本章要点：
智能建筑供配电的基本知识
供配电系统监控原理
照明系统的控制方式
智能照明系统监控原理
电梯系统监控原理
5.1概述
建筑设备自动化系统除对暖通空调、给排水设备进行监控外，还可实现对楼宇电气设备的监控。楼宇电气设备主要包括供配电设备、建筑照明设备与电梯。供配电系统的监控对保障智能建筑的安全、可靠运行具有重要意义。建筑照明系统与电梯系统的监控不仅可实现自动控制，而且还能达到节能的效果。因此，电气设备系统的监控是楼宇设备监控系统的重要组成部分。
本章主要介绍建筑供配电系统、建筑照明系统和电梯系统的基本知识，以及建筑设备自动化系统对它们的监控方法。本章要解决的问题就是如何利用建筑设备自动化系统实现对建筑供配电系统、建筑照明系统及电梯系统的监控。
5.2供配电系统监控
智能建筑供配电系统的安全、可靠运行对于保证智能建筑内人身和设备财产安全，保证智能建筑各子系统的正常运行，具有极其重要的意义。供配电系统监控除了确保大厦的动力系统正常运行外，还可以大大提高系统的工作效率，节省能源消耗。
5.2.1供配电系统的基本知识
1.电力系统的基本概念
电能是国民经济各部门和社会生活中的主要能源和动力，是应用非常广泛的二次能源。
电能可以比较容易地从其他形式的能量转换而得，又能很方便地转变成其他形式的能量，并可以很经济地远距离传输。电能的控制、分配、测量也都很方便。
建筑物所需电能由电力系统提供，由于发电厂距用户较远，需要通过输电线路和变电所等中间环节，才能把电力输送给用户。同时，为了提高供电的可靠性和实现经济运行，常将许多的发电厂和电力网连接在一起并联运行。所谓电力系统就是由各种电压等级的输电线路将发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。
（1）电力网或电网
电力系统中各电压等级的电力线路及其联系的变电所称为电力网或电网。电网通常分为输电网和配电网两大部分。由35kV及以上的输电线路和与其相连接的变电所组成的称为输电网，其作用是将电力输送到各个地区或直接供电给大型用户。35kV以下的输电线路称为配电网，其作用是直接供电给用户。
（2）变电所
将来自电网的电源经变压器变换成另一电压等级后，再由配电线路送至各变电所或直接供给用户的电能供配电场所称为变配电所，简称变电所。
（3）配电所
引入电源不经过变压器变换，直接以同级电压重新分配给各变电所或供给各用电设备的场所称为配电所。
建筑中由于安装了大量的用电设备，电能消耗量大，为了接受和使用来自电网的电能，内部需要一个供配电系统，该系统由高压供电系统、低压配电系统、变配电所和用电设备组成。
通常对大型建筑或建筑小区，电源进线电压多采用10kV，电能先经过高压配电所，再由高压配电所将电能分送给各终端变电所。经配电变压器将10kV高压降为一般用电设备所需的电压（220/380V），然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备使用。
2.智能建筑供配电系统
（1）智能建筑的负荷等级划分
由于智能建筑用电设备多、负荷大、对供电的可靠性要求高，因此应对负荷进行分析，合理、准确地划分负荷等级，以便组织供配电系统，使之既能做到供电合理，不造成浪费，或使初投资不增加。负荷等级划分的原则主要是根据中断供电后在政治、经济上造成影响的程度而定。按照《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-1992）对负荷等级的划分标准如下。
①一级负荷。中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将造成重大的政治影响者；中断供电将造成重大的经济损失者；中断供电将造成公共场所的秩序严重混乱者。
②二级负荷。中断供电将造成较大政治影响者；中断供电将造成较大经济损失者；中断供电将造成公共场所的秩序混乱者。
③三级负荷。凡不属于一级和二级的负荷。
