★国网新疆电力有限公司博尔塔拉供电公司孙雪刚，康景东，周红旗，黄天宇，谷天佑，刘莎，吴亚琴

关键词：配电网；箱变；低压自动重合闸；研制及应用

箱式变压器作为城市配电网电能传输环节中较为重要的设备，因其大容量、美观的外形、可靠的动作特点在城市电力建设中备受欢迎。箱式变压器对于配电线路，尤其是10千伏线路的运行管理有一定的要求，其内部装设的欠压线圈在10千伏线路电压波动情况下当箱变的分闸线圈电压低于60%时，为了有效保障箱变的安全运行，箱变低压总开关会动作，同时箱变低压总开关在电网高压线路停电（故障跳闸、停电操作）或大负荷切除造成电压波动、欠压或失压时，欠压动作线圈会动作箱变低压开关跳闸，恢复送电或电压平稳后，箱变低压总开关不能够自动合闸，这给工作人员带来很大的工作量。工作人员必须逐一对箱变进行手动合上低压开关送电，如果该线路上所接箱变数量较大，那么工作量也相应较大，势必在每一次电压波动或高压故障后，投入大量的人力、车辆台班和安全工器具进行合闸送电。由于部分箱变路程位于偏远郊区，增加恢复送电的到达时间，停电损失加大，给供电企业带来了直接经济损失。为了有效解决箱变在各类状态下频繁跳闸的问题，有效减少用户年均停电时间，降低城市配电网运维成本，全面提升城市区配电网可靠性指标，近年来在所属温泉县城区试点应用了箱变低压重合闸装置，通过运行状况及技术经济指标分析，装置的应用效果明显，具有较广的推广及实用价值。

1　低压重合闸装置的设计依据及遵循原则

1.1　设计依据

根据国家相关标准、规范以及相关规定，如《电力系统继电保护和自动装置》（GB/T 14549）、《配电装置技术条件》（DL/T823）和《国家电网有限公司设备部关于印发配电自动化实用化提升工作方案的通知》等，按照电网、用户需求和技术要求进行规划设计。

1.2　设计原则

装置技术方案主要遵循安全性、可操作性、高可靠性、适应性和经济性的原则进行设计，即：

安全性第一：确保装置的安全可靠运行，防止人身伤害和设备损坏。

可操作性：设计应方便操作人员进行开关操作和故障处理工作。

高可靠性：选择高品质的元器件和材料，保证装置的稳定性和可靠性。

适应性：考虑不同环境下的使用情况，设计具有良好的适应性和灵活性。

经济性：在满足功能要求的前提下，合理选择设备和材料，降低成本。

2　箱式变重合闸所属领域及存在问题

该装置属于电力自动化技术领域，主要结合电力生产管理中可靠性管理指标，对目前电力配电网中广泛应用于城市、园区等负荷集中区的箱式变压器自动重合功能的研究。配电网作为电网末端与用电客户直接相连，而箱式变压器作为配电网组成中的一类关键设备，主要用于城市区内居民小区、商场、医院、学校等重要用电客户。随着配电网可靠性要求越来越高，停送电时间也成为影响配电网运行管理的关键指标。低压箱式变压器在10千伏线路计划停电、故障停电或线路电压波动等造成停电情况下，人工操作恢复送电工作量较大且用时较长，恢复送电时效较低，而且造成人工、车辆的损耗较大。

3　箱式变压器重合装置工作原理

3.1　重合闸装置原理

箱式变压器重合装置更加有效地保障了用电客户的用电需求及供电质量。其动作原理如图1所示，电压控制器通过采集0.4千伏进线相电压信号，线路有电状态下，电压控制器内部常开节点闭合，行程开关闭合，合闸回路通电，合闸线圈动作，动作杆触发低压总开关合闸按钮，箱变带电接负荷，反之10千伏线路失压后，0.4千伏进线失压，电压控制器常开节点打开，行程开关打开，分闸线圈动作，触发箱变低压总开关分闸按钮，箱变失电。

图1 箱变低压自动合闸接线图

3.2　新型延时继电器工作原理

箱变自动合闸深化改造的工作原理是将箱变低压开关的合闸公用点通过导线与延时继电器的公共点并在一起，这一组延时继电器的常开触点串接至另一组延时继电器公共点，再将这组延时继电器常闭节点并接至箱变合闸按钮的回路中，再给两组延时继电器380V工作电压，设定两个延时继电器的延时时间，如图2所示。这里要说明的是第二组延时继电器的时间设定要长于第一组的延时继电器，这样就能实现在我们设定时间内合闸，同时也能在我们设定时间内断开合闸回路。

图2 新型延时继电器工作原理图

4　箱变低压重合闸装置的研制内容

目前在箱式变压器频繁动作，影响供电用户的用电可靠性的状态下，通过技术查询，暂时还没有较为可靠的技术有效解决这一问题。常见的为了避免箱变跳闸的措施就是将箱变的欠压保护线圈短路或者拆除，但是类似操作对箱式变压器的运行安全带来了一定的风险，也不符合配电网安全管理要求。从技术角度来看，目前需要解决的是欠压线圈的灵敏度、设备安全性要求以及可靠性管理指标。本项目所涉及的技术成果在不改变箱式变压器内部技术组成的前提下，将电压控制器、行程开关、时间继电器等组合应用形成箱变在失电状态下或二次带电状态下的开关重合的装置。

