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摘要：对于智能建筑来说，供配电系统是建筑的动力供应中心，本文对此介绍了智能建筑变电所综合自动化系统的组成结构、功能，以及变电所综合自动化的通信系统。
关键词：变电所；综合自动化；智能建筑
近年来，智能建筑在国内外不断兴建，已经成为国家经济实力的象征和现代化城市的重要标志。对于智能建筑来说，供配电系统是建筑的动力供应中心，是建筑的心脏。如果没有可靠的供配电系统，一座大厦的所有机电设备和计算机控制系统都将无法正常工作，大厦也将处于瘫痪状态。因此，供配电系统是大厦重要的基础部分，必须利用各种先进技术与智能化系统和设备，保证供配电系统的安全运行。
1供配电系统的综合自动化控制
供配电系统作为智能建筑BAS系统的一个子系统，其综合自动化控制有其自身特点，在智能建筑BAS系统总体管理下，完成自身的综合自动化控制功能。
智能建筑变电所综合自动化结构示意如图1，这是一种分层分布式的配置，主要由管理层和现场两大部分组成。管理层是变电所综合自动化的核心，由监控主机及其人机联系设备、通信控制机和工程师机组成，安装在变电所控制室。现场部分完成变电所综合自动化的控制功能，由数据采集控制机和保护管理机及其所属各功能单元组成，按变电所中的操作间隔设置，安装在开关屏上或高压开关附近。
1．1构成变电所综合自动化时应注意以下问题
(1)抗电磁干扰。由于变电所综合自动化系统工作在强电磁场和强电磁干扰环境之中，因此必须具有很强的抗电磁干扰能力，故各组件单元间采用串行传输和光缆通信。
(2)高可靠性。采用高品质的32位、16位微处理器芯片和各种抗干扰专用芯片，提高模块的自身性能和可靠性。
(3)系统配置灵活。系统采用多CPU分散式结构，内部模块采用总线连接。同时软硬件结构实行模块化和分散处理方式。可以很方便地配置成适用于各种智能建筑的大、中、小变电所的综合自动化系统。
1．2变电所综合自动化的功能
(1)管理层的功能
管理层是变电所综合自动化的核心，其功能和特性决定变电所综合自动化的性能，因此应配置性能可靠的微机。管理层主要完成以下任务:
1)同建筑物的BAS系统管理中心通信，处理全系统信息归档，协调变电所综合自动化内部通信；
2)存储测量数据和故障记录；
3)完成时钟同步，可采用无线电时钟同步，也可采用来自较高一级调度中心送来的软件时钟同步；
4)完成两块或多块开关屏之间的自动控制，如同期并列；
5)参数的设置与修改；
6)自我检测和系统检测，当检测出错误时实时作出反应。
管理层的监控主机(或称上位机)，通过局域网与保护管理机、数据采集控制机通信。监控主机的作用，在无人值班的变电所，主要负责与楼宇管理中心通信，使变电所综合自动化系统具有RTU的功能，完成四遥的任务；在有人值班的变电所，除了仍然负责与管理中心通信外，还负责人机联系，使综合自动化系统通过监控机完成当地显示、制表打印、开关操作等功能。对规模较大的变电所综合自动化系统，可以设通信控制机，专门负责与管理中心通信，并设有工程师机，负责软件开发与管理功能。
(2)现场部分各管理控制机的功能
从图1可见，智能建筑变电所综合自动化系统的现场部分分为三个层次:第一层为数据采集控制机和保护管理机；第二层为单元级，包括各测量单元、保护单元、各功能控制单元等；第三层为设备级，包括电压互感器、电流互感器等一些测量装置，变压器、断路器、隔离开关及辅助触点，以及断路器控制等，主要是一次设备为主。
图 1 智能建筑变电所综合自动化系统组成
数据采集机和保护管理机一般配置32位或16位微处理器，或者是工控微机，完成以下任务:
1)管理各测量、监视单元和各保护单元，通过现场总线与各单元通信；
2)通过局域网与管理层监控主机通信，接收各种控制指令，传送各种数据信息。
管理机发布的命令有:
1)断路器控制；
2)调节有载调压变压器分接头的位置；
