在国标图集 14D801 《超高层建筑电气设计与安装》中，提供了多种针对超高层供配电系统结构的方案，其中“主站 - 分站结构”方案，在实际工程中得到广泛应用。根据“主站 - 分站结构”的特点，可细分为放射式结构和分站二配式结构，图 1 所示方案一为放射式结构，供电电源经主配电所配电后，直接向各分配变电所的变压器放射式供电；图 2 所示方案二为分站二配式结构，该方案除设置主配电所外，根据负荷分布及业态管理要求，在塔楼相应楼层的分配变电所设中压二级配电，由二级配电设备向相应区域的变压器放射式供电。两个方案各具特色，特点对照见表 1。

在规模较大的超高层建筑中 ，变压器数量多 、分布广 ，供配电系统安全性要求高 ，投资维护成本也不可轻视。笔者综合各方因素 ，提出供配电系统结构方案见图 3, 该方案综合了 上述两个方案的优点 ，在保证系统安全可靠的前提下兼顾了一定的经济性 ，特点如下：

a. 由主配电所对位于地下室或低区分配变电所内的变压器放射式供电。

b. 在塔楼中高区适当楼层的分配变电所内，设置中压二级配电向本区域及相邻区域的变压器放射式供电。

c. 分站二级配电系统采用两个电源同时工作、单母线分段接线并设置联络的方案，利用两个电源 / 电缆间的相互冗余，解决单路电缆故障停电范围较大的问题。

d. 适用于采用 10 kV 自备柴油发电机组（后文简称“发电机”） 作为应急 / 备用电源的系统。

根据相关规范规定，超高层公共建筑除采用多路市政电源供电外，还应设置发电机作为应急电源，且要求发电机的消防供电回路应采用专用线路连接至专用母线段。为了满足电源、设备之间的互相备用，在中压、低压供配电系统中，设置有包括市电与市电、市电与发电机的多级电源转换装置,这些装置在确保供配电系统连续性和可靠性方面发挥着重要作用。

> > > >    中压电源转换装置的设置要点

> >    对中压电源转换装置的功能要求

如图3所示，主配电所中两个电源同时工作互为备用，采用单母线分段接线，两个电源的主进线断路器(HQ1、HQ2)与母联断路器(HQ3）共同组成电源转换装置,当一路电源中断供电时，分断该电源进线断路器，合上母联断路器，由另外一路电源负担全部负荷。由于主配电所的容量较大，为避免自动合闸时对供电系统的冲击，该母联断路器一般采用手动合闸。

在分配变电所设置的中压二级配电系统中，电源进线断路器(MQ1、MQ2）和母联断路器(MQ3）共同组成电源转换装置(ATS1)，当一路电源故障中断供电时，可进行手动转换恢复供电；对供电品质要求高的项目，也可采用自动转换（母联备自投)，实现快速恢复供电。

> >    对 ATS1、MV - ATSE 的控制要求

当项目营运方对快速恢复供电期望较高时，中压电源转换装置宜采用自动转换。为避免电源转换装置的误动作，控制要求如下:

a. ATS1在一路市电停电时，自投不自复，且仅动作一次。

b.为避免误动，ATS1自投转换延时应躲开电网电压暂降的时间。根据IEC TR 61000 - 2 - 8:2002《Electromagnetic compatibility (EMC)— Part 2- 8: Environment— Voltage dipsand shortinterruptions on public electric power supply systems with statistical measurement results》及IEEE Std1159 - 2019《IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality》的统计，电网中持续时间小于1s的电压暂降或中断占比约90 %，将ATS1的延时时间整定为1.5 s，可避免绝大部分的电压暂降对系统的影响。

c.在两路市电均失电时，由MV - ATSE发信号启动相应的发电机，待启动完成后，将负载自动转换至发电机电源。

> > > >    变压器低压侧电源转换装置的设置要点

当采用0.4 kV柴油发电机组作为备用/应急电源时，市电与发电机电源的转换装置采用0.4 kV自动转换装置(ATSE)，设置应急母线段的做法与普通建筑没有太大差异，本文不再赘述。这里重点介绍采用10kV发电机作应急/备用电源的情况。

分配变电所的低压配电系统一般采用两台变压器一组、低压联络的接线方案（如图4所示）TA为消防备用变压器，TB为普通变压器。TA 的10kV电源(电源A)由前述市电与发电机电源通过MV - ATSE切换供电，其低压侧设置消防母线段和非消防母线段，火灾时由火警信号断开断路器LQ1-1以切除非消防负荷。

