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摘要: 智能化楼宇电气自动化主要包括的是电气控制系统和电气安全控制系统 ，在设计的过程中控制系统是基础 ，安全系统是保证。只有将二者的设计合理化、科学化才能实现真正的“智能”。所以在电气系统的设计过程中一定要抓住核心 ，并以核心需要来展开系统的各个组成部分 ，最终达到建立完整系统的目标。
关键词:楼宇智能化 电气自控 应用
Abstract: intelligent building electrical automation mainly includes is electric control system and electrical control system security, in the design process control system is a foundation, security system is the guarantee. Only the design of both the rationalization and scientific process to achieve the real "intelligent". So in electrical system design process must hold on to the core, and the core of the system needs to come to open each part, eventually to establish a complete system of the target.
Keywords: intelligent building electrical control applications
中圖分类号：F407.6文献标识码：A 文章编号：
楼宇智能化通常包括建筑自动化、通讯自动化、办公自动化等多个方面。随着我国国民经济的迅猛发展,高档智能化建筑已成为当今建筑的主流。楼宇自控系统是建筑设备自动化控制系统的简称。建筑设备主要是指为建筑服务的、那些提供人们基本生存环境所需的大量机电设备,如暖通空调设备、照明设备、变配电设备以及给排水设备等,通过实现建筑设备自动化控制,以达到合理利用设备,节省能源、节省人力,确保设备安全运行之目的。电气自动化已成为楼宇自控系统不可缺少的基本环节。在楼宇自控系统中,电气自动化系统设计占有重要的地位。前些年人们提到楼宇自控系统,指的主要是暖通空调系统的自动化系统,而目前自控系统已涵盖所有可控的电气设备,电气自动化已经是楼宇自控系统最为基础的环节之一。在此,文章针对电气自动化在楼宇智能化的电气接地及保护两方面进行粗略的探讨。
1 电气接地
在电气自动化应用中,电气接地占有极为重要的地位,接地系统关系整个供配电系统的稳定性与可靠性,是保障系统安全的基础。随着楼宇智能化的发展,电气自动化给楼宇接地系统带来了新的改变。目前主要有TN—S、TN—C和TN—C—S三种电气接地系统。
TN—S电气接地系统是三相五线制,分别是三根火线和一根中性线、一根接地保护线。该系统具有以下特点:中性线与保护接地线共同在所属变压器中性点实现接地,除此之外二者没有电气连接;中性线带电,保护接地线不带电;中性线与保护接地线均重复接地;TN—S电气接地系统具备安全的基准电位,安全可靠。
TN—C电气接地系统是三相四线制,分别是三根火线和一根保护中性线,其中性线与保护接地线合一,多用于较早的低压配电系统。由于该系统是三相四线制,中性线只有在三相负载平衡时才不带电,而智能化楼宇中单项负荷较大,其三相负荷一般是不均衡的,中性线中通常有随机电流。除此之外智能化楼宇中荧光灯使用量大,由此产生的三次谐波加大了中性线的电流量,中性线如果连接设备外壳可能导致电击事故或是火灾事故。因此,使用TN—C电气接地系统时必须对电子设备安设直流、交流工作、安全保护和防雷保护接地。与此同时,考虑到智能化楼宇中的大量的精密电子仪器设备容易受到电磁波干扰,程控交换机房、消防报警监控室、计算机房等均有防静电要求,因而在设计智能化楼宇以及施工、安装过程中需要考虑屏蔽、防静电接地的要求。
TN—C—S电气接地系统由TN—C系统和TN—S系统两部分组成,其中TN—C系统用于进户之前,TN—S系统用于进户之后,二者分界面处于中性线与保护接地线相连处。由于使用TN—C—S系统能够降低设备对地电压,却不能彻底消除,对地电压大小受负载平衡等因素影响,因此需要在进户处布置重复接地,并控制负载平衡情况。组合使用TN—C和TN—S系统不仅提高了设备和人员的安全性,还节省了建设成本,兼顾安全性、稳定性和经济性。但如果三相负载不平衡,楼宇内有电力变压器时应选择TN—S系统。
