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★國網(wǎng)新疆電力有限公司博爾塔拉供電公司孫雪剛，康景東，周紅旗，黃天宇，谷天佑，劉莎，吳亞琴

關鍵詞：配電網(wǎng)；箱變；低壓自動重合閘；研制及應用

箱式變壓器作為城市配電網(wǎng)電能傳輸環(huán)節(jié)中較為重要的設備，因其大容量、美觀的外形、可靠的動作特點在城市電力建設中備受歡迎。箱式變壓器對于配電線路，尤其是10千伏線路的運行管理有一定的要求，其內部裝設的欠壓線圈在10千伏線路電壓波動情況下當箱變的分閘線圈電壓低于60%時，為了有效保障箱變的安全運行，箱變低壓總開關會動作，同時箱變低壓總開關在電網(wǎng)高壓線路停電（故障跳閘、停電操作）或大負荷切除造成電壓波動、欠壓或失壓時，欠壓動作線圈會動作箱變低壓開關跳閘，恢復送電或電壓平穩(wěn)后，箱變低壓總開關不能夠自動合閘，這給工作人員帶來很大的工作量。工作人員必須逐一對箱變進行手動合上低壓開關送電，如果該線路上所接箱變數(shù)量較大，那么工作量也相應較大，勢必在每一次電壓波動或高壓故障后，投入大量的人力、車輛臺班和安全工器具進行合閘送電。由于部分箱變路程位于偏遠郊區(qū)，增加恢復送電的到達時間，停電損失加大，給供電企業(yè)帶來了直接經(jīng)濟損失。為了有效解決箱變在各類狀態(tài)下頻繁跳閘的問題，有效減少用戶年均停電時間，降低城市配電網(wǎng)運維成本，全面提升城市區(qū)配電網(wǎng)可靠性指標，近年來在所屬溫泉縣城區(qū)試點應用了箱變低壓重合閘裝置，通過運行狀況及技術經(jīng)濟指標分析，裝置的應用效果明顯，具有較廣的推廣及實用價值。

1　低壓重合閘裝置的設計依據(jù)及遵循原則

1.1　設計依據(jù)

根據(jù)國家相關標準、規(guī)范以及相關規(guī)定，如《電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置》（GB/T 14549）、《配電裝置技術條件》（DL/T823）和《國家電網(wǎng)有限公司設備部關于印發(fā)配電自動化實用化提升工作方案的通知》等，按照電網(wǎng)、用戶需求和技術要求進行規(guī)劃設計。

1.2　設計原則

裝置技術方案主要遵循安全性、可操作性、高可靠性、適應性和經(jīng)濟性的原則進行設計，即：

安全性第一：確保裝置的安全可靠運行，防止人身傷害和設備損壞。

可操作性：設計應方便操作人員進行開關操作和故障處理工作。

高可靠性：選擇高品質的元器件和材料，保證裝置的穩(wěn)定性和可靠性。

適應性：考慮不同環(huán)境下的使用情況，設計具有良好的適應性和靈活性。

經(jīng)濟性：在滿足功能要求的前提下，合理選擇設備和材料，降低成本。

2　箱式變重合閘所屬領域及存在問題

該裝置屬于電力自動化技術領域，主要結合電力生產(chǎn)管理中可靠性管理指標，對目前電力配電網(wǎng)中廣泛應用于城市、園區(qū)等負荷集中區(qū)的箱式變壓器自動重合功能的研究。配電網(wǎng)作為電網(wǎng)末端與用電客戶直接相連，而箱式變壓器作為配電網(wǎng)組成中的一類關鍵設備，主要用于城市區(qū)內居民小區(qū)、商場、醫(yī)院、學校等重要用電客戶。隨著配電網(wǎng)可靠性要求越來越高，停送電時間也成為影響配電網(wǎng)運行管理的關鍵指標。低壓箱式變壓器在10千伏線路計劃停電、故障停電或線路電壓波動等造成停電情況下，人工操作恢復送電工作量較大且用時較長，恢復送電時效較低，而且造成人工、車輛的損耗較大。

3　箱式變壓器重合裝置工作原理

3.1　重合閘裝置原理

箱式變壓器重合裝置更加有效地保障了用電客戶的用電需求及供電質量。其動作原理如圖1所示，電壓控制器通過采集0.4千伏進線相電壓信號，線路有電狀態(tài)下，電壓控制器內部常開節(jié)點閉合，行程開關閉合，合閘回路通電，合閘線圈動作，動作桿觸發(fā)低壓總開關合閘按鈕，箱變帶電接負荷，反之10千伏線路失壓后，0.4千伏進線失壓，電壓控制器常開節(jié)點打開，行程開關打開，分閘線圈動作，觸發(fā)箱變低壓總開關分閘按鈕，箱變失電。

