超高层建筑中智能化电能管理系统实例及应用

摘要：笔者结合超高层建筑的功能特点和智能化管理系统的应用现状，提出超高层建筑电能智能化管理系统设计要点，以某大厦为例，重点探讨智能化电能管理系统在超高层建筑中的构建方法及应用。

关键词：超高层建筑；智能化电能管理系统；系统组成；

中图分类号： TU972+.9 文献标识码： A 文章编号：

0．前言

智能化电能管理系统集成处于智能建筑的基础设备控制层和信息管理层之间，立足于各个维护建筑运行的自动控制系统，集成它们的信息，为建筑的管理、营运提供服务。同时还提供各硬件系统控制层功能，为系统的集中监控、值班提供必要的服务。目标是对建筑内所有建筑设备采用现代化技术进行全面有效地监控和管理。确保建筑内所有设备处于高效、节能的运行状态。以提供一个安全、高效、舒适的工作和居住环境。为了保证超高层建筑的安全和内部设备的正常运转，以及为建筑内部工作人员的提供一个舒适的办公环境，提高管理效率，节能减排等等，这一系列的问题都对超高层建筑的智能化电能管理提出了更高的要求。

1.智能化电能管理系统简介

智能化电能管理系统是可以将微机保护和智能监控装置、数显仪表紧密结合起来推出的新一代智能化、网络化、单元化、组态化得电能管理系统，它基于先进的电子技术、计算机技术和网络通讯等技术，采用总线或是网络化结构，实现对电力系统一次设备的分散监控，满足集中管理的智能化管理要求。它可以满足办公楼群、市政建设、学校、医院、商业中心、工厂、住宅小区等用户的需求，把供配电系统的运行设备和运行状况置于毫秒级、周波级的连续精确的监视控制保护中，提供变配电系统极详尽的数据采集、电能质量监视和控制、自动控制、继电保护、运行监视、事故预警、事故记录和分析、节能减排等内容。

1.1 系统组成

智能化监控系统主要由主控层、通讯管理层、现场设备层三部分组成。主控层通过监控主机及智能化电能管理专用软件，除了实现遥测、遥信、遥控、遥调等传统四遥功能外，还能满足电能质量监测、分时计费、快速诊断事故、高效节能等特殊需求。通讯管理层通过安装通讯管理屏，选用通讯管理机，在系统中充当着规约转换器、前置机、保护管理机、远动工作站等不同的角色。现场设备层通过安装在现场开关柜或者别的设备柜上的智能设备，对系统所需数据进行采集，并通过多通信接口与通讯管理层连接。

1.2 网络组成

现场设备层与通讯管理层一般采用RS-485总线或工业以太网组网。RS-485总线以屏蔽双绞线为通讯介质，采用总线型网络。工业以太网的通讯介质为超五类屏蔽双绞线，采用星型网络。主控层与通讯管理层一般采用以太网组网。系统网络由网线、以太网交换机、网关或网桥、路由器等设备组成。

2.应用实例

某大厦是一幢多用途的办公大楼，为特级建筑。建筑高度108m，建筑面积约7万平方米。大厦共分三座，地下两层，地上部分A座24层，B座4层，C座4层，其中A座五到十二层对外出租，13层以上为某集团自用。

2.1 系统介绍

某大厦由两组10kV高压供电，分别取自两个不同的350kV变电站。每组由两路电源进线，正常时两路工作电源各带一半负荷，当任一工作电源发生故障时，经倒闸（自动投入），由备用电源带其全部负荷。整个系统包含两个10KV开闭所、一个变配电室、一个柴油发电机房，共四台干式变压器，一台柴油发电机作为重要负荷的后备电源。整个系统包括主控层、通讯管理层、现场设备层，采用的是分层分布的结构。系统的主控室设置在地下一楼的变电值班室，各个变电站实现少人值班。

（1）主控层：采用自动双网双机结构。监控网络和监控主机既是双冗余的，也是完全对等的。两个网络可同时运行，共同分担网络负荷，也可以互为热备用。两台主机同时运行，当一台主机出现故障时，另一台主机承担全部工作；当出现故障的主机恢复工作时，另一台主机会将出现故障这段时间的各种数据及记录自动备份给曾经出现故障的主机，从而使两台主机的数据始终保持一致，并极大地提高了系统的可靠性和完整性。

图1 主控室图

（2）通讯管理层：通讯管理层考虑在每一个变电站分站中均配置了两个通信管理机，互为备用，同时每台通信管理机都具有双通讯口，可以互为备用，从而增加整个系统的冗余性，在通讯管理层实现了真正意义的冗余备用。

（3）现场设备层：某大厦变电所内所有回路的监控按少人值班方式的要求配置。系统以PM智能监控装置和PMC系列多功能测控电表等作为系统基本监控单元，分散安装在各低压开关柜上，每个回路配置一台，所有的智能测控仪表都是具有可编程测量、显示、数字通讯等多种功能的电力仪表，可以完成每一回路的电量测量、数据采集及传输等功能，可完成对整个供配电系统的智能化管理，可以对供配电系统中所有电气设备的运行状态进行可靠、准确、安全地实时监控和保护，能够加强用电负荷控制和电能成本统计分析，能够准确及时地进行事件顺序记录、各种图表的分类、汇总、输送或上报，并具有打印、存盘和光盘刻录存储功能。

某大厦低压变电所、高压开闭所、柴油发电机房的所有保护信号和监控数据以及开关量、故障信息状态量等所有信息传入主控单元，通过各个变电所内的主控单元采用主备冗余工作方式，各台主控单元同时与站控层通信，从而保证变电所数据传输的可靠性。同时每个变电站内配置工作，可以实时了解各变电站的信息。工作站与主控室之间的通信利用弱电智能化网络端口。

图2 典型变电所监控图

2.2 系统特点

系统的冗余热备方案完善，在主控层、通讯管理层、现场设备层提供多重冗余保护。同时系统具有良好的自我诊断与自我恢复功能，能在线诊断系统所有软件和硬件的运行状况。单个元件的故障不会引起整套装置的误动，也不影响其它装置和监控管理系统的运行。另外，系统拥有开放的计算机监控系统，支持国内外众多厂商的智能设备接入，并保留系统扩展接口，不会影响现系统的运行。

2.3 系统互联

某大厦的智能化电力监控系统提供标准的网络接口和通信协议，运用DDE接口、OPC、数据库I/O、TCP/IP直连等多种方式提供与各类管理信息系统的互联，将所有10KV微机保护监控装置、10KV智能仪表和柴油发电机房智能仪表接入监控系统。接入本系统监控的子系统还包括变电所内的无功补偿控制器、变压器温控装置、柴油发电机组、安防视频监控系统等。可以实现与楼宇自动化系统、企业资源管理系统等的互联，连接的方式采用OPC方式。

3.结语

智能化电能管理系统在超高层建筑中的应用，既满足了“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥的基本需求，又满足了事故预警、快速事故诊断、电能监控、分时计费、高效节能、扩展灵活、系统集成等高端需求，提高了电力系统的可靠性以及管理效率，有广阔的应用前景。

参考文献

[1]建筑工程电气设计[S].北京:中国电力出版社,2011,7.

[2]高层民用建筑设计防火规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[3]徐榛,王春晖.智能化电力监控系统在大型公共建筑中的应用[J].四川建材,2012(2).