2 电气保护
楼宇智能化中的电气保护主要包括交流工作、安全保护、屏蔽与防静电、直流工作、防雷保护接地五方面内容。独立的交流工作接地或是安全保护、防静电、直流工作、防雷保护接地电阻分别不应大于4Ω、4Ω、100Ω、4Ω、10Ω。
交流工作接地指的是必须在变压器中性线或者是中性点接地,中性线选择铜芯绝缘线,配电中存在的等电位接线端子通常在箱柜内。需要注意的是,等电位接线端子不仅不能外露,也不能和直流接地、安全保护接地或是屏蔽接地等其它接地系统混接,还不能和保护接地线连接。采取中性点接地能够确保高压系统继电保护动作可靠、准确,并避免零序电压偏移,确保三相电压平衡。
安全保护接地指的是对电气设备中没有带电的各个金属部分使用金属连接的方式与接地体作良好连接,使用保护接地线连接智能化楼宇中的用电设备及其附近的金属构件,但不能连接保护接地线与中性线。智能化楼宇中的强电、弱电、非带电导电构件或是设备都需要安全保护接地,如果不作安全保护接地,设备外部绝缘损坏可能使外壳带电,不仅容易进一步损坏设备,还可能造成人员触电事故。由于并联电路中支路电阻与电流成反比,正常情况下人体电阻要远远高于接地电阻,因此使用安全保护接地后设备外壳的电压十分低,流经人体产生的电流极小,不会对人员造成威胁。使用安全保护接地,尽量降低接地电阻,能够保障电气系统运行的稳定、安全,还能保障设备安全和人身安全。
屏蔽与防静电接地分别指的是用保护接地线连接设备外壳、屏蔽管路两端、室内的多个部位,用导静电体连接带静电或可能产生静电的物体与大地,以避免设备、导线、室内受到电磁干扰,消除静电。由于人员在房间内走动或是移动设备等行为都可能产生大量静电,如果接地不好不仅会对电子设备产生干扰,还可能损坏设备芯片,甚至引发一些安全事故,因此防静电接地需要将所有可能产生或带静电的设备外壳和设施与保护接地线可靠连接,并使接地电阻尽量降低。
直流工作接地指的是用截面积较大的铜芯绝缘线连接电子设备与基准电位。由于智能化楼宇中有大量的电子设备,在计算机、自动化设备、通讯设备等电子设备中输入、传输、输出信息或是放大信号等操作都以微电位或者是微电流进行,需要依靠直流工作接地使其基准电位和供电电源保持稳定,以提高其操作的准确性和稳定性。需要注意的是,直流工作接地不宜与保护接地线连接,更不能与中性线连接。
防雷保护接地指的是对智能化楼宇中的电子设备、线路等做防雷保护接地,并以电力通信运维工作的流程化管理,使各种运维工单处于有序化、闭环化的环境下流转,显示工单在各个部门间流动的情况,使运维工单所流经的每个环节都有据可查。同时,在固化完成一系列运维流程基础上,提供支持流程灵活定制的平台,以提高运维工作人员的效率。
3 系统设计原则
3 . 1 标准体系结构原则
通信网全程管控系统的设计应采用体系结构,本次系统将采用TMN网管结构体系,其优点在于成熟性和完整性。TMN体系是目前国际上被广泛接受的体系中最为完整的通信网管标准体系;國外的众多大公司已开发出TMN的应用开发平台(如HP的Open View,IBM的Net View,SUN的Sol-stice Enterprise Manager等),以支持TMN的标准;而众多的国际、国内的通信设备制造厂商也已接受Q3接口标准,并在他们的设备上配置Q3接口。国内的公用网、部分专用通信网都有利用TMN来建设网管系统的成功范例。
3.2 兼容性原则
电力通信网在通信本质的角度上与公网是一致,但在业务成分以及各业务成分Qos要求与公网有相应差异,对于组织结构较为分散的电力通信网络来说,网管系统对各种体系的兼容性很有必要。因TMN体系其各种不足:结构复杂性和接口的单一化 。因 此 , 在 本 次 通 信 网 全 程 管 控 系 统建设中采用TMN体系结构,但也会对此体系结构中存在的问题加以考虑。因此,系统在接受TMN的同时,也需遵循兼容性原则,即兼容其他网管体系结构以解决TMN中存在的问题。系统的兼容性对电力通信网网络管理十分必要, 如SNMP协议,SNMP简单网路管理协议所构成的网络管理是目前应用最为广泛的TCP/IP网络的管理标准,SNMP网络管理系统也是目前应用较为广泛的网络管理系统类型之一。众多的通信设备制造厂商也支持SNMP的标准。因此,本次通信网全程管控系统也应该兼容SNMP简单网路管理协议等。另外,通信网全程管控系统还应考虑对目前新的网管体系和标准的兼容性,CORBA体系、开放式分布处理ODP体系,基于Web的网管体系、TINA体系等。