圖1 箱變低壓自動合閘接線圖

3.2　新型延時繼電器工作原理

箱變自動合閘深化改造的工作原理是將箱變低壓開關的合閘公用點通過導線與延時繼電器的公共點并在一起，這一組延時繼電器的常開觸點串接至另一組延時繼電器公共點，再將這組延時繼電器常閉節(jié)點并接至箱變合閘按鈕的回路中，再給兩組延時繼電器380V工作電壓，設定兩個延時繼電器的延時時間，如圖2所示。這里要說明的是第二組延時繼電器的時間設定要長于第一組的延時繼電器，這樣就能實現(xiàn)在我們設定時間內合閘，同時也能在我們設定時間內斷開合閘回路。

圖2 新型延時繼電器工作原理圖

4　箱變低壓重合閘裝置的研制內容

目前在箱式變壓器頻繁動作，影響供電用戶的用電可靠性的狀態(tài)下，通過技術查詢，暫時還沒有較為可靠的技術有效解決這一問題。常見的為了避免箱變跳閘的措施就是將箱變的欠壓保護線圈短路或者拆除，但是類似操作對箱式變壓器的運行安全帶來了一定的風險，也不符合配電網(wǎng)安全管理要求。從技術角度來看，目前需要解決的是欠壓線圈的靈敏度、設備安全性要求以及可靠性管理指標。本項目所涉及的技術成果在不改變箱式變壓器內部技術組成的前提下，將電壓控制器、行程開關、時間繼電器等組合應用形成箱變在失電狀態(tài)下或二次帶電狀態(tài)下的開關重合的裝置。

在各供電區(qū)域內運行的10kV箱式變壓器類型繁多，但它們都有一個共同點，那就是欠壓或失壓時，低壓總開關會跳閘。借鑒箱變低壓合閘工作的原理，將箱變低壓開關的合閘按鈕公用點通過導線與第一組延時繼電器的公共點并在一起，再將這組延時繼電器常開觸點串接至第二組延時繼電器公共點，再將箱變合閘按鈕控制回路并接至第二組延時繼電器的常閉觸點上，當延時繼電器通上相應工作電壓后在設定時間內常開觸點閉合，開關的合閘回路導通，此時箱變低壓開關就會合閘；第二組延時繼電器的常閉觸點的在設定時間內動作打開，切斷合閘線圈的控制回路，這樣就不會對開關設備的安全運行造成影響。

圖3 箱變加裝自動重合閘功能的電氣原理圖

圖4 箱變低壓自動重合閘外觀圖

圖5 箱變低壓自動重合閘實物圖

3　箱變低壓重合閘裝置的優(yōu)勢及與同類技術的綜合比較

3.1　箱變低壓重合閘裝置的優(yōu)勢

3.1.1　增加箱變二次帶電狀態(tài)下重合功能

研發(fā)箱變低壓自動重合閘裝置，該裝置將10千伏重合閘動作理論與箱式變壓器低壓開關動作相結合，應用電壓控制器、行程開關與箱變開關的動作回路相結合，增加了箱變開關失電或者二次帶電狀態(tài)下重合的功能。在該項技術未應用之前，箱變由于線路電壓波動，為了保護設備安全，在欠壓狀態(tài)下動作回路頻繁動作，只能根據(jù)用戶反映的停電信息，人工到達現(xiàn)場手動操作恢復送電。為了降低運維成本，運維人員為了方便管理一般會采取將欠壓線圈短接或者拆除的方法，但是存在一定安全風險。為了有效解決此類問題，結合變電站10千伏線路開關重合閘的原理，項目開發(fā)小組經(jīng)過多次試驗，應用電壓控制器采集箱變高壓線路帶電情況，并與行程開關、合閘線圈形成二次回路，在箱變跳閘且線路帶電情況下，該裝置輔助箱變低壓總開關動作一次，實現(xiàn)自動重合，有效地解決了箱變頻繁跳閘后人工恢復送電的問題，提高了配電可靠性及運維管理水平。

通過技術查詢，該項技術在箱式變壓器生產(chǎn)中未有應用。該項研制裝置技術已在博州溫泉縣所轄11臺箱式變壓器中首先試點，其應用效果明顯，動作率達到100%，有效地減少了電量損失及人工運維成本。裝置內部構成如圖6所示，包括了低壓總開關（1）、手動開關（2）、電磁鐵（3）、動作桿（31）、線圈（32）、外殼（4）、行程開關（5）、電壓控制器（6）、數(shù)碼顯示管（7）、開始按鈕（8）、功能按鈕（9）、增量按鈕（10）、減量按鈕（11）、輸出插頭（12）和輸入插頭（13）。