3)测量值越限监视及限值设定；
4)根据采样电压和电流计算有功功率P、无功功率Q、功率因数cosφ，校验设备运行参数。
(3)测量单元的功能
微机测量单元一般配置16位微处理器，完成以下任务:
1)内部I/O通过总线与管理机进行串行通信；
2)采集开关量、模拟量和数字量；
3)执行来自管理机的命令；
4)把测量的信息送往管理机。
(4)保护单元的功能
微机保护单元一般配置16位微处理器，完成以下任务:
1)多种保护功能和故障录波功能；
2)自检；
3)友好的人机界面供用户设置参数；
4)与管理机通信，把需要保存和用于分析计算的数据送往管理机，再由管理机送往管理层主机。
(5)开关闭锁单元的功能
开关闭锁单元一般配置16位微处理器，设置目的是为隔离开关和断路器操作提供可靠的保护，防止误操作造成人身伤害和设备损坏。设计开关闭锁单元时考虑以下几个方面:
1)开关闭锁判据是考虑整个变电所的运行状态，而不是只考虑局部状况；
2)考虑实用多重闭锁；
3)采集开关的当前状态之后才执行命令；
4)可以大量减少变电所内用于闭锁的电缆。
(6)变电所综合自动化的功能
变电所综合自动化具有下述功能:
1)常规远动的四遥(遥信、遥测、遥控、遥调)功能；
2)变电所需要的全部保护功能，线路保护和元件保护的配置可根据变电所主结线由用户自行选定；
3)故障录波和故障点测距定位功能，并能给出断路器的事故遮断电流值；
4)小电流接地选线功能；
5)变电所所需的全部控制功能；
6)测量电流、电压和功率因数角，计算有功和无功功率、电度值；
7)1ms分辨率的事故顺序记录功能；
8)变电所运行的监视功能；
9)带有开关操作闭锁，可以防止误操作；
10)可以代替变电所中传统的集中控制台；
11)可采用无线电对时同步或高一级控制站软件对时同步；
12)具有多个功能键显示、多个菜单区和多个光标控制键供人机对话，具有显示、事件报警(声、光报警)、打印制表输出；
13)自身的软、硬件在线监视。
变电所综合自动化可以完成远动、保护、开关操作、测量、故障录波、事故顺序记录和运行参数自动记录功能，并且具有很高的可靠性，可以实现变电所无人值班运行。
2变電所综合自动化系统的通信
2．1变电所自动化系统通信的特点与要求
由于数据通信在综合自动化系统内的重要性，经济可靠的数据通信成为系统的技术核心，而由于变电所的特殊环境和综合自动化系统的要求，使变电所综合自动化系统内的数据网络具有以下特点和要求:
(1)快速的实时响应能力。要及时地传输现场的实时运行信息和操作控制信息。
(2)很高的可靠性。供配电系统是连续运行的，数据传输网络也必须连续运行，通信网络的故障和非正常工作会影响整个变电所综合自动化系统的运行。因此，通信系统必须保证很高的可靠性。
(3)优良的电磁兼容性能。变电所是一个具有强电磁干扰的环境，存在电源、雷击、跳闸等强电磁干扰和地电位差干扰，通信环境恶劣，数据通信网络必须注意采取相应的措施消除这些干扰的影响。
(4)分层式结构。这是由整个系统的分层分布式结构所决定的，也只有实现通信系统的分层，才能实现整个变电所综合自动化系统的分层分布式结构，系统的各层次又各自具有特殊的应用条件和性能要求，因此每一层都要有合适的网络系统。
2．2供配电综合自动化系统的通信方式
在供配电系统的通信中，可采用的方式有许多种，包括:配电线载波通信、利用电话线通信、光纤通信、有线电视载波通信、无线通信、现场总线和RS-485方式通信等等。对于智能建筑的供配电系统通常可以利用大楼内的综合布线系统，采用局域网络、现场总线和RS-485方式组成分层式结构的通信系统。对于智能建筑BAS管理中心与供配电综合自动化系统的管理层之间，通常采用局域网络进行通信，管理层与数据采集控制机和保护管理机之间采用局域网或现场总线方式通信，而管理控制机与各测量、保护和控制单元之间则利用RS-485方式通信。
3结束语