> >    变压器低压侧电源转换装置的功能要求

变压器低压侧两台主进线断路器（LQ1、LQ2）与母联断路器（LQ3）共同组成电源转换装置（(ATS2），当任一变压器因故中断供电时，可通过分断失电侧主进线断路器，合上母联断路器（LQ3 )，将全部重要负荷转换至另一台变压器供电。基于电源设备的容量限制，在单变压器和/或发电机供电时，应根据实际负载状况对部分或全部非重要负荷进行卸载，保证重要负荷安全运行。

> >    对 ATS2 的控制要求

如图4所示，设置低压电源管理控制器(LVPCS)，对变压器、火灾自动报警系统、上级电源转换系统、10kV发电机的状态等进行监测。根据综合信息，可对ATS2和其他分段开关（包括LQ1-1)等进行控制，实现在变压器故障或发电机供电时，对非重要负荷的卸载及进行电源转换。ATS2的基本功能要求如下:

a. 当ATS2设置为“手动”转换模式时，可由物业管理人员现场或远程控制进行电源转换，提高供电保障能力。采用该模式可降低上下级转换装置间的配合难度，但电源中断时间较长。

b. 当ATS2设置为“自动”转换模式时，为避免误动，可与上级电源转换装置(ATS1)进行时序或逻辑配合。时序配合是指ATS2设置的动作延时，应躲过上级ATS1的转换动作时间；逻辑配合是指在上级 ATS1自投时，由信号闭锁ATS2的自动转换功能，待ATS1转换完成后解除闭锁。比较而言，采用逻辑配合方案，可减少上下级电源自动转换装置的配合级数，缩短末端重要设备的电源中断时间。

为避免在紧急情况处置过程中，由外部电源恢复导致的反复投切,建议ATS2采用“互为备用”的自动模式。在紧急情况下，若ATS2已经转换，当一切恢复正常后，可通过现场或远程控制其复位，让供电系统恢复到正常工作状态。

c. 由于变压器和发电机组的容量限制，LVPCS应具备自动卸载功能，在两台变压器中出现单变压器因故失电时，应根据实际负载状况对部分或全部三级负荷进行自动卸载，然后再进行电源转换;在发电机供电时，应对发电机供电变压器低压侧的非保障负荷进行自动卸载。

> > > >    末端电源自动转换装置 （ATS3） 的设置要点

在用电设备机房或配电间内，通常设置双电源自动转换装置(ATS3)来确保重要负荷持续供电。转换装置频繁动作会增加电压敏感设备、重要设备“失电–重启”或“启动失败”的风险，为避免误动，ATS3宜通过设置延时与上一级电源自动转换装置进行时序配合，并合理设置转换模式，建议如下:

a. 重要且容量较大的负荷（如电梯等)，其双电源自动转换装置宜采用“互为备用”模式。在紧急状况结束后，由管理人员远程手动复位到正常的供电状态。

b. 纯消防负荷（如消防水泵、加压风机、排烟风机及补风机等的双电源自动转换装置)，宜采用“互为备用”模式。

c. 除a、b项外的其它负荷，双电源自动转换装置采用“自投自复”模式，自复延时5~10 s。为减小ATS3在同一时间自复给系统带来的冲击，可按负荷类型分组设定不同的自复延时时间。

> > > >    各级电源转换装置设置位置及功能特点

各级电源转换装置设置位置及功能特点对比见表2。转换方式的设置原则是基于负荷性质及对电源中断供电时间的要求，为满足消防等重要负荷供电要求而设置的电源转换装置，应采用自动转换;为满足运营目的设置的电源转换装置,可采用手动或自动转换。当采用自动转换时，上下级电源转换装置间应采取适当的配合逻辑和控制策略，避免转换装置误动，并尽量缩短重要设备的电源中断供电时间。

> > > >    项目概况

成都天府新区某超高层项目，建筑高度489 m，地下室5层，地上96层，为超高层办公建筑。项目10kV电源进线共计8路，采用两两一组的单母线分段接线，同时工作互为备用的运行方式，变配电站房设置见表3。

除20层及以下的分配变电所采用低压发电机供电外，其他分配变电所采用10kV中压发电机供电，本文以88层分配变电所供电系统为例，分析电源转换的控制策略，为便于分析，将其配电系统结构简化如图5所示。