圖6 箱變自動合閘裝置構成圖

3.1.2節(jié)約運維成本及減少電量損失

從節(jié)約運維成本及減少電量損失的角度，充分結合生產(chǎn)運維需要，研發(fā)出一種具有重合閘功能的變壓器，并通過技術組合，對箱變控制回路進行技術改造，技術應用度成熟，是將配網(wǎng)管理技術提升與生產(chǎn)需要相結合開展適應性研究的成果，可以充分滿足不同地域、不同負荷類型和不同的經(jīng)濟發(fā)展階段。對常規(guī)箱式變壓器的技術革新，可以滿足不同容量的變壓器需要，提高了配電設備自動化水平，為適應現(xiàn)代化配電網(wǎng)發(fā)展目標提供了技術支撐。

3.1.3　技術通用性

目前此項技術已在國網(wǎng)博爾塔拉供電公司的溫泉縣供電公司天泉小區(qū)A區(qū)箱式變投入運行，并已達到預期效果。后期我們會將此技術上報至博爾塔拉供電公司，在全公司推廣應用，帶來更大的經(jīng)濟效益和企業(yè)效益，樹立良好的企業(yè)形象，更好地服務于電力客戶。

3.1.4　實用性

目前此項技術已在國網(wǎng)博爾塔拉供電公司的溫泉縣供電公司天泉小區(qū)A區(qū)箱式變投入運行，并已達到預期效果。其大大縮短了因高壓故障和計劃停電引起的箱變低壓需人工合閘的送電時間，給企業(yè)增供擴銷帶來了一定的經(jīng)濟效益，同時也提高了用戶對供電企業(yè)的滿意度。

3.2　與當前國內外同類研究和技術的綜合比較

該箱變低壓自動重合閘裝置已通過中國科學院新疆科技查新咨詢中心第三方查新鑒定，鑒定結論如下：經(jīng)國內范圍的檢索查證，已見箱式變壓器來電自動合閘裝置和時間繼電器延時合閘裝置的研究報道，但未見與本項目具有自動重合功能箱式變壓器結構特點相同的研究成果公開報道。項目成果技術水平在同類研究中屬于實用性技術，成效比較明顯。

4　箱變低壓重合閘裝置的推廣及應用價值

4.1　推廣應用

目前配電網(wǎng)箱變低壓自動化重合閘技術屬于一種新技術，該項技術是在線路重合閘裝置原理的基礎之上，通過技術組合形成的一種新裝置在配電網(wǎng)10千伏箱式變壓器運行管理上的一次綜合應用。該項目以新疆博州溫泉縣箱變重合閘裝置試點應用效果分析結果為依據(jù)，為配電網(wǎng)可靠性指標提升提供了技術參考。新疆博州溫泉縣城區(qū)12臺箱式變壓器加裝了重合閘裝置，通過對2023全年箱變運行情況的統(tǒng)計，對比重合閘裝置未加裝和加裝后，裝置均實現(xiàn)了準確、可靠動作，沒有出現(xiàn)拒動、誤動，線路計劃、非計劃停電時間下，用戶年平均停電時間由原來的10.2小時降低到7.2小時。

4.2　應用價值

隨著新疆配電網(wǎng)發(fā)展進入新的階段，以及配電自動化等技術的不斷應用推廣，新疆配電網(wǎng)進入了智能發(fā)展新時期。在電力促進經(jīng)濟發(fā)展的大背景下，城市化建設也將逐步加快，同時配電設備的自動化程度也逐步提高，箱式變壓器應用數(shù)量也將激增，特別是城市區(qū)、縣市區(qū)、各類園區(qū)、旅游景點等。該項技術的應用價值就在于它能夠有效提高設備的自動化程度、減少企業(yè)的運行維護成本、降低停電經(jīng)濟損失、保障用電客戶的安全可靠供電，為配網(wǎng)智能化發(fā)展奠定了技術基礎。

