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摘 要：本文提出了对商用超高层建筑配电系统主接线方式及改进优化，减少储变压器备容量，优化变压器的运行方式，达到节能、降低损耗、投资的目的。
关键词：超高层建筑变配电系统接线方式；改进优化；减少储变压器备容量；节能降耗
一、概况
最近几年，随着经济的发展，各地超高层建筑不断涌现，超高层建筑一般都建设在城市的生活和经济中心，由于超高层建筑的楼层多，建筑高度高，对供电的可靠性以及消防等的要求也比普通的高层建筑要高得多，相应的建设资金投入大，运行设备多，安全运行标准高，因此设计的复杂性也增加了很多。
房地产开发商为了在一定面积的土地上，开发出更多建筑面积，就提高建筑的高度，开发超高层。为了便于销售，使大楼的使用功能更复杂。一般在地下层设有车库、设备层，地上设有裙楼为办公或商场，标准层为办公、酒店、豪宅，顶部设为餐饮、娱乐等集其于一体的综合性大楼。国外超高层建筑高度已近千米，层数已达300多层以上。国内超高层建筑高度已超过600米，层数也已超过200层以上。
目前大多数超高层建筑规划：高度在200米左右、总建筑面积在10--15万平方米，地上五十层以上，其中裙楼有五层为金融、商业用房及餐饮等配套用房，主楼为写字楼、酒店或豪宅。在顶层设有娱乐、餐饮。在十三——十五层和二十八——三十层设二个避难层，其中设有消防风机房和消防接力水泵房。在地下层设有变配电机房、柴油发电机房、锅炉房、停车库等，消防水泵房、中央空调机房、机械停车库等。属一类超高层建筑功能定位为娱乐、餐饮、酒店、高档写字楼及酒店式公寓。
实际上超高层建筑的变配电系统，是由娱乐、餐饮、酒店、高档写字楼及酒店式公寓等单体建筑在平面上按所具有的使用功能的变配电系统，在竖直有限的空间集合叠加、紧凑优化构成。
二、配电系统
1.负荷等级
超高层建筑一般建筑面积较大、人员密度大、使用功能比较复杂，通常供电容量较大当超高层建筑发生各种灾难时抢险难度大、人员疏散较困难，因此其供电可靠性要求极高其中消防系统的用电安全保障显得尤为重要，工程属一类超高层建筑，按一级负荷供电。
2.电源选择
根据《供配电系统设计规范》(GB 50052-2005)规定，一级负荷应由二个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时遭到损坏一级负荷中特别重要的负荷，除由二个电源供电外，尚应增设应急电源，因此超高层建筑必须采用二路独立的10kV电源供电(用电容量较大，条件许可的地方可采用35kV电源供电)，此外还应根据实际状况设置柴油发电机组或EPS电源作为应急备用电源该工程采用10kV双路电源供电(两个电源不应同时损坏)，电源引自附近供电部门开闭所二段不同母线，采用电力电缆埋地引入总变配电所，二路电源同时供电，当其中一路电源故障停電时，由另一路电源供给全部一、二级负荷还设有两台有自启动功能的柴油发电机组作为消防及重要负荷应急备用电源。
3.高低压配电系统
3.1 10kV主接线：采用单母线分段的接线方式，系统设有分段母线联络开关，两路10kV电源同时供电，互为备用，当其中一路电源因故障停电时，由另一路电源供给全部一、二级负荷。10kV出线采用电缆放射式向各配电变压器供电。
3.2低压主接线：采用单母线分段的接线方式，每两台变压器为一组，通常的接线方式是消防设备、公用设备（电梯、水泵、风机、电信机房、计算机房、安防及楼宇设备管理中心）应急照明、照明每两台变压器为一组，该组还有发电机组进线；空调设备每两台变压器为一组，互为备用，分别设有母线联络、开关，两只低压进线开关及母联开关两通一断，采用电气、机械联锁，一级负荷中特别重要的负
荷设有专用低压母线，除采用两路供电外，另外设有柴油发电机组作为备用电源。其接线如图一：
所有消防负荷及重要负荷的配电，是由两路从变配电所低压系统两段母线上引来的配电干线，在配电末端设置双电源自动切换箱进行配电。
3.3变配电所设置
超高层建筑的用电设备负荷较大、用电设备性质较复杂，且很大一部分为一、二级负荷，通常变电所的规模相对较大，楼内空调机房及水泵房等用电量大的设备均布置在地下层，根据变配电所在理论上应靠近用电负荷中心的原则，应设在大楼中间，但这样就会产生电能倒送现象，所以总变配电所常规都设在地下层，便于设备运输安装，总变配电所进出管线较多，有高压进线电缆，高压及低压进出线，有阻燃电缆、耐火电缆、矿物绝缘电缆或预分支电缆，还有不少封闭式母线，管线进出仅采用上进上出的方式，可能会造成管线交叉频繁，施工较为困难因此总变配电所宜设地沟，各种电缆通过配电柜下部地沟进出，封闭式母线则通过配电柜上部进出。