> > > >    电源转换控制策略

图5中所示案例的配电系统中，共设有3级市电转换装置—— ATS1、 ATS2、ATS3。为满足电源管理需要，在中压二级配电系统设置中压电源管理控制器(MPCS)，并与ATS1、MV - ATSE共同组成中压电源管理系统，对市电、发电机、各中压断路器的状态进行监测，对ATS1、MV - ATSE动作和发电机组启停进行控制;在低压系统中，设置电源管理控制器(LVPCS)，功能见本文“对 ATS2 的控制要求”一节。为避免误动，上、下级转换装置间通常采用时序或逻辑配合，并遵循中压优先或低压优先的控制策略。

> >     电源自动转换装置的时间参数设定

根据标准 GB/T 14048.11 - 2016《低压开关设备和控制设备第6-1部分:多功能电器转换开关电器》，电源自动转换装置的3个时间参数包括特意引入的转换延时时间T ₁ 、转换动作时间T ₂ 、总动作时间T，并满足T=T ₁ + T ₂ 。当上、下级转换装置间采用时序配合时，下级转换装置的转换延时(T ₁ )应躲过上级转换装置的总动作时间(T)，宜满足下式要求:

根据某企业提供的数据，当采用自动转换时，图5中电源转换装置ATS1、ATS2、ATS3最短的转换动作时间(T ₂ )分别为1 s、2 s、0.1 s。

> >     当单路市电失电时，各级电源转换装置间的配合方案

>     方案1：中压转换优先，三级延时配合方案

从ATS1到ATS3分别进行时序配合，依据公式(1)，ATS1、ATS2、ATS3的转换延时时间应分别满足下列要求：

a. T _1ATS1 应躲过电网典型电压暂降时间，见本文“对 ATS2 的控制要求”一节。

b. T _1ATS2 ≥ T _ATS1 + 0. 5 s。

c. T _1ATS3 ≥ T _ATS2 + 0. 5 s。

>     方案2：中压转换优先，两级延时配合方案

将ATS2设置为“手动转换”模式或自动模式下的“逻辑配合”模式（见本文“对 ATS2 的控制要求”一节)，当单路市电故障时，ATS3仅需要与ATS1进行时序配合，满足T _1ATS3 ≥ T _ATS1 + 0.5 s的配合要求即可。通过比较发现，本方案中ATS3的总动作时间明显小于方案1，显著缩短了重要负荷的断电时间;本方案的另外一个特点是，当ATS2设置为“逻辑配合”模式时，供电系统可在变压器或前端10kV线路故障的情况下，由ATS2快速自动恢复对重要负荷的供电，对高品质项目的营运管理非常有利。这种情况下，建议ATS2的转换延时时间设定为0.5 s。

>     方案3：低压转换优先，两级延时配合方案

将ATS1设为手动转换模式，ATS2设置为自动转换、互为备用的模式，当单路市电失电时，ATS3仅需要与ATS2进行时序配合，ATS2、ATS3的转换延时时间分别满足下列要求：

a. T _1ATS2 应躲过电网典型电压暂降时间，见本文“对 ATS2 的控制要求”一节。

b. T _1ATS3 ≥ T _ATS2 +0.5 s。

本方案最大的特点是在满足规范基本要求的前提下，逻辑控制相对简单，还适用于采用主站–分站放射式结构和中压二配不设联络结构的普通公建项目。与方案2相比，末端ATS3的总动作时间相对较长，单路市电失电时，受单台变压器容量的限制，将有部分负荷断电。

> > > >    发电机供电工况下的配合要点

本项目在两路市电均失电的情况下，由中压电源管理控制器(MPCS)通过发电机控制器K启动10 kV发电机，发电机并机完成且电压正常后，控制MV - ATSE切换到发电机电源，此时，ATS2和ATS3将按照上述3个方案中预设的先后顺序进行电源转换。

需要注意的是,在方案2中，当ATS2设置为“手动”转换模式或市电停电转由发电机供电时，在ATS2没有进行转换的情况下，目前的LVPCS产品暂不具备自动卸载功能，此时，可以通过上级MV - ATSE 控制器的卸载功能，对变压器低压侧的非保障负荷进行自动卸载。

> > > >    针对本案例的控制方案推荐

通过上述对电源转换装置设置要点和控制策略的分析不难看出，各种配合方案各具特点，实现的难易程度不同，配合级数不同，末端设备中断供电时间也有差别，其中，方案2和方案3配合级数最少，为二级，方案2的末端电源转换装置的总动作时间最短，为3.1 s。本项目案例最终采用了方案2中的“逻辑配合”模式，在满足规范的前提下，兼顾了营运方要求停电后快速恢复供电的诉求。3种配合方案的转换动作时间及特点对比见表4。