3.3 系统实用性原则
通信网全程管控系统设计不能好高骛远,应严格遵循系统实用性原则。充分考虑本次管理对象的实际情况,对系统进行总体设计。人机操作界面的设计应充分考虑工作的具体情况和实际需要。
3.4 接口开放性原则
要保证通信网全程管控系统的先进性和实用性,必须先保证系统接口的开放性,由于传输网跨多个不同行政区域,各级用户的管理功能要求的不一致性更大,因此,系统的接口开放性的要求显得尤为重要。所以,系统的接口应遵循开放性原则,能支持满足应用功能接口的第三方应用程序,保证其在不改变系统核心功能的条件下进行新的应用功能的接入或研发。
3.5 可扩展性原则
随着通信技术的不断发展,电力通信网中各类新兴通信技术的应用也不断增加,因此系统的可扩展性也是本次通信网全程管控系统必须遵循的设计原则之一。系统的设计充分考虑传输网网络扩容和功能深入的要求,采用分布式处理体系结构,便于升级和扩展。现有系统的处理能力需充分考虑未来5年至10年的发展,采用的硬件平台应充分支持应用的扩展性。可通过增加主机等设备扩展系统的负荷能力或通过扩充硬件配置达到系统扩展要求。
3.6 稳定性原则
电力通信网关乎电力生产安全,因此通信网全程管控系统应遵循稳定性原则,系统的硬件配置中网络、服务器、前置机结构均采用双机配置,以保证系统的高可靠性。同时,系统自身的功能设计也具有自诊断能力,在系统运行时能够对其自身所处环境如系统应用程序、数据库及构成网管系统的网络设备进行自诊断功能。
4 总体架构设计
根据对系统前期的调研,遵照系统的设计目标及设计原则,智能全程管控系统应实现南网、省、地系统的纵向互联互通,其总体架构设计如(图1）所示。各级智能全程管控系统的数据采集与控制通过北向接口收集传输网、业务网、支撑网等各类设备网管信息。数据采集与控制模块将数据上传到数据处理模块,在数据处理模块之上构建综合监视、资源管理、运维管理三类应用功能。南网、省级系统及地级系统通过数据交换系统实现互联,完成纵向一体化运行和管理。通过数据交换平台将各级系统架构互联起来形成电力通信网智能全程管控系统的整体架构。
5 结语
电力通信网全程管控系统对电力传输网所涉及的各级系统电力通信运维工作进行流程化管理,实现故障工单、电路调度、计划检修等各种工单的闭环管理,并实现各级系统中电力通信运维流程的交互。它是一套贴近实际生产需要、高可用性的通信资源管理系统。系统的成功建设必将使南方电网通信网资源管理工作提高到一个新的台阶。
关键词:楼宇智能化 电气自控 应用
Abstract: intelligent building electrical automation mainly includes is electric control system and electrical control system security, in the design process control system is a foundation, security system is the guarantee. Only the design of both the rationalization and scientific process to achieve the real "intelligent". So in electrical system design process must hold on to the core, and the core of the system needs to come to open each part, eventually to establish a complete system of the target.
Keywords: intelligent building electrical control applications
中圖分类号：F407.6文献标识码：A 文章编号：
楼宇智能化通常包括建筑自动化、通讯自动化、办公自动化等多个方面。随着我国国民经济的迅猛发展,高档智能化建筑已成为当今建筑的主流。楼宇自控系统是建筑设备自动化控制系统的简称。建筑设备主要是指为建筑服务的、那些提供人们基本生存环境所需的大量机电设备,如暖通空调设备、照明设备、变配电设备以及给排水设备等,通过实现建筑设备自动化控制,以达到合理利用设备,节省能源、节省人力,确保设备安全运行之目的。电气自动化已成为楼宇自控系统不可缺少的基本环节。在楼宇自控系统中,电气自动化系统设计占有重要的地位。前些年人们提到楼宇自控系统,指的主要是暖通空调系统的自动化系统,而目前自控系统已涵盖所有可控的电气设备,电气自动化已经是楼宇自控系统最为基础的环节之一。在此,文章针对电气自动化在楼宇智能化的电气接地及保护两方面进行粗略的探讨。