根据《全国民用建筑工程设计技术措施电气》，低压线路的供电半径一般不宜超过200m，当供电容量超过5000kW，供电距离超过200m时，宜考虑增设变配电所，如果建筑高度超过200m，再加上平面距离，建筑上部的供电半径一般会超过250m，电压降可能超过规定值，供电质量将下降，电能损耗加大，肯定会影响电梯等设备的运行因此建筑高度超过200m的超高层建筑，宜在大楼上部设分变配电所，供塔楼电梯及上部1/3楼层的部分用电上部变配电所宜结合避难层或技术层设置，电缆进出线上进上出，要考虑到安装设备的运输通道。
另外，当标准层面积较大时，当供电容量超过5000kW，供电距离虽未超过200m时，可考虑在大楼的中部设分变配电所。
3.4大楼中部、顶部分变配电所
低压主接线：同总变低压主接线方式，采用单母线分段的接线方式，通常的接线方式是消防设备、公用设备每两台变压器为一组；空调设备每两台变压器为一组，互为备用，分别设有母线联络、开关，两只低压进线开关及母联开关两通一断，采用电气、机械联锁，一级负荷中特别重要的负荷设有专用低压母线，除采用两路供电外，另外设有柴油发电机组作为备用电源。上述低压配电接线方式，变压器在实际运行中，不能适应实际运行要求，因为开发的商用建筑从开始施工到竣工验收，电气设备送电运行，电力先行，强电施工完毕，然后才保证其它的设备供电：消防设备、公共设备：水泵、电梯、空调设备供电，从送电设备投入运行初期到满负荷运行，要看楼盘的销售情况、有些购房入客户又要转租、又进行二次装修，一般大约最短也要五年左右的时间，这期间又有客户入住，只要有客户入住就要用电。公共设备及照明系统要供电、空调系统也要供电，二个供电系统都要各投入1台变压器运行，实际上这段时间用电负荷很小，投入1台变压器运行，都远远大于实际用电负荷需求，按上述低压接线方式运行造成：变压器的损耗加大，电力资源的浪费，投资加大。 三、低压配电系统接线方式，建议与改进优化
超高层商用建筑供用电低压配电系统：公用设备及照明由二台变压器组成一个系统供电；空调设备由二台变压器组成一个系统供电；建议：按图2或图3改进
在图二或图三中，在这二个低压配电系统的低压侧增加一台母联柜，将这二个低压配电系统，连接成一个配电系统，将4台变压器并联起来，利用PLC控制及机械联锁装置。
1．运行方式：
（1）当负荷很小时投入1台变压器运行；
（2）随着负荷的增加，当用电负荷增加到最小变压器额定容量的70%时，投入1台容量大的变压器；（公共设备及照明变压器组与空调变压器组的变压器容量不相同时）。
（3）随着负荷的增加，当用电负荷增加到最大变压器额定容量的70%时，将连接二个系统的母联柜断开，二个配电系统分开运行，各投入1台变压器运行。
2．按此接线方式的优点：
（1）提高供电的可靠性。如有某台变压器发生故障时，可把它从电网切除，进行维修，电网仍可继续供电；
（2）可根据负载的大小，調整参与运行变压器的台数，以提高运行效率；
（3）可减少10%的变压器的储备容量，减少补偿电容的容量。
（4）当某台变压器出现故障时，选择变压器的余地更大。
当建筑高度在200米以下的超高层建筑，供电负荷容量10000KW以内，可在大楼地下层设变配电所（电源高压选用10KV）。低压配电系统都可采用图二或图三的接线方式。
3．当建筑高度在200——400米以下的超高层建筑，供电负荷容量10000KW以内，可在大楼地下层设变配电所（电源高压选用10KV），中间及顶层设分变配电所（电源高压选用10KV）或按大楼的分区及定位功能或每隔200米设一个分配电所，其低压配电系统可采用图二或图三的接线方式。
4．当建筑高度在200N(N≧2）米以下的超高层建筑，供电负荷容量20000KW(N≧2）以内，可在大楼地下层设总变电所，中间及顶层设分变配电所（电源高压选用由10KV就变成35KV））或按大楼的分区及定位功能或每隔200米设一个分配电所，其低压配电系统可采用图二或图三的接线方式。
四、结束语
以上探讨了超高层建筑变配电系统主接线方式，分析了改进优化的变配电系统主接线方式，可减少变压器的备用容量，指出了超高层建筑配电系统其总、分变电所也应尽量采用改进优化变配电系统主接线方式。减少变压器的备用容量，降低变压器运行损耗，减少补偿电容配置容量，达到节约电能的效果，降低投资的目的。
