交流接口單元)、出口回路(直流接口單元)、CPU單元、存儲器、人機接口和電源。
1) CPU單元 為微機繼電保護裝置的核心，用來完成數據收集計算邏輯判斷處理、發出跳合閘命令等功能。還可以同上層控制機通信，實現遠方修改定值傳遞保護信息，打印故障報告等功能。由于電力系統正常運行時的參數與故障時的參數相差十分懸殊，有的甚至相差幾十倍，所以輸入信號動態范圍大，一般采用分布式結構。按照單元設置CPU，雙機并行工作。
2)存儲器 有定值存儲器、程序存儲器、數據存儲器等。定值存儲器儲存各種保護設定值，該芯片具有斷電內容丟失功能，且可在線修改內容。數據存儲器RAM用來存取現場的各種輸入輸出的內容、中間運算結果和判斷結果，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功能的應用程序，一般用可改寫的存儲器EPROM。
3)輸入回路(交流接口單元)。電力系統的電流、電壓等數字，經電壓互感器、電流互感器轉換成100V或5A信號，由于這種信號數值大大超過微機所能接受的電壓標準；這些參數在故障時變化很大，微機只能識別電壓，所以必須把經過電壓互感器、電流互感器變換后的電壓電流再經交流接口電路轉換成微機可能接收的電壓值。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，采樣頻率應等于或大于被測信號頻率。在故障時電力系統可能出現高次諧波，實際的采樣頻率是工頻的幾倍甚至幾十倍。另外，繼電保護的快速動作要求以及程序需要充分的執行時間，為了便于運算，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光二極管組成的燈光信號等。由于采樣后的離散數字量也是瞬時值，不能直接用來判斷系統狀態，必須采用某種數學方法得出表征系統特性的參數，并與相應的整定值進行比較，從而做出保護動作與否的判斷。特別是電力系統包含非線性鐵磁元件，分布電容、補償電容，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，必須采用合適的數學方法。
5)人機接口，有鍵盤、通信口、打印機、顯示裝置。通信口完成智能開關設備連接，一般用現場總線，如Lonworks，CANbus，Profibus總線等。
6)電源 常用交流穩壓電源、DC-DC和蓄電池。
3．4 低壓配電系統的綜合自動化 低壓配電系統的綜合自動化可以有兩種方式實現：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，一種為電動機控制器，另一種為饋電控制器。從技術經濟角度綜合考慮目前多數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，它的保護作用具有長延時、短延時、瞬時過電流保護、接地、欠電壓保護等。此外，還可以對負荷監測和控制、遠方顯示、測量電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、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、數據遠傳、自檢。通過網絡通信接口RS232、RS485、RS422可以接人BAS系統。它可與上位進行數據交換，可接受上位機的指令，可與上位機進行數據交換，可由上位機對斷路器進行遙控操作，對斷路器的整定值進行修改。它具有內置的電流互感器。
2)智能電動機控制器 智能電動機控制器可以提供對電動機的保護和監控功能。智能電動機控制器可以提供的保護功能有過載、缺相、欠載、空載、堵轉、漏電、相電流不平衡、轉速、溫升等。智能電動機控制器可以應用于電機直接起動、正反轉、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，能存儲近期的運行狀態、故障報警信息及各種參數值，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控制器一樣，它的保護功能較簡單，如設置了接地、過電流等保護功能。
智能型電動機控制器、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視其位置的斷路器，可以裝置多回路監控單元，對多臺斷路器進行監視。電子繼電器、智能斷路器及智能電動機控制器相當于控制分站和傳感器，變電所管理分站是一臺微機。
3．5 發電機組微機監控系統
發電機組微機監控系統可以提供發電機的電氣參數及熱工參數，可以將發電機組微機監控系統與變電所管理分站聯網。變電所管理分站可以對發電機組進行起動、停止運行等控制，如圖2所示。
4 配電系統控制軟件功能
軟件一般和設備配套，采用專用軟件，如配電系統監控和能量管理軟件，也可以采用通用監控軟件，又稱監控和數據采集軟件(SCADA)。對軟件的要求是：具有良好的人機界面，能夠滿足用戶多種要求，它提供的基本功能有：
(1)實時數據采集，形成實時數據庫。
(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 如系統能量分配圖、系統單線圖。
(5)報表生成功能 如日報表、24h電壓、電流報表、開關動作報表、電量平衡報表。
(6) 與BA系統交換信息。
系統所配軟件除了一般的數據處理功能外，應有下列功能(裝設有備用電源的場合)：
(1)停電處理 市電斷電時，自動按照發電機容量將負荷投入／切斷，此時只有火災意外程序及手動操作可以執行輸出操作。
(2)電力需求監視／控制 自動調峰控制，進行電力需求控制，在用電量超過合同供電量時，將負荷切除。
(3)事件程序 監視點的狀態變化、報警、指定恢復條件、設定狀態動作，可以進行與／或等邏輯條件設定動作。
(4)恢復供電程序 恢復供電后，在將自備發電切換為商業用電時，可按照自動或手動的恢復供電指令操作，并依照自備發電時的強制驅動控制讓運轉機器停止運作，然后一邊參照時間表一邊讓停電瞬間正在運轉中的機器自動起動(投入)。在部分停電的場合，可以手動恢復該點供電。
編輯精選