综上所述，智能建筑供配电综合自动化具有的特点可概括为:功能上的综合化，运行管理智能化，结构上计算机化，操作监视屏幕化。使得供配电系统的功能更加完善，供电的可靠性更加提高。
关键词：变电所；综合自动化；智能建筑
近年来，智能建筑在国内外不断兴建，已经成为国家经济实力的象征和现代化城市的重要标志。对于智能建筑来说，供配电系统是建筑的动力供应中心，是建筑的心脏。如果没有可靠的供配电系统，一座大厦的所有机电设备和计算机控制系统都将无法正常工作，大厦也将处于瘫痪状态。因此，供配电系统是大厦重要的基础部分，必须利用各种先进技术与智能化系统和设备，保证供配电系统的安全运行。
1供配电系统的综合自动化控制
供配电系统作为智能建筑BAS系统的一个子系统，其综合自动化控制有其自身特点，在智能建筑BAS系统总体管理下，完成自身的综合自动化控制功能。
智能建筑变电所综合自动化结构示意如图1，这是一种分层分布式的配置，主要由管理层和现场两大部分组成。管理层是变电所综合自动化的核心，由监控主机及其人机联系设备、通信控制机和工程师机组成，安装在变电所控制室。现场部分完成变电所综合自动化的控制功能，由数据采集控制机和保护管理机及其所属各功能单元组成，按变电所中的操作间隔设置，安装在开关屏上或高压开关附近。
1．1构成变电所综合自动化时应注意以下问题
(1)抗电磁干扰。由于变电所综合自动化系统工作在强电磁场和强电磁干扰环境之中，因此必须具有很强的抗电磁干扰能力，故各组件单元间采用串行传输和光缆通信。
(2)高可靠性。采用高品质的32位、16位微处理器芯片和各种抗干扰专用芯片，提高模块的自身性能和可靠性。
(3)系统配置灵活。系统采用多CPU分散式结构，内部模块采用总线连接。同时软硬件结构实行模块化和分散处理方式。可以很方便地配置成适用于各种智能建筑的大、中、小变电所的综合自动化系统。
1．2变电所综合自动化的功能
(1)管理层的功能
管理层是变电所综合自动化的核心，其功能和特性决定变电所综合自动化的性能，因此应配置性能可靠的微机。管理层主要完成以下任务:
1)同建筑物的BAS系统管理中心通信，处理全系统信息归档，协调变电所综合自动化内部通信；
2)存储测量数据和故障记录；
3)完成时钟同步，可采用无线电时钟同步，也可采用来自较高一级调度中心送来的软件时钟同步；
4)完成两块或多块开关屏之间的自动控制，如同期并列；
5)参数的设置与修改；
6)自我检测和系统检测，当检测出错误时实时作出反应。
管理层的监控主机(或称上位机)，通过局域网与保护管理机、数据采集控制机通信。监控主机的作用，在无人值班的变电所，主要负责与楼宇管理中心通信，使变电所综合自动化系统具有RTU的功能，完成四遥的任务；在有人值班的变电所，除了仍然负责与管理中心通信外，还负责人机联系，使综合自动化系统通过监控机完成当地显示、制表打印、开关操作等功能。对规模较大的变电所综合自动化系统，可以设通信控制机，专门负责与管理中心通信，并设有工程师机，负责软件开发与管理功能。
(2)现场部分各管理控制机的功能
从图1可见，智能建筑变电所综合自动化系统的现场部分分为三个层次:第一层为数据采集控制机和保护管理机；第二层为单元级，包括各测量单元、保护单元、各功能控制单元等；第三层为设备级，包括电压互感器、电流互感器等一些测量装置，变压器、断路器、隔离开关及辅助触点，以及断路器控制等，主要是一次设备为主。
图 1 智能建筑变电所综合自动化系统组成
数据采集机和保护管理机一般配置32位或16位微处理器，或者是工控微机，完成以下任务:
1)管理各测量、监视单元和各保护单元，通过现场总线与各单元通信；
2)通过局域网与管理层监控主机通信，接收各种控制指令，传送各种数据信息。
管理机发布的命令有:
1)断路器控制；
2)调节有载调压变压器分接头的位置；
3)测量值越限监视及限值设定；
4)根据采样电压和电流计算有功功率P、无功功率Q、功率因数cosφ，校验设备运行参数。
(3)测量单元的功能