关键词：超高层建筑变配电系统接线方式；改进优化；减少储变压器备容量；节能降耗
一、概况
最近几年，随着经济的发展，各地超高层建筑不断涌现，超高层建筑一般都建设在城市的生活和经济中心，由于超高层建筑的楼层多，建筑高度高，对供电的可靠性以及消防等的要求也比普通的高层建筑要高得多，相应的建设资金投入大，运行设备多，安全运行标准高，因此设计的复杂性也增加了很多。
房地产开发商为了在一定面积的土地上，开发出更多建筑面积，就提高建筑的高度，开发超高层。为了便于销售，使大楼的使用功能更复杂。一般在地下层设有车库、设备层，地上设有裙楼为办公或商场，标准层为办公、酒店、豪宅，顶部设为餐饮、娱乐等集其于一体的综合性大楼。国外超高层建筑高度已近千米，层数已达300多层以上。国内超高层建筑高度已超过600米，层数也已超过200层以上。
目前大多数超高层建筑规划：高度在200米左右、总建筑面积在10--15万平方米，地上五十层以上，其中裙楼有五层为金融、商业用房及餐饮等配套用房，主楼为写字楼、酒店或豪宅。在顶层设有娱乐、餐饮。在十三——十五层和二十八——三十层设二个避难层，其中设有消防风机房和消防接力水泵房。在地下层设有变配电机房、柴油发电机房、锅炉房、停车库等，消防水泵房、中央空调机房、机械停车库等。属一类超高层建筑功能定位为娱乐、餐饮、酒店、高档写字楼及酒店式公寓。
实际上超高层建筑的变配电系统，是由娱乐、餐饮、酒店、高档写字楼及酒店式公寓等单体建筑在平面上按所具有的使用功能的变配电系统，在竖直有限的空间集合叠加、紧凑优化构成。
二、配电系统
1.负荷等级
超高层建筑一般建筑面积较大、人员密度大、使用功能比较复杂，通常供电容量较大当超高层建筑发生各种灾难时抢险难度大、人员疏散较困难，因此其供电可靠性要求极高其中消防系统的用电安全保障显得尤为重要，工程属一类超高层建筑，按一级负荷供电。
2.电源选择
根据《供配电系统设计规范》(GB 50052-2005)规定，一级负荷应由二个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时遭到损坏一级负荷中特别重要的负荷，除由二个电源供电外，尚应增设应急电源，因此超高层建筑必须采用二路独立的10kV电源供电(用电容量较大，条件许可的地方可采用35kV电源供电)，此外还应根据实际状况设置柴油发电机组或EPS电源作为应急备用电源该工程采用10kV双路电源供电(两个电源不应同时损坏)，电源引自附近供电部门开闭所二段不同母线，采用电力电缆埋地引入总变配电所，二路电源同时供电，当其中一路电源故障停電时，由另一路电源供给全部一、二级负荷还设有两台有自启动功能的柴油发电机组作为消防及重要负荷应急备用电源。
3.高低压配电系统
3.1 10kV主接线：采用单母线分段的接线方式，系统设有分段母线联络开关，两路10kV电源同时供电，互为备用，当其中一路电源因故障停电时，由另一路电源供给全部一、二级负荷。10kV出线采用电缆放射式向各配电变压器供电。
3.2低压主接线：采用单母线分段的接线方式，每两台变压器为一组，通常的接线方式是消防设备、公用设备（电梯、水泵、风机、电信机房、计算机房、安防及楼宇设备管理中心）应急照明、照明每两台变压器为一组，该组还有发电机组进线；空调设备每两台变压器为一组，互为备用，分别设有母线联络、开关，两只低压进线开关及母联开关两通一断，采用电气、机械联锁，一级负荷中特别重要的负
荷设有专用低压母线，除采用两路供电外，另外设有柴油发电机组作为备用电源。其接线如图一：
所有消防负荷及重要负荷的配电，是由两路从变配电所低压系统两段母线上引来的配电干线，在配电末端设置双电源自动切换箱进行配电。
3.3变配电所设置
超高层建筑的用电设备负荷较大、用电设备性质较复杂，且很大一部分为一、二级负荷，通常变电所的规模相对较大，楼内空调机房及水泵房等用电量大的设备均布置在地下层，根据变配电所在理论上应靠近用电负荷中心的原则，应设在大楼中间，但这样就会产生电能倒送现象，所以总变配电所常规都设在地下层，便于设备运输安装，总变配电所进出管线较多，有高压进线电缆，高压及低压进出线，有阻燃电缆、耐火电缆、矿物绝缘电缆或预分支电缆，还有不少封闭式母线，管线进出仅采用上进上出的方式，可能会造成管线交叉频繁，施工较为困难因此总变配电所宜设地沟，各种电缆通过配电柜下部地沟进出，封闭式母线则通过配电柜上部进出。