5　社會效益和經(jīng)濟效益

5.1　社會效益

箱式變壓器加裝重合閘裝置之后，供電可靠性相比較未加裝該裝置前得到了明顯提高，用戶年均停電時間指標也逐步降低，用電客戶的電氣設備在送電過程中的安全性也得到了保障，特別是居民小區(qū)、政府機關、醫(yī)院、學校、部隊等重要負荷類別，有力地促進了溫泉縣人民生活指數(shù)的提高，為溫泉縣創(chuàng)建綠色旅游明星縣城做好了電力供應及保障。該項技術在特變電工股份有限公司新疆變壓器廠、北京雙杰電器股份有限公司箱式變壓器生產(chǎn)及新疆奎屯市城市配網(wǎng)箱變運維中進行了授權試點，其應用后城市配電網(wǎng)可靠性指標明顯提高，且為企業(yè)減少了經(jīng)濟損失，推動了電力設備自動化管理水平，獲得了供電企業(yè)的認可。這種具有智能合閘功能的箱式變壓器的發(fā)明及應用，相當于在每個箱變處安排了一個值班人員，可在各種故障后快速合閘送電，不僅大大提高了供電可靠性，也樹立了良好的企業(yè)形象。

5.2　經(jīng)濟效益

經(jīng)濟效益主要包括兩部分：第一部分是箱變自動恢復送電，消除了人工到達現(xiàn)場手動操作所消耗的時間及相應的停電電量損失；第二部分是人工在逐一恢復送電過程中產(chǎn)生的運維成本、人工程量及其他成本。兩部分均可理解為新增利潤，其計算公式如下：

電量損失=12臺箱式變壓器在未改造前恢復送電需要消耗的時間×箱變年平均負荷×0.54元/千瓦時

成本節(jié)約=年箱變運維成本×箱變數(shù)量

全年因各類故障及計劃停電不少于10次計算，12臺箱式變壓器全年減少電量損失8174.66千瓦時，核減裝置成本費用0.11萬元，合計減少經(jīng)濟損失0.33萬元。12臺箱式變壓器全年人工及車輛運行維護費用為2.4萬元，考慮不確定因素影響，箱變自動化后按照節(jié)約80%計算，節(jié)約運維成本1.92萬元，合計節(jié)支2.25萬元。

6　結論

箱變低壓自動重合閘裝置的研制，有效解決了箱變動作線圈欠壓動作跳閘，箱變在線路故障、計劃停電、箱變失壓這三類情況下，箱式變壓器的恢復送電問題。對區(qū)域內箱變的安裝位置差異分析人工恢復送電的時差、電量損失、運維成本與加裝箱變重合裝置后的差異，結合新疆博州地區(qū)試點應用，取得了成效顯著成果。該裝置的使用，保證了用電客戶和電網(wǎng)企業(yè)的雙贏，有效提高了供電企業(yè)在可靠供電方面的良好形象，降低了用電客戶的年均停電時間，節(jié)約了企業(yè)在城市區(qū)配網(wǎng)中的運維成本，促進了博州城市的經(jīng)濟發(fā)展，保證了配電網(wǎng)發(fā)展與經(jīng)濟發(fā)展相適應，遠期為新疆博州地區(qū)新技術的推廣應用積累了經(jīng)驗，對提升城市配電網(wǎng)供電可靠性、保證配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行及節(jié)本降損有一定的代表意義，也為進一步提升配電網(wǎng)自動化奠定了基礎，具有一定的理論和實際應用價值。

作者簡介：

孫雪剛（1983-），男，河南開封人，工程師，學士，現(xiàn)就職于國網(wǎng)新疆電力有限公司博爾塔拉供電公司，研究方向為電網(wǎng)規(guī)劃設計與技術技經(jīng)。

康景東（1970-），男，廣東龍川人，工程師，現(xiàn)就職于國網(wǎng)新疆電力有限公司博爾塔拉供電公司，研究方向為配網(wǎng)安全生產(chǎn)及營配綜合管理。

周紅旗（1973-），男，河南鄧州人，技師，現(xiàn)就職于國網(wǎng)新疆電力有限公司博爾塔拉供電公司，研究方向為低壓自動化。

黃天宇（1987-），男，四川樂至人，工程師，現(xiàn)就職于國網(wǎng)新疆電力有限公司博爾塔拉供電公司，研究方向為配網(wǎng)自動化。

谷天佑（1983-），男，陜西渭南人，高級工程師，學士，現(xiàn)就職于國網(wǎng)新疆電力有限公司博爾塔拉供電公司，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。

劉　莎（1994-），女，陜西渭南人，工程師，學士，現(xiàn)就職于國網(wǎng)新疆電力有限公司博爾塔拉供電公司，研究方向為營配調技術。

吳亞琴（1983-），女，四川蓬溪人，助理工程師，現(xiàn)就職于國網(wǎng)新疆電力有限公司博爾塔拉供電公司，研究方向為配網(wǎng)搶修指揮。

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摘自《自動化博覽》2024年10月刊