智能化建筑电气供配电系统的设计探究

李雪娇

摘要：随着智慧城市建设的发展，智能楼宇数量迅速增长，对优化居住体验和降低运营成本具有显著优势。目前，我国大部分的居民住宅都采用10 kV供电，因此，在进行供电调度的同时，保证供电的安全性也就成了智能化建筑中需要考虑的一个问题。根据负载的计算结果，对负载进行分类，并据此选取合适规格的变压器、备用电源和继电保护设备，同时还可以推广应用配电自动化系统。

关键词：智能化建筑；电气供配电系统；供配电设计

引言：

随着智慧城市建设的不断深入，智慧建筑数量快速增加，在优化用户体验、减少运行能耗方面展现出明显优势。在我国的民用住宅中，配电方式多为10 kV。所以，在进行智能化楼宇供配电系统的设计中，如何合理分配电能，确保其有效利用，是一项十分重要的课题。根据负载的计算结果，对负载进行了分级，在这个基础上，对变压器、后备电源和继电保护设备进行了合理的选型，促进了配电自动化系统的应用，促进了智能大楼的使用效率的提高。

1 建筑供配电系统概述

1.1 建筑供配电系统相关设计的内容

供配电系统是现代高层建筑电气设备的一个重要组成部分，担负着对建筑物用电和用电环节的控制。根据实际使用情况的不同，可以将供电系统分为地区变电所和用户变电所。现代高层建筑中的供、配系统，其主要服务对象为建筑物的用户和室内电器。因此，要使整个建筑物的电气设备安全可靠地工作，就必须符合整个建筑物的电力系统的总体要求。高层建筑物的供、配电系统通常采用由供电端向用户供电的单向流通模式。通过这种方式，可以很容易地对电力进行分配，并对其进行降压处理，从而把外部的电能转化为可以直接供应给客户的电能。通常，现有的高层建筑，其电压通常不超过110 KV。在进行供配电系统的设计时，设计者要结合建筑的实际需求，科学地设置用电量、系统负荷等参数，对各类问题进行全面的考虑，对设计方案进行优化，在满足建筑的基本使用需求的同时，尽量增强系统的可扩展性。

1.2 智能建筑供配电系统的结构构成

中国建筑物的智能化已成为今后建设的主要方向，而建筑物的电源和电力则是建筑物的“动力源泉”和“命脉”。目前，我国电力系统普遍使用10 KV电源，通过高压配电网络输送到末端变电所，然后通过低压配电网络进行一次降压。按照智能建筑的等级划分，可以将电力设备分为不同的类别。论文的研究对象是《民用建筑电气设计规范》，并将其划分为一、二、三个等级。在不同级别的载荷下，其可靠度也存在一定的差别。其中，一次负载的可靠度是最大的，因此，为了保证整个电网的稳定可靠，通常采用两路供电方式。二次设备较三次设备可靠性高。

2 智能建筑供配电系统存在的问题

2.1 10kV机组补偿，电网谐波问题

10 kV机组的功率具有随机性，为了减小机组的无功损耗，需要增大无功补偿容量，但同时也会对电网的稳定产生不利影响。比如，电容采用无功补偿后，会产生暂态过电压，从而导致系统保护设备不能正常工作。电网谐波对电网产生巨大影响，对电网产生污染，导致电网无功补偿做“无用功”。在精密测量过程中，由于高次谐波的存在，会给被测仪表带来很大的干扰，严重时甚至会使其失效。

2.2 互感器设备饱和，保护功能受到限制

随着智能化建筑的建设，电网的阻抗越来越低，由此产生的短路电流也越来越多。虽然越来越多的新型大容量变压器不断涌现，但是其饱和现象依然十分突出，对变压器、继电器等设备的安全运行构成威胁。当线路发生“饱和”时，不仅无法精确判断故障点，还可能造成保护装置的误动，造成保护装置的损坏。此外，过大的饱和电流还可能造成保护装置拒动或误动，严重影响电网的正常运行，造成电网污染等一系列问题。

