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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(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；箱變；低壓自動(dòng)重合閘；研制及應(yīng)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(shè)備，因其大容量、美觀的外形、可靠的動(dòng)作特點(diǎn)在城市電力建設(shè)中備受歡迎。箱式變壓器對(duì)于配電線路，尤其是10千伏線路的運(yùn)行管理有一定的要求，其內(nèi)部裝設(shè)的欠壓線圈在10千伏線路電壓波動(dòng)情況下當(dāng)箱變的分閘線圈電壓低于60%時(shí)，為了有效保障箱變的安全運(yùn)行，箱變低壓總開關(guān)會(huì)動(dòng)作，同時(shí)箱變低壓總開關(guān)在電網(wǎng)高壓線路停電（故障跳閘、停電操作）或大負(fù)荷切除造成電壓波動(dòng)、欠壓或失壓時(shí)，欠壓動(dòng)作線圈會(huì)動(dòng)作箱變低壓開關(guān)跳閘，恢復(fù)送電或電壓平穩(wěn)后，箱變低壓總開關(guān)不能夠自動(dòng)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(duì)箱變進(jìn)行手動(dòng)合上低壓開關(guān)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(yīng)較大，勢(shì)必在每一次電壓波動(dòng)或高壓故障后，投入大量的人力、車輛臺(tái)班和安全工器具進(jìn)行合閘送電。由于部分箱變路程位于偏遠(yuǎn)郊區(qū)，增加恢復(fù)送電的到達(dá)時(shí)間，停電損失加大，給供電企業(yè)帶來了直接經(jīng)濟(jì)損失。為了有效解決箱變?cè)诟黝悹顟B(tài)下頻繁跳閘的問題，有效減少用戶年均停電時(shí)間，降低城市配電網(wǎng)運(yùn)維成本，全面提升城市區(qū)配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)，近年來在所屬溫泉縣城區(qū)試點(diǎn)應(yīng)用了箱變低壓重合閘裝置，通過運(yùn)行狀況及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，裝置的應(yīng)用效果明顯，具有較廣的推廣及實(shí)用價(jià)值。

1　低壓重合閘裝置的設(shè)計(jì)依據(jù)及遵循原則

1.1　設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及相關(guān)規(guī)定，如《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置》（GB/T 14549）、《配電裝置技術(shù)條件》（DL/T823）和《國家電網(wǎng)有限公司設(shè)備部關(guān)于印發(fā)配電自動(dòng)化實(shí)用化提升工作方案的通知》等，按照電網(wǎng)、用戶需求和技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

1.2　設(shè)計(jì)原則

裝置技術(shù)方案主要遵循安全性、可操作性、高可靠性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，即：

安全性第一：確保裝置的安全可靠運(yùn)行，防止人身傷害和設(shè)備損壞。

可操作性：設(shè)計(jì)應(yīng)方便操作人員進(jìn)行開關(guān)操作和故障處理工作。

高可靠性：選擇高品質(zhì)的元器件和材料，保證裝置的穩(wěn)定性和可靠性。

適應(yīng)性：考慮不同環(huán)境下的使用情況，設(shè)計(jì)具有良好的適應(yīng)性和靈活性。

經(jīng)濟(jì)性：在滿足功能要求的前提下，合理選擇設(shè)備和材料，降低成本。

2　箱式變重合閘所屬領(lǐng)域及存在問題

該裝置屬于電力自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，主要結(jié)合電力生產(chǎn)管理中可靠性管理指標(biāo)，對(duì)目前電力配電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用于城市、園區(qū)等負(fù)荷集中區(qū)的箱式變壓器自動(dòng)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(guān)鍵設(shè)備，主要用于城市區(qū)內(nèi)居民小區(qū)、商場、醫(yī)院、學(xué)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(shí)間也成為影響配電網(wǎng)運(yùn)行管理的關(guān)鍵指標(biāo)。低壓箱式變壓器在10千伏線路計(jì)劃停電、故障停電或線路電壓波動(dòng)等造成停電情況下，人工操作恢復(fù)送電工作量較大且用時(shí)較長，恢復(fù)送電時(shí)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(zhì)量。其動(dòng)作原理如圖1所示，電壓控制器通過采集0.4千伏進(jìn)線相電壓信號(hào)，線路有電狀態(tài)下，電壓控制器內(nèi)部常開節(jié)點(diǎn)閉合，行程開關(guān)閉合，合閘回路通電，合閘線圈動(dòng)作，動(dòng)作桿觸發(fā)低壓總開關(guān)合閘按鈕，箱變帶電接負(fù)荷，反之10千伏線路失壓后，0.4千伏進(jìn)線失壓，電壓控制器常開節(jié)點(diǎn)打開，行程開關(guān)打開，分閘線圈動(dòng)作，觸發(fā)箱變低壓總開關(guān)分閘按鈕，箱變失電。