微机测量单元一般配置16位微处理器，完成以下任务:
1)内部I/O通过总线与管理机进行串行通信；
2)采集开关量、模拟量和数字量；
3)执行来自管理机的命令；
4)把测量的信息送往管理机。
(4)保护单元的功能
微机保护单元一般配置16位微处理器，完成以下任务:
1)多种保护功能和故障录波功能；
2)自检；
3)友好的人机界面供用户设置参数；
4)与管理机通信，把需要保存和用于分析计算的数据送往管理机，再由管理机送往管理层主机。
(5)开关闭锁单元的功能
开关闭锁单元一般配置16位微处理器，设置目的是为隔离开关和断路器操作提供可靠的保护，防止误操作造成人身伤害和设备损坏。设计开关闭锁单元时考虑以下几个方面:
1)开关闭锁判据是考虑整个变电所的运行状态，而不是只考虑局部状况；
2)考虑实用多重闭锁；
3)采集开关的当前状态之后才执行命令；
4)可以大量减少变电所内用于闭锁的电缆。
(6)变电所综合自动化的功能
变电所综合自动化具有下述功能:
1)常规远动的四遥(遥信、遥测、遥控、遥调)功能；
2)变电所需要的全部保护功能，线路保护和元件保护的配置可根据变电所主结线由用户自行选定；
3)故障录波和故障点测距定位功能，并能给出断路器的事故遮断电流值；
4)小电流接地选线功能；
5)变电所所需的全部控制功能；
6)测量电流、电压和功率因数角，计算有功和无功功率、电度值；
7)1ms分辨率的事故顺序记录功能；
8)变电所运行的监视功能；
9)带有开关操作闭锁，可以防止误操作；
10)可以代替变电所中传统的集中控制台；
11)可采用无线电对时同步或高一级控制站软件对时同步；
12)具有多个功能键显示、多个菜单区和多个光标控制键供人机对话，具有显示、事件报警(声、光报警)、打印制表输出；
13)自身的软、硬件在线监视。
变电所综合自动化可以完成远动、保护、开关操作、测量、故障录波、事故顺序记录和运行参数自动记录功能，并且具有很高的可靠性，可以实现变电所无人值班运行。
2变電所综合自动化系统的通信
2．1变电所自动化系统通信的特点与要求
由于数据通信在综合自动化系统内的重要性，经济可靠的数据通信成为系统的技术核心，而由于变电所的特殊环境和综合自动化系统的要求，使变电所综合自动化系统内的数据网络具有以下特点和要求:
(1)快速的实时响应能力。要及时地传输现场的实时运行信息和操作控制信息。
(2)很高的可靠性。供配电系统是连续运行的，数据传输网络也必须连续运行，通信网络的故障和非正常工作会影响整个变电所综合自动化系统的运行。因此，通信系统必须保证很高的可靠性。
(3)优良的电磁兼容性能。变电所是一个具有强电磁干扰的环境，存在电源、雷击、跳闸等强电磁干扰和地电位差干扰，通信环境恶劣，数据通信网络必须注意采取相应的措施消除这些干扰的影响。
(4)分层式结构。这是由整个系统的分层分布式结构所决定的，也只有实现通信系统的分层，才能实现整个变电所综合自动化系统的分层分布式结构，系统的各层次又各自具有特殊的应用条件和性能要求，因此每一层都要有合适的网络系统。
2．2供配电综合自动化系统的通信方式
在供配电系统的通信中，可采用的方式有许多种，包括:配电线载波通信、利用电话线通信、光纤通信、有线电视载波通信、无线通信、现场总线和RS-485方式通信等等。对于智能建筑的供配电系统通常可以利用大楼内的综合布线系统，采用局域网络、现场总线和RS-485方式组成分层式结构的通信系统。对于智能建筑BAS管理中心与供配电综合自动化系统的管理层之间，通常采用局域网络进行通信，管理层与数据采集控制机和保护管理机之间采用局域网或现场总线方式通信，而管理控制机与各测量、保护和控制单元之间则利用RS-485方式通信。
3结束语
综上所述，智能建筑供配电综合自动化具有的特点可概括为:功能上的综合化，运行管理智能化，结构上计算机化，操作监视屏幕化。使得供配电系统的功能更加完善，供电的可靠性更加提高。