1 电气接地
在电气自动化应用中,电气接地占有极为重要的地位,接地系统关系整个供配电系统的稳定性与可靠性,是保障系统安全的基础。随着楼宇智能化的发展,电气自动化给楼宇接地系统带来了新的改变。目前主要有TN—S、TN—C和TN—C—S三种电气接地系统。
TN—S电气接地系统是三相五线制,分别是三根火线和一根中性线、一根接地保护线。该系统具有以下特点:中性线与保护接地线共同在所属变压器中性点实现接地,除此之外二者没有电气连接;中性线带电,保护接地线不带电;中性线与保护接地线均重复接地;TN—S电气接地系统具备安全的基准电位,安全可靠。
TN—C电气接地系统是三相四线制,分别是三根火线和一根保护中性线,其中性线与保护接地线合一,多用于较早的低压配电系统。由于该系统是三相四线制,中性线只有在三相负载平衡时才不带电,而智能化楼宇中单项负荷较大,其三相负荷一般是不均衡的,中性线中通常有随机电流。除此之外智能化楼宇中荧光灯使用量大,由此产生的三次谐波加大了中性线的电流量,中性线如果连接设备外壳可能导致电击事故或是火灾事故。因此,使用TN—C电气接地系统时必须对电子设备安设直流、交流工作、安全保护和防雷保护接地。与此同时,考虑到智能化楼宇中的大量的精密电子仪器设备容易受到电磁波干扰,程控交换机房、消防报警监控室、计算机房等均有防静电要求,因而在设计智能化楼宇以及施工、安装过程中需要考虑屏蔽、防静电接地的要求。
TN—C—S电气接地系统由TN—C系统和TN—S系统两部分组成,其中TN—C系统用于进户之前,TN—S系统用于进户之后,二者分界面处于中性线与保护接地线相连处。由于使用TN—C—S系统能够降低设备对地电压,却不能彻底消除,对地电压大小受负载平衡等因素影响,因此需要在进户处布置重复接地,并控制负载平衡情况。组合使用TN—C和TN—S系统不仅提高了设备和人员的安全性,还节省了建设成本,兼顾安全性、稳定性和经济性。但如果三相负载不平衡,楼宇内有电力变压器时应选择TN—S系统。
2 电气保护
楼宇智能化中的电气保护主要包括交流工作、安全保护、屏蔽与防静电、直流工作、防雷保护接地五方面内容。独立的交流工作接地或是安全保护、防静电、直流工作、防雷保护接地电阻分别不应大于4Ω、4Ω、100Ω、4Ω、10Ω。
交流工作接地指的是必须在变压器中性线或者是中性点接地,中性线选择铜芯绝缘线,配电中存在的等电位接线端子通常在箱柜内。需要注意的是,等电位接线端子不仅不能外露,也不能和直流接地、安全保护接地或是屏蔽接地等其它接地系统混接,还不能和保护接地线连接。采取中性点接地能够确保高压系统继电保护动作可靠、准确,并避免零序电压偏移,确保三相电压平衡。
安全保护接地指的是对电气设备中没有带电的各个金属部分使用金属连接的方式与接地体作良好连接,使用保护接地线连接智能化楼宇中的用电设备及其附近的金属构件,但不能连接保护接地线与中性线。智能化楼宇中的强电、弱电、非带电导电构件或是设备都需要安全保护接地,如果不作安全保护接地,设备外部绝缘损坏可能使外壳带电,不仅容易进一步损坏设备,还可能造成人员触电事故。由于并联电路中支路电阻与电流成反比,正常情况下人体电阻要远远高于接地电阻,因此使用安全保护接地后设备外壳的电压十分低,流经人体产生的电流极小,不会对人员造成威胁。使用安全保护接地,尽量降低接地电阻,能够保障电气系统运行的稳定、安全,还能保障设备安全和人身安全。
屏蔽与防静电接地分别指的是用保护接地线连接设备外壳、屏蔽管路两端、室内的多个部位,用导静电体连接带静电或可能产生静电的物体与大地,以避免设备、导线、室内受到电磁干扰,消除静电。由于人员在房间内走动或是移动设备等行为都可能产生大量静电,如果接地不好不仅会对电子设备产生干扰,还可能损坏设备芯片,甚至引发一些安全事故,因此防静电接地需要将所有可能产生或带静电的设备外壳和设施与保护接地线可靠连接,并使接地电阻尽量降低。
直流工作接地指的是用截面积较大的铜芯绝缘线连接电子设备与基准电位。由于智能化楼宇中有大量的电子设备,在计算机、自动化设备、通讯设备等电子设备中输入、传输、输出信息或是放大信号等操作都以微电位或者是微电流进行,需要依靠直流工作接地使其基准电位和供电电源保持稳定,以提高其操作的准确性和稳定性。需要注意的是,直流工作接地不宜与保护接地线连接,更不能与中性线连接。