圖1 箱變低壓自動(dòng)合閘接線圖

3.2　新型延時(shí)繼電器工作原理

箱變自動(dòng)合閘深化改造的工作原理是將箱變低壓開關(guān)的合閘公用點(diǎn)通過導(dǎo)線與延時(shí)繼電器的公共點(diǎn)并在一起，這一組延時(shí)繼電器的常開觸點(diǎn)串接至另一組延時(shí)繼電器公共點(diǎn)，再將這組延時(shí)繼電器常閉節(jié)點(diǎn)并接至箱變合閘按鈕的回路中，再給兩組延時(shí)繼電器380V工作電壓，設(shè)定兩個(gè)延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間，如圖2所示。這里要說明的是第二組延時(shí)繼電器的時(shí)間設(shè)定要長于第一組的延時(shí)繼電器，這樣就能實(shí)現(xiàn)在我們?cè)O(shè)定時(shí)間內(nèi)合閘，同時(shí)也能在我們?cè)O(shè)定時(shí)間內(nèi)斷開合閘回路。

圖2 新型延時(shí)繼電器工作原理圖

4　箱變低壓重合閘裝置的研制內(nèi)容

目前在箱式變壓器頻繁動(dòng)作，影響供電用戶的用電可靠性的狀態(tài)下，通過技術(shù)查詢，暫時(shí)還沒有較為可靠的技術(shù)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(hù)線圈短路或者拆除，但是類似操作對(duì)箱式變壓器的運(yùn)行安全帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)，也不符合配電網(wǎng)安全管理要求。從技術(shù)角度來看，目前需要解決的是欠壓線圈的靈敏度、設(shè)備安全性要求以及可靠性管理指標(biāo)。本項(xiàng)目所涉及的技術(shù)成果在不改變箱式變壓器內(nèi)部技術(shù)組成的前提下，將電壓控制器、行程開關(guān)、時(shí)間繼電器等組合應(yīng)用形成箱變?cè)谑щ姞顟B(tài)下或二次帶電狀態(tài)下的開關(guān)重合的裝置。

在各供電區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的10kV箱式變壓器類型繁多，但它們都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是欠壓或失壓時(shí)，低壓總開關(guān)會(huì)跳閘。借鑒箱變低壓合閘工作的原理，將箱變低壓開關(guān)的合閘按鈕公用點(diǎn)通過導(dǎo)線與第一組延時(shí)繼電器的公共點(diǎn)并在一起，再將這組延時(shí)繼電器常開觸點(diǎn)串接至第二組延時(shí)繼電器公共點(diǎn)，再將箱變合閘按鈕控制回路并接至第二組延時(shí)繼電器的常閉觸點(diǎn)上，當(dāng)延時(shí)繼電器通上相應(yīng)工作電壓后在設(shè)定時(shí)間內(nèi)常開觸點(diǎn)閉合，開關(guān)的合閘回路導(dǎo)通，此時(shí)箱變低壓開關(guān)就會(huì)合閘；第二組延時(shí)繼電器的常閉觸點(diǎn)的在設(shè)定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作打開，切斷合閘線圈的控制回路，這樣就不會(huì)對(duì)開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行造成影響。

圖3 箱變加裝自動(dòng)重合閘功能的電氣原理圖

圖4 箱變低壓自動(dòng)重合閘外觀圖

圖5 箱變低壓自動(dòng)重合閘實(shí)物圖

3　箱變低壓重合閘裝置的優(yōu)勢(shì)及與同類技術(shù)的綜合比較

3.1　箱變低壓重合閘裝置的優(yōu)勢(shì)