在智能楼宇用电设备中，属于一级负荷的设备有：消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警、自动灭火装置、火灾事故照明、疏散指示标志和电动的防火门窗、卷帘、阀门等消防用电设备；保安设备；主要业务用的计算机及外设、管理用的计算机及外设；通信设备；重要场所的应急照明。属于二级负荷的设备有：客梯、生活供水泵房等。空调、照明等属于三级负荷。
（2）智能建筑用电设备的特点
智能建筑通常是高层建筑，与一般建筑相比，其用电设备具有如下的特点。
①用电设备种类多，有电气照明设备、电梯设备、给排水设备、冷热源设备、洗衣房设备、厨房设备、暖通空调设备、消防用电设备及弱电设备等。
②用电量大，且负荷密度高。智能建筑的用电负荷比较集中，一般情况下，空调用电负荷约占总用电量的50%，照明负荷约占总用电量的20%～30%，电梯、水泵及其他动力设备约占总用电量的25%～35%。一般的，像高层旅游宾馆和酒店、高层商住楼、高层写字楼等智能建筑的负荷密度都在60W/m2以上，有的高达150W/m2。
③供电可靠性要求高。智能建筑中有相当数量的负荷属于一级负荷，如消防用电等。所以智能建筑供电可靠性要求高，一般均要求有两个及两个以上的高压供电电源，并设置柴油发电机组（或燃气发电机组）作为备用电源。
④电气线路多，电气系统复杂。由于智能建筑的功能比较复杂、用电设备种类多、供电负荷多且可靠性要求高，导致智能建筑的电气系统很复杂。电气系统复杂了，电气线路也就多了。不仅有高压供电线路、低压配电线路，而且还有火灾报警线路、防盗报警线路等弱电系统线路。
（3）智能建筑用电设备分类
智能建筑的用电设备很多，根据用电设备的功能可将其分为3类，即保安型、保障型和一般型。
①保安型负荷。保证大楼内人身安全及智能化设备安全、可靠运行的负荷。这类负荷有：消防负荷、通信及监控管理用计算机系统等用电负荷。
②保障型负荷。保障大楼运行的基本设备负荷。这些负荷有：主要工作区的照明、插座、生活水泵、电梯等。
③一般负荷。除上述负荷以外的负荷，如一般的电力、照明、暖通空调设备、冷水机组、锅炉等。
（4）智能建筑供配电系统的特点
①由于用电量大，一般供电电压都采用10kV标准电压等级，有时也可采用35kV，变压器装机容量大于5000kVA，并设内部变配电所。
②按照《高层民用建筑设计防火规范》的有关要求，为了确保智能建筑消防设施和其他重要负荷用电，智能高层建筑一般要求两路或两路以上独立电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应能自动投入运行，不至同时受到损坏。另外，还须装设应急备用柴油发电机组，要求在15s内自动恢复供电，保证事故照明、计算机设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。
③高层建筑的用电负荷一般可分为空调、动力、照明等。动力负荷主要指电梯、水泵、排烟风机、洗衣机等设备。普通建筑的动力负荷都比较小，且大部分放在建筑物的底部，因此变压器一般也都设置在建筑物的底部。但是随着建筑高度的增加，在超高层建筑中，电梯设备较多，电梯负荷随之增大，此类负荷大部分集中于大楼顶部。水泵容量也随着建筑的高度增大，竖向中段层数较多，通常设有分区电梯和中间泵站。在这种情况下，为了减少变配电系统的电能损失，采用变压器深入负荷中心的方式，宜将变压器按上、下层配置或者按上、中、下层分别配置，变压器进入楼内而且上楼。供电变压器的供电范围大约为15～20层。
④由于供电深入负荷中心，变压器进入楼内，为了防火的需要，不能采用一般的油浸式变压器和油断路器等在事故情况下能引起火灾的电气设备，而采用干式变压器和真空断路器。
（5）智能建筑的高压主接线
智能建筑具有电气设备多、人员密度大、火灾隐患多、对消防安保要求高、用电负荷大等特点，对供电可靠性及供电质量要求都很高。通常采用一路主供、一路备用的方式集中供电。
方式。两路电源同时工作，当其中一路发生故障时，由母线联络开关对故障回路供电。具有单母线分段、自动切换、互为备用的特点，可保证较高的供电可靠性。
（6）自备应急柴油发电机组