在各供电区域内运行的10kV箱式变压器类型繁多，但它们都有一个共同点，那就是欠压或失压时，低压总开关会跳闸。借鉴箱变低压合闸工作的原理，将箱变低压开关的合闸按钮公用点通过导线与第一组延时继电器的公共点并在一起，再将这组延时继电器常开触点串接至第二组延时继电器公共点，再将箱变合闸按钮控制回路并接至第二组延时继电器的常闭触点上，当延时继电器通上相应工作电压后在设定时间内常开触点闭合，开关的合闸回路导通，此时箱变低压开关就会合闸；第二组延时继电器的常闭触点的在设定时间内动作打开，切断合闸线圈的控制回路，这样就不会对开关设备的安全运行造成影响。

图3 箱变加装自动重合闸功能的电气原理图

图4 箱变低压自动重合闸外观图

图5 箱变低压自动重合闸实物图

3　箱变低压重合闸装置的优势及与同类技术的综合比较

3.1　箱变低压重合闸装置的优势

3.1.1　增加箱变二次带电状态下重合功能

研发箱变低压自动重合闸装置，该装置将10千伏重合闸动作理论与箱式变压器低压开关动作相结合，应用电压控制器、行程开关与箱变开关的动作回路相结合，增加了箱变开关失电或者二次带电状态下重合的功能。在该项技术未应用之前，箱变由于线路电压波动，为了保护设备安全，在欠压状态下动作回路频繁动作，只能根据用户反映的停电信息，人工到达现场手动操作恢复送电。为了降低运维成本，运维人员为了方便管理一般会采取将欠压线圈短接或者拆除的方法，但是存在一定安全风险。为了有效解决此类问题，结合变电站10千伏线路开关重合闸的原理，项目开发小组经过多次试验，应用电压控制器采集箱变高压线路带电情况，并与行程开关、合闸线圈形成二次回路，在箱变跳闸且线路带电情况下，该装置辅助箱变低压总开关动作一次，实现自动重合，有效地解决了箱变频繁跳闸后人工恢复送电的问题，提高了配电可靠性及运维管理水平。

通过技术查询，该项技术在箱式变压器生产中未有应用。该项研制装置技术已在博州温泉县所辖11台箱式变压器中首先试点，其应用效果明显，动作率达到100%，有效地减少了电量损失及人工运维成本。装置内部构成如图6所示，包括了低压总开关（1）、手动开关（2）、电磁铁（3）、动作杆（31）、线圈（32）、外壳（4）、行程开关（5）、电压控制器（6）、数码显示管（7）、开始按钮（8）、功能按钮（9）、增量按钮（10）、减量按钮（11）、输出插头（12）和输入插头（13）。

图6 箱变自动合闸装置构成图

3.1.2节约运维成本及减少电量损失

从节约运维成本及减少电量损失的角度，充分结合生产运维需要，研发出一种具有重合闸功能的变压器，并通过技术组合，对箱变控制回路进行技术改造，技术应用度成熟，是将配网管理技术提升与生产需要相结合开展适应性研究的成果，可以充分满足不同地域、不同负荷类型和不同的经济发展阶段。对常规箱式变压器的技术革新，可以满足不同容量的变压器需要，提高了配电设备自动化水平，为适应现代化配电网发展目标提供了技术支撑。

3.1.3　技术通用性

目前此项技术已在国网博尔塔拉供电公司的温泉县供电公司天泉小区A区箱式变投入运行，并已达到预期效果。后期我们会将此技术上报至博尔塔拉供电公司，在全公司推广应用，带来更大的经济效益和企业效益，树立良好的企业形象，更好地服务于电力客户。

3.1.4　实用性

目前此项技术已在国网博尔塔拉供电公司的温泉县供电公司天泉小区A区箱式变投入运行，并已达到预期效果。其大大缩短了因高压故障和计划停电引起的箱变低压需人工合闸的送电时间，给企业增供扩销带来了一定的经济效益，同时也提高了用户对供电企业的满意度。

3.2　与当前国内外同类研究和技术的综合比较

该箱变低压自动重合闸装置已通过中国科学院新疆科技查新咨询中心第三方查新鉴定，鉴定结论如下：经国内范围的检索查证，已见箱式变压器来电自动合闸装置和时间继电器延时合闸装置的研究报道，但未见与本项目具有自动重合功能箱式变压器结构特点相同的研究成果公开报道。项目成果技术水平在同类研究中属于实用性技术，成效比较明显。