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(dòng)重合閘裝置，該裝置將10千伏重合閘動(dòng)作理論與箱式變壓器低壓開關(guān)動(dòng)作相結(jié)合，應(yīng)用電壓控制器、行程開關(guān)與箱變開關(guān)的動(dòng)作回路相結(jié)合，增加了箱變開關(guān)失電或者二次帶電狀態(tài)下重合的功能。在該項(xiàng)技術(shù)未應(yīng)用之前，箱變由于線路電壓波動(dòng)，為了保護(hù)設(shè)備安全，在欠壓狀態(tài)下動(dòng)作回路頻繁動(dòng)作，只能根據(jù)用戶反映的停電信息，人工到達(dá)現(xiàn)場手動(dòng)操作恢復(fù)送電。為了降低運(yùn)維成本，運(yùn)維人員為了方便管理一般會(huì)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(fēng)險(xiǎn)。為了有效解決此類問題，結(jié)合變電站10千伏線路開關(guān)重合閘的原理，項(xiàng)目開發(fā)小組經(jīng)過多次試驗(yàn)，應(yīng)用電壓控制器采集箱變高壓線路帶電情況，并與行程開關(guān)、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(guān)動(dòng)作一次，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合，有效地解決了箱變頻繁跳閘后人工恢復(fù)送電的問題，提高了配電可靠性及運(yùn)維管理水平。

通過技術(shù)查詢，該項(xiàng)技術(shù)在箱式變壓器生產(chǎn)中未有應(yīng)用。該項(xiàng)研制裝置技術(shù)已在博州溫泉縣所轄11臺(tái)箱式變壓器中首先試點(diǎn)，其應(yīng)用效果明顯，動(dòng)作率達(dá)到100%，有效地減少了電量損失及人工運(yùn)維成本。裝置內(nèi)部構(gòu)成如圖6所示，包括了低壓總開關(guān)（1）、手動(dòng)開關(guān)（2）、電磁鐵（3）、動(dòng)作桿（31）、線圈（32）、外殼（4）、行程開關(guān)（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(dòng)合閘裝置構(gòu)成圖

3.1.2節(jié)約運(yùn)維成本及減少電量損失

從節(jié)約運(yùn)維成本及減少電量損失的角度，充分結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)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(shù)組合，對(duì)箱變控制回路進(jìn)行技術(shù)改造，技術(shù)應(yīng)用度成熟，是將配網(wǎng)管理技術(shù)提升與生產(chǎn)需要相結(jié)合開展適應(yīng)性研究的成果，可以充分滿足不同地域、不同負(fù)荷類型和不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段。對(duì)常規(guī)箱式變壓器的技術(shù)革新，可以滿足不同容量的變壓器需要，提高了配電設(shè)備自動(dòng)化水平，為適應(yīng)現(xiàn)代化配電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)提供了技術(shù)支撐。

3.1.3　技術(shù)通用性

目前此項(xiàng)技術(shù)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(yùn)行，并已達(dá)到預(yù)期效果。后期我們會(huì)將此技術(shù)上報(bào)至博爾塔拉供電公司，在全公司推廣應(yīng)用，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)效益，樹立良好的企業(yè)形象，更好地服務(wù)于電力客戶。

3.1.4　實(shí)用性

目前此項(xiàng)技術(shù)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(yùn)行，并已達(dá)到預(yù)期效果。其大大縮短了因高壓故障和計(jì)劃停電引起的箱變低壓需人工合閘的送電時(shí)間，給企業(yè)增供擴(kuò)銷帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也提高了用戶對(duì)供電企業(yè)的滿意度。

3.2　與當(dāng)前國內(nèi)外同類研究和技術(shù)的綜合比較

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

4　箱變低壓重合閘裝置的推廣及應(yīng)用價(jià)值

4.1　推廣應(yīng)用

目前配電網(wǎng)箱變低壓自動(dòng)化重合閘技術(shù)屬于一種新技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)是在線路重合閘裝置原理的基礎(chǔ)之上，通過技術(shù)組合形成的一種新裝置在配電網(wǎng)10千伏箱式變壓器運(yùn)行管理上的一次綜合應(yīng)用。該項(xiàng)目以新疆博州溫泉縣箱變重合閘裝置試點(diǎn)應(yīng)用效果分析結(jié)果為依據(jù)，為配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)提升提供了技術(shù)參考。新疆博州溫泉縣城區(qū)12臺(tái)箱式變壓器加裝了重合閘裝置，通過對(duì)2023全年箱變運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)，對(duì)比重合閘裝置未加裝和加裝后，裝置均實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、可靠動(dòng)作，沒有出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)，線路計(jì)劃、非計(jì)劃停電時(shí)間下，用戶年平均停電時(shí)間由原來的10.2小時(shí)降低到7.2小時(shí)。