防雷保护接地指的是对智能化楼宇中的电子设备、线路等做防雷保护接地,并以电力通信运维工作的流程化管理,使各种运维工单处于有序化、闭环化的环境下流转,显示工单在各个部门间流动的情况,使运维工单所流经的每个环节都有据可查。同时,在固化完成一系列运维流程基础上,提供支持流程灵活定制的平台,以提高运维工作人员的效率。
3 系统设计原则
3 . 1 标准体系结构原则
通信网全程管控系统的设计应采用体系结构,本次系统将采用TMN网管结构体系,其优点在于成熟性和完整性。TMN体系是目前国际上被广泛接受的体系中最为完整的通信网管标准体系;國外的众多大公司已开发出TMN的应用开发平台(如HP的Open View,IBM的Net View,SUN的Sol-stice Enterprise Manager等),以支持TMN的标准;而众多的国际、国内的通信设备制造厂商也已接受Q3接口标准,并在他们的设备上配置Q3接口。国内的公用网、部分专用通信网都有利用TMN来建设网管系统的成功范例。
3.2 兼容性原则
电力通信网在通信本质的角度上与公网是一致,但在业务成分以及各业务成分Qos要求与公网有相应差异,对于组织结构较为分散的电力通信网络来说,网管系统对各种体系的兼容性很有必要。因TMN体系其各种不足:结构复杂性和接口的单一化 。因 此 , 在 本 次 通 信 网 全 程 管 控 系 统建设中采用TMN体系结构,但也会对此体系结构中存在的问题加以考虑。因此,系统在接受TMN的同时,也需遵循兼容性原则,即兼容其他网管体系结构以解决TMN中存在的问题。系统的兼容性对电力通信网网络管理十分必要, 如SNMP协议,SNMP简单网路管理协议所构成的网络管理是目前应用最为广泛的TCP/IP网络的管理标准,SNMP网络管理系统也是目前应用较为广泛的网络管理系统类型之一。众多的通信设备制造厂商也支持SNMP的标准。因此,本次通信网全程管控系统也应该兼容SNMP简单网路管理协议等。另外,通信网全程管控系统还应考虑对目前新的网管体系和标准的兼容性,CORBA体系、开放式分布处理ODP体系,基于Web的网管体系、TINA体系等。
3.3 系统实用性原则
通信网全程管控系统设计不能好高骛远,应严格遵循系统实用性原则。充分考虑本次管理对象的实际情况,对系统进行总体设计。人机操作界面的设计应充分考虑工作的具体情况和实际需要。
3.4 接口开放性原则
要保证通信网全程管控系统的先进性和实用性,必须先保证系统接口的开放性,由于传输网跨多个不同行政区域,各级用户的管理功能要求的不一致性更大,因此,系统的接口开放性的要求显得尤为重要。所以,系统的接口应遵循开放性原则,能支持满足应用功能接口的第三方应用程序,保证其在不改变系统核心功能的条件下进行新的应用功能的接入或研发。
3.5 可扩展性原则
随着通信技术的不断发展,电力通信网中各类新兴通信技术的应用也不断增加,因此系统的可扩展性也是本次通信网全程管控系统必须遵循的设计原则之一。系统的设计充分考虑传输网网络扩容和功能深入的要求,采用分布式处理体系结构,便于升级和扩展。现有系统的处理能力需充分考虑未来5年至10年的发展,采用的硬件平台应充分支持应用的扩展性。可通过增加主机等设备扩展系统的负荷能力或通过扩充硬件配置达到系统扩展要求。
3.6 稳定性原则
电力通信网关乎电力生产安全,因此通信网全程管控系统应遵循稳定性原则,系统的硬件配置中网络、服务器、前置机结构均采用双机配置,以保证系统的高可靠性。同时,系统自身的功能设计也具有自诊断能力,在系统运行时能够对其自身所处环境如系统应用程序、数据库及构成网管系统的网络设备进行自诊断功能。
4 总体架构设计
根据对系统前期的调研,遵照系统的设计目标及设计原则,智能全程管控系统应实现南网、省、地系统的纵向互联互通,其总体架构设计如(图1）所示。各级智能全程管控系统的数据采集与控制通过北向接口收集传输网、业务网、支撑网等各类设备网管信息。数据采集与控制模块将数据上传到数据处理模块,在数据处理模块之上构建综合监视、资源管理、运维管理三类应用功能。南网、省级系统及地级系统通过数据交换系统实现互联,完成纵向一体化运行和管理。通过数据交换平台将各级系统架构互联起来形成电力通信网智能全程管控系统的整体架构。
5 结语
电力通信网全程管控系统对电力传输网所涉及的各级系统电力通信运维工作进行流程化管理,实现故障工单、电路调度、计划检修等各种工单的闭环管理,并实现各级系统中电力通信运维流程的交互。它是一套贴近实际生产需要、高可用性的通信资源管理系统。系统的成功建设必将使南方电网通信网资源管理工作提高到一个新的台阶。