4　箱变低压重合闸装置的推广及应用价值

4.1　推广应用

目前配电网箱变低压自动化重合闸技术属于一种新技术，该项技术是在线路重合闸装置原理的基础之上，通过技术组合形成的一种新装置在配电网10千伏箱式变压器运行管理上的一次综合应用。该项目以新疆博州温泉县箱变重合闸装置试点应用效果分析结果为依据，为配电网可靠性指标提升提供了技术参考。新疆博州温泉县城区12台箱式变压器加装了重合闸装置，通过对2023全年箱变运行情况的统计，对比重合闸装置未加装和加装后，装置均实现了准确、可靠动作，没有出现拒动、误动，线路计划、非计划停电时间下，用户年平均停电时间由原来的10.2小时降低到7.2小时。

4.2　应用价值

随着新疆配电网发展进入新的阶段，以及配电自动化等技术的不断应用推广，新疆配电网进入了智能发展新时期。在电力促进经济发展的大背景下，城市化建设也将逐步加快，同时配电设备的自动化程度也逐步提高，箱式变压器应用数量也将激增，特别是城市区、县市区、各类园区、旅游景点等。该项技术的应用价值就在于它能够有效提高设备的自动化程度、减少企业的运行维护成本、降低停电经济损失、保障用电客户的安全可靠供电，为配网智能化发展奠定了技术基础。

5　社会效益和经济效益

5.1　社会效益

箱式变压器加装重合闸装置之后，供电可靠性相比较未加装该装置前得到了明显提高，用户年均停电时间指标也逐步降低，用电客户的电气设备在送电过程中的安全性也得到了保障，特别是居民小区、政府机关、医院、学校、部队等重要负荷类别，有力地促进了温泉县人民生活指数的提高，为温泉县创建绿色旅游明星县城做好了电力供应及保障。该项技术在特变电工股份有限公司新疆变压器厂、北京双杰电器股份有限公司箱式变压器生产及新疆奎屯市城市配网箱变运维中进行了授权试点，其应用后城市配电网可靠性指标明显提高，且为企业减少了经济损失，推动了电力设备自动化管理水平，获得了供电企业的认可。这种具有智能合闸功能的箱式变压器的发明及应用，相当于在每个箱变处安排了一个值班人员，可在各种故障后快速合闸送电，不仅大大提高了供电可靠性，也树立了良好的企业形象。

5.2　经济效益

经济效益主要包括两部分：第一部分是箱变自动恢复送电，消除了人工到达现场手动操作所消耗的时间及相应的停电电量损失；第二部分是人工在逐一恢复送电过程中产生的运维成本、人工程量及其他成本。两部分均可理解为新增利润，其计算公式如下：

电量损失=12台箱式变压器在未改造前恢复送电需要消耗的时间×箱变年平均负荷×0.54元/千瓦时

成本节约=年箱变运维成本×箱变数量

全年因各类故障及计划停电不少于10次计算，12台箱式变压器全年减少电量损失8174.66千瓦时，核减装置成本费用0.11万元，合计减少经济损失0.33万元。12台箱式变压器全年人工及车辆运行维护费用为2.4万元，考虑不确定因素影响，箱变自动化后按照节约80%计算，节约运维成本1.92万元，合计节支2.25万元。

6　结论

箱变低压自动重合闸装置的研制，有效解决了箱变动作线圈欠压动作跳闸，箱变在线路故障、计划停电、箱变失压这三类情况下，箱式变压器的恢复送电问题。对区域内箱变的安装位置差异分析人工恢复送电的时差、电量损失、运维成本与加装箱变重合装置后的差异，结合新疆博州地区试点应用，取得了成效显著成果。该装置的使用，保证了用电客户和电网企业的双赢，有效提高了供电企业在可靠供电方面的良好形象，降低了用电客户的年均停电时间，节约了企业在城市区配网中的运维成本，促进了博州城市的经济发展，保证了配电网发展与经济发展相适应，远期为新疆博州地区新技术的推广应用积累了经验，对提升城市配电网供电可靠性、保证配电网安全稳定运行及节本降损有一定的代表意义，也为进一步提升配电网自动化奠定了基础，具有一定的理论和实际应用价值。

作者简介：

孙雪刚（1983-），男，河南开封人，工程师，学士，现就职于国网新疆电力有限公司博尔塔拉供电公司，研究方向为电网规划设计与技术技经。

康景东（1970-），男，广东龙川人，工程师，现就职于国网新疆电力有限公司博尔塔拉供电公司，研究方向为配网安全生产及营配综合管理。

周红旗（1973-），男，河南邓州人，技师，现就职于国网新疆电力有限公司博尔塔拉供电公司，研究方向为低压自动化。

黄天宇（1987-），男，四川乐至人，工程师，现就职于国网新疆电力有限公司博尔塔拉供电公司，研究方向为配网自动化。

谷天佑（1983-），男，陕西渭南人，高级工程师，学士，现就职于国网新疆电力有限公司博尔塔拉供电公司，研究方向为电力系统及其自动化。

刘　莎（1994-），女，陕西渭南人，工程师，学士，现就职于国网新疆电力有限公司博尔塔拉供电公司，研究方向为营配调技术。

吴亚琴（1983-），女，四川蓬溪人，助理工程师，现就职于国网新疆电力有限公司博尔塔拉供电公司，研究方向为配网抢修指挥。

参考文献：

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摘自《自动化博览》2024年10月刊