3 智能化建筑电气供配电系统设计的要点

3.1 变压器的选择

3.1.1 变压器容量与台数的确定

根据GB51348-2019 《民用建筑电气设计规定》中的相关规定，对于250 kW以上的电源装置，或者160 kVA以上的变压器，都要使用高压工作方式。在建筑供电及配电系统中，要正确地选取适合的电源，就需要正确地选取变压器的容量。以一个居民小区1#楼为例，其安装容量为428 kW，但是，在选择变压器时，不能把安装能力直接当作选择变压器的标准，而是要考虑到同时系数 Km的作用。其中，Km是用来表征电气设备在电网中的使用情况。

3.1.2 变压器类型的选择

在10 kV及以下低压配电系统中，非晶态合金铁芯变压器、油浸式及环氧树脂干式变压器最为常用。实际应用中，非晶铁芯变压器的空载损耗小、节能效果好，但电耗高（一般为含油变压器1.5-2.0倍），难以推广应用。油浸式变压器耗能低，结构简单，但600 kVA以上的变压器需加装瓦斯保护装置。在一些项目中，选择了一台具有630伏特和830伏特的环氧树脂干式变压器。

3.2 继电保护设计

在建筑供电与分配系统中，保护设备能够对一次设备进行监测、监测、保护与控制，保证了电网的安全、可靠地运行。例如，针对某项目的继电保护方案，选用PDM-850E型单片机作为继电保护装置，以满足高层住宅小区供、配电网的需要。它是一种特殊的电流速断保护，它设定了一个定值，在被监测的真实电流超过了设定值时，它就会启动，发挥保护功能。

3.3 配电自动化设计

3.3.1 配电自动化总体设计方案

在智能楼宇中，配电网自动化是一种普遍采用的技术，它对提升电网的总体运行质量、减少用电设备的能耗具有十分重要的意义。本文从可靠性、智能化、协调性三个角度出发，对配电网络自控系统进行了研究。本项目的前期研究思路是：在住宅小区中心布置开关站，以其为中心，利用环网供电。该区共有箱式变电站9个，其中6个为630 kw,3个800 kVA。将9台变压器和10 KV电缆连接在10 KV电缆上，组成了单回路供电网络。

3.3.2 配电自动化系统的结构设计

目前，在配电网络中，集中式、层次式、层次式的分布式结构是广泛存在的。例如，某项目采取了一种分层分布的结构，“分层”是指变电站中的二次装置，根据其作用，分为变电站和机组，前者对现场进行监视，后者对各种保护装置进行监视。在变电站与各个机组之间，采用现场总线方式实现数据的交互。该系统由10 kV微机集成保护与测控装置组成，它是一种集保护、测控和控制为一体的装置，能够与控制中心进行通信。另外，高低压智能设备，如直流电源，消谐器，智能开关等，通过预留的通信接口连接到控制中心。通信监控系统是一套以计算机为核心的通信监控系统，它具有16个RS485/232/422接口，可满足多种智能装置的接入要求。此外，通过不同串口接收到的数据，也能按照不同的规范和协议进行转换，提高了配电网络的兼容性。

结语：

在智能化建筑中，智能终端设备种类繁多、数量众多，这不仅增加了管理和维护的难度，也对用电安全提出了严格的要求。为了确保智能建筑的用电安全，可以通过计算用电负荷、选择合适的变压器和继电保护装置来实现。此外，配电自动化系统还能够实现对智能终端设备的智能控制，根据实际用电需求进行动态调节，达到节约电能和安全运行的效果。因此，通过计算用电负荷、选择合适的变压器和继电保护装置，并设计应用配电自动化系统，可以切实保障智能建筑的用电安全。这些措施可以有效降低管理和维护的难度，提高智能建筑用电系统的安全性和稳定性，同时实现节能和智能化管理的目标。

参考文献：

[1]王方宇.智能化建筑电气供配电系统的设计研究[J].科学技术创新,2023,(17):192-195.

[2]吴晨光.智能化建筑电气供配电系统负荷计算与设计[J].科学技术创新,2021,(33):148-150.

[3]毛红宇.电气供配电系统设计的优化措施[J].科学技术创新,2020,(18):29-30.

[4]刘建,王永军.中小学绿色建筑中的电气设计[J].现代建筑电气,2015,6(12):10-14.

[5]詹银波.建筑电气供配电系统节能设计研究[J].广东科技,2014,23(14):57+33.