目前城市电网的供电状况虽然较稳定，但对一个建筑物来说，即使城市电网已提供两路电源，并且有时这两路电源来自不同的上一级变电站，但实际运行中，一路电源检修时不排除另一路电源出现故障的情况，而且还有可能两路电源同时出现故障（因为再上级电源往往是同一电源）。因此，为了确保大厦供电的可靠、安全，设置自备柴油发电机组是必要的。
自备应急柴油发电机组应始终处于准备启动状态。当市电中断时，机组应立即启动，并在15秒内启动且供电；当市电恢复后，机组延时2～15分（可调）不卸载运行，延时时间到后主开关自动跳闸，机组再空载冷却运行10分后自动停车。
（7）智能建筑的低压主接线
智能建筑变配电所的低压主接线一般采用分段单母线接线方式，母联开关手动或自动切换。低压配电的接线方式可分为放射式和树干式两大类。放射式配电是一独立负荷或一集中负荷。它们均由一单独的配电线路供电，一般用在单台设备容量较大、容量比较集中或供电可靠性高的场所。例如，大型消防泵、生活水泵和中央空调的冷冻机组，供电可靠性要求高，且单台机组容量较大，因此通常都采用放射式专线供电。
树干式配电是一独立负荷或一集中负荷按它所处的位置依次连接到某一条配电干线上。
树干式配电所需配电设备及线缆消耗量较少，系统灵活性好，但干线发生故障时影响范围大，一般适用于用电设备比较均匀，容量不大，又无特殊要求的场合。
目前，智能建筑低压配电方案是，于线上基本采用放射式，楼层间配电则为混合式。混合式即放射－树干的组合方式。
5.2.2供配电系统的监控
在智能建筑中，供配电监控系统是建筑设备自动化系统的一个子系统，它应能够直接接收来自现场设备的各种监测信号，产生控制信号并直接作用于现场设备，而且应具有一定的记录、显示、处理及报警功能，同时还必须能够与上位计算机进行信息交换。
供配电监控系统的主要任务是对供配电系统中各种设备的状态和供配电系统的有关参数进行实时的监视、测量，并通过计算机处理、显示、打印、存储及分析使用，使建筑设备自动化系统管理中心能够及时了解供配电系统运行的情况，完成对各种重要的供配电设备的监测与管理。
1.供配电监控系统的监控原理
供配电监控系统的监控对象为高低压系统、直流系统、变压器、备用发电机系统的相关设备的运行状态控制，及系统电压、电流、功率、功率因数等参数的监测。监测的信号由电流互感器、电压互感器获得，经过变送器转换，输出0～5V、0～10V的标准模拟量信号送入现场控制器的AI端子。电气设备的运行状态通过被测设备的辅助触点转换为ON/OFF（1/0）信号直接送往现场控制器的DI端子。功率因数的检测可通过测量电压与电流的相差得到，有了功率因数、电压、电流数值即可间接求得有功功率和无功功率。
另外也可采用多参数电力监测仪实现电力参数的测量。该装置是目前广泛使用的一种智能化检测装置，只需简单地接入三相电源中，从不同的端子上即可输出各种电力参数，如电压、电流、频率、功率因数、谐波和电度。它还可以提供计量参数、监视、能量管理等功能，同时它还提供多种通信接口，可以作为网络的一个节点与其他计算机进行通信。
在楼宇中，供配电监控系统主要有两种构成方式：对于中、小型楼宇供配电系统，一般直接利用通用的现场控制器（或PLC）和各种变送器对供配电系统进行监视，检测信号直接传至建筑设备自动化系统；而对于一些大型楼宇供配电系统，用户往往要求采用专业的能源监控管理系统对其进行监控和管理，这类系统往往自成体系，具有自己的通信网络和监控管理工作站，通过通信接口与整个建筑设备自动化系统进行数据交换。目前，电力设备监控中采用的比较多的能源监控管理系统有ABB、通用电气（GE）、金钟－默勒（Moller）、溯高美、拓中等公司的产品。
2.供配电监控系统的监测内容
（1）高压供电系统的监测
高压供电系统的监测内容包括：高压进线主开关的分合状态及故障状态监测，高压进线三相电流监测，高压进线电压、频率、功率因数监测，电度计量等。
以上参数送入供配电监控系统或上级控制中心，由系统自动监视及记录，为中心的电力管理人员提供高压供电系统运行的数据，监视主开关的状态，发现故障及时报警。同时监视记录楼宇的用电负荷变化情况，便于今后统计分析。