根据《全国民用建筑工程设计技术措施电气》，低压线路的供电半径一般不宜超过200m，当供电容量超过5000kW，供电距离超过200m时，宜考虑增设变配电所，如果建筑高度超过200m，再加上平面距离，建筑上部的供电半径一般会超过250m，电压降可能超过规定值，供电质量将下降，电能损耗加大，肯定会影响电梯等设备的运行因此建筑高度超过200m的超高层建筑，宜在大楼上部设分变配电所，供塔楼电梯及上部1/3楼层的部分用电上部变配电所宜结合避难层或技术层设置，电缆进出线上进上出，要考虑到安装设备的运输通道。
另外，当标准层面积较大时，当供电容量超过5000kW，供电距离虽未超过200m时，可考虑在大楼的中部设分变配电所。
3.4大楼中部、顶部分变配电所
低压主接线：同总变低压主接线方式，采用单母线分段的接线方式，通常的接线方式是消防设备、公用设备每两台变压器为一组；空调设备每两台变压器为一组，互为备用，分别设有母线联络、开关，两只低压进线开关及母联开关两通一断，采用电气、机械联锁，一级负荷中特别重要的负荷设有专用低压母线，除采用两路供电外，另外设有柴油发电机组作为备用电源。上述低压配电接线方式，变压器在实际运行中，不能适应实际运行要求，因为开发的商用建筑从开始施工到竣工验收，电气设备送电运行，电力先行，强电施工完毕，然后才保证其它的设备供电：消防设备、公共设备：水泵、电梯、空调设备供电，从送电设备投入运行初期到满负荷运行，要看楼盘的销售情况、有些购房入客户又要转租、又进行二次装修，一般大约最短也要五年左右的时间，这期间又有客户入住，只要有客户入住就要用电。公共设备及照明系统要供电、空调系统也要供电，二个供电系统都要各投入1台变压器运行，实际上这段时间用电负荷很小，投入1台变压器运行，都远远大于实际用电负荷需求，按上述低压接线方式运行造成：变压器的损耗加大，电力资源的浪费，投资加大。 三、低压配电系统接线方式，建议与改进优化
超高层商用建筑供用电低压配电系统：公用设备及照明由二台变压器组成一个系统供电；空调设备由二台变压器组成一个系统供电；建议：按图2或图3改进
在图二或图三中，在这二个低压配电系统的低压侧增加一台母联柜，将这二个低压配电系统，连接成一个配电系统，将4台变压器并联起来，利用PLC控制及机械联锁装置。
1．运行方式：
（1）当负荷很小时投入1台变压器运行；
（2）随着负荷的增加，当用电负荷增加到最小变压器额定容量的70%时，投入1台容量大的变压器；（公共设备及照明变压器组与空调变压器组的变压器容量不相同时）。
（3）随着负荷的增加，当用电负荷增加到最大变压器额定容量的70%时，将连接二个系统的母联柜断开，二个配电系统分开运行，各投入1台变压器运行。
2．按此接线方式的优点：
（1）提高供电的可靠性。如有某台变压器发生故障时，可把它从电网切除，进行维修，电网仍可继续供电；
（2）可根据负载的大小，調整参与运行变压器的台数，以提高运行效率；
（3）可减少10%的变压器的储备容量，减少补偿电容的容量。
（4）当某台变压器出现故障时，选择变压器的余地更大。
当建筑高度在200米以下的超高层建筑，供电负荷容量10000KW以内，可在大楼地下层设变配电所（电源高压选用10KV）。低压配电系统都可采用图二或图三的接线方式。
3．当建筑高度在200——400米以下的超高层建筑，供电负荷容量10000KW以内，可在大楼地下层设变配电所（电源高压选用10KV），中间及顶层设分变配电所（电源高压选用10KV）或按大楼的分区及定位功能或每隔200米设一个分配电所，其低压配电系统可采用图二或图三的接线方式。
4．当建筑高度在200N(N≧2）米以下的超高层建筑，供电负荷容量20000KW(N≧2）以内，可在大楼地下层设总变电所，中间及顶层设分变配电所（电源高压选用由10KV就变成35KV））或按大楼的分区及定位功能或每隔200米设一个分配电所，其低压配电系统可采用图二或图三的接线方式。
四、结束语
以上探讨了超高层建筑变配电系统主接线方式，分析了改进优化的变配电系统主接线方式，可减少变压器的备用容量，指出了超高层建筑配电系统其总、分变电所也应尽量采用改进优化变配电系统主接线方式。减少变压器的备用容量，降低变压器运行损耗，减少补偿电容配置容量，达到节约电能的效果，降低投资的目的。