4.2　應(yīng)用價(jià)值

隨著新疆配電網(wǎng)發(fā)展進(jìn)入新的階段，以及配電自動(dòng)化等技術(shù)的不斷應(yīng)用推廣，新疆配電網(wǎng)進(jìn)入了智能發(fā)展新時(shí)期。在電力促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，城市化建設(shè)也將逐步加快，同時(shí)配電設(shè)備的自動(dòng)化程度也逐步提高，箱式變壓器應(yīng)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(diǎn)等。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值就在于它能夠有效提高設(shè)備的自動(dòng)化程度、減少企業(yè)的運(yùn)行維護(hù)成本、降低停電經(jīng)濟(jì)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(shù)基礎(chǔ)。

5　社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益

5.1　社會(huì)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(shí)間指標(biāo)也逐步降低，用電客戶的電氣設(shè)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(jī)關(guān)、醫(yī)院、學(xué)校、部隊(duì)等重要負(fù)荷類別，有力地促進(jìn)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(yīng)及保障。該項(xiàng)技術(shù)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(yùn)維中進(jìn)行了授權(quán)試點(diǎn)，其應(yīng)用后城市配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)明顯提高，且為企業(yè)減少了經(jīng)濟(jì)損失，推動(dòng)了電力設(shè)備自動(dòng)化管理水平，獲得了供電企業(yè)的認(rèn)可。這種具有智能合閘功能的箱式變壓器的發(fā)明及應(yīng)用，相當(dāng)于在每個(gè)箱變處安排了一個(gè)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(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益主要包括兩部分：第一部分是箱變自動(dòng)恢復(fù)送電，消除了人工到達(dá)現(xiàn)場手動(dòng)操作所消耗的時(shí)間及相應(yīng)的停電電量損失；第二部分是人工在逐一恢復(fù)送電過程中產(chǎn)生的運(yùn)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(jì)算公式如下：

電量損失=12臺(tái)箱式變壓器在未改造前恢復(fù)送電需要消耗的時(shí)間×箱變年平均負(fù)荷×0.54元/千瓦時(shí)

成本節(jié)約=年箱變運(yùn)維成本×箱變數(shù)量

全年因各類故障及計(jì)劃停電不少于10次計(jì)算，12臺(tái)箱式變壓器全年減少電量損失8174.66千瓦時(shí)，核減裝置成本費(fèi)用0.11萬元，合計(jì)減少經(jīng)濟(jì)損失0.33萬元。12臺(tái)箱式變壓器全年人工及車輛運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為2.4萬元，考慮不確定因素影響，箱變自動(dòng)化后按照節(jié)約80%計(jì)算，節(jié)約運(yùn)維成本1.92萬元，合計(jì)節(jié)支2.25萬元。

6　結(jié)論

箱變低壓自動(dòng)重合閘裝置的研制，有效解決了箱變動(dòng)作線圈欠壓動(dòng)作跳閘，箱變?cè)诰€路故障、計(jì)劃停電、箱變失壓這三類情況下，箱式變壓器的恢復(fù)送電問題。對(duì)區(qū)域內(nèi)箱變的安裝位置差異分析人工恢復(fù)送電的時(shí)差、電量損失、運(yùn)維成本與加裝箱變重合裝置后的差異，結(jié)合新疆博州地區(qū)試點(diǎn)應(yīng)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(shí)間，節(jié)約了企業(yè)在城市區(qū)配網(wǎng)中的運(yùn)維成本，促進(jìn)了博州城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保證了配電網(wǎng)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)，遠(yuǎn)期為新疆博州地區(qū)新技術(shù)的推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(yùn)行及節(jié)本降損有一定的代表意義，也為進(jìn)一步提升配電網(wǎng)自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)，具有一定的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

作者簡介：

孫雪剛（1983-），男，河南開封人，工程師，學(xué)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?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與技術(shù)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?yàn)榕渚W(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?yàn)榈蛪鹤詣?dòng)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?yàn)榕渚W(wǎng)自動(dòng)化。

谷天佑（1983-），男，陜西渭南人，高級(jí)工程師，學(xué)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?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。

劉　莎（1994-），女，陜西渭南人，工程師，學(xué)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?yàn)闋I配調(diào)技術(shù)。

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?yàn)榕渚W(wǎng)搶修指揮。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2024年10月刊