CN109412126A - 一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，依次进行以下步骤：将断路器触头间的预击穿电压与时间的比值的绝对值定义为触头间隙的绝缘强度下降率，表示为k_p；将断路器触头端口间的外加电压波形的最大斜率定义为k_m；比较绝缘强度下降率k_p和电压波形的最大斜率k_m，计算最佳目标关合角。提供一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，其应用时能够在考虑断路器动作离散性和预击穿特性基础下，依据断路器关合特性，在考虑断路器机械动作时间分散性的要求下，理论推导出变压器选相合闸策略的最佳目标关合角，并量化得出因预击穿现象造成的合闸电阻接入时间增加量，进而精确评估断路器预击穿特性对励磁涌流的影响。

Description

一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统安全稳定保障措施领域，具体涉及一种大容量主变最优分相合闸时 间确定方法及装置。

背景技术

谐波过电压主要是由于励磁涌流中的谐波分量通过线路传输驻波效应和谐振放大效应两 方面的作用，在长线路轻负荷的弱联系系统末端产生的过电压。为了抑制过电压风险，最好 的方法是在源头抑制励磁涌流的大小。目前抑制变压器励磁涌流的方法主要有两种：一种是 控制变压器的合闸时刻，也称为选相合闸；另一种是通过投切合闸电阻的方法来抑制涌流。

选相合闸的原理是在磁通过零点时刻进行合闸，以防止暂态磁通的产生，进而避免空载 合闸时产生冲击电流。该方法的缺点是对合闸开关的精度要求非常高，较小的延时就会错过 合闸的最佳时刻(目前断路器最小离散动作时间为1ms)。在一个周期里，捕捉不产生偏磁的 电源电压合闸角只有两个，即正弦电压的两个峰值点(π/2或3π/2)，如果偏离了这两点， 偏磁就会出现，这就要求控制合闸环节的所有操作机构(包括断路器)要有精确、稳定的动 作时间。另外，如果变压器由于直阻实验或者三相分相操作而带有剩磁，控制系统所设置的 各相最佳合闸时间会随之改变，且随着剩磁大小的变化而变化，由此可看出，在现有设备能 力条件下，单纯的选相合闸策略无法保证彻底消除励磁涌流。

合闸电阻的核心思想是在空载合闸的瞬变过程中，通过增加电气回路中的阻值大小，加 快暂态磁通的衰减速度，从而抑制励磁涌流的大小。因此合闸电阻的大小和投入时间对于抑 制励磁涌流会产生比较大的影响。经过收资调研，目前国内对于带合闸电阻的GIS开关设备 标准如表1所示，合闸电阻大小能达到1500Ω，但是电阻投入时间只能维持8-12ms，当带有 剩磁的主变进行空充操作时，该时间是无法有效抑制住励磁涌流的。

表1国内合闸电阻应用情况

如图1所示，以A相为例，假设合2号变电站空载主变前，A相带有60％的正向剩磁，B、C两相分别带有30％的反向剩磁。根据励磁涌流产生的机理可知，为了使A相最大限度 的产生励磁涌流，必须选择A相电压初相角为0°时合闸。因此设置系统电压1s时A相电压 相位恰好为0°，合闸空载变压器，二分之一个周波(0.01s)后，A相磁链到达最大值，此时 励磁涌流也达到最大值。可以看出，为了有效抑制A相励磁涌流，合闸电阻投入时间必须大 于10ms。在不考虑开关离散性的条件下，B相和C相的反向磁链最大值分别出现在1.0067s 和1.0133s，因此为了同时抑制B、C两相的励磁涌流，合闸电阻的投入时间至少达到13.3ms。该时间还未计及开关的离散性、剩磁的衰减速度、以及相间励磁的影响大小，并且如果剩磁大小改变，合闸电阻投入时间需要进一步增大。因此，如果按照目前国内生产的合闸电阻的投入时间，是无法全抑制B、C两相的励磁涌流。

随着以特高压为骨干的大电网的逐步形成，主变投入容量将会达到3000MVA，励磁涌流 将会越来越大。由于设备制造技术的局限性，现有的励磁涌流抑制方法在实际工程中还存在 着比较大的缺陷。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，其应用时能够 在考虑断路器动作离散性和预击穿特性基础下，依据断路器关合特性，在考虑断路器机械动 作时间分散性的要求下，理论推导出变压器选相合闸策略的最佳目标关合角，并量化得出因 预击穿现象造成的合闸电阻接入时间增加量，进而精确评估断路器预击穿特性对励磁涌流的 影响，精确计算合闸电阻投入时间和主变励磁涌流大小，误差不超过百分之五，并寻找到最 佳选相合闸位置，对于精确计算合闸电阻投入时间，寻找最佳选相合闸位置，评估主变励磁 涌流具有非常重要的工程实用价值。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，包括进行以下步骤：

确定在断路器关合时触头的运动过程中断路器触头间隙的绝缘强度下降率k_p，以及断 路器触头端口间的外加电压波形的最大斜率k_m；所述绝缘强度下降率为断路器触头端口 间的预击穿电压与时间的比值的绝对值；

比较绝缘强度下降率k_p和电压波形的最大斜率k_m，根据k_p和k_m之间的大小关系计算变压器的最小预击穿电压；

根据变压器的最小预击穿电压以及预先设定的断路器目标相位闭合的关合特性关系 计算最佳目标关合角；所述断路器目标相位闭合的关合特性关系根据断路器机械分散性 的满足条件确定。

在实际工程中，由于断路器两端存在电压，因此当断路器关合过程中，虽然机械触头尚 未接触，但是电气回路会由于触头间绝缘击穿而导通，而这种预击穿特性会极大地改变合闸 电阻的接入时间，并对选相合闸的精确度产生明显的影响。本发明将基于预击穿特性对合闸 电阻接入时间进行修正，并理论推导出选相合闸策略的最佳目标关合角。

进一步的，一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，所述根据k_p和k_m之间的大小 关系计算变压器的最小预击穿电压，包括：

当绝缘强度下降率k_p大于等于电压波形的最大斜率k_m时，根据预先绘制的耐压特性 边界线与电压曲线的交点计算变压器的最小预击穿电压；其中，所述耐压特性边界线为预击穿电压与时间的关系曲线，所述电压曲线为实际电压与时间的关系曲线。

进一步的，一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，所述根据k_p和k_m之间的大小 关系计算变压器的最小预击穿电压，包括：

当绝缘强度下降率k_p小于电压波形的最大斜率k_m时，在满足断路器合闸时刻最大偏 移量下的预击穿电压不小于变压器的最小预击穿电压的条件下，计算变压器的最小预击 穿电压。

进一步的，一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，所述绝缘强度下降率k_p为：

k_p＝Ev

式中，E为触头间隙平均击穿强度，v为合闸速度。

断路器在关合过程中触头的运动，断路器触头间的击穿电压u_p(t)对时间的倒数满足：

式中，l为两触头间的距离；

从预击穿瞬间到触头闭合期间，合闸速度v变化不大，而触头间隙平均击穿强度通常也可视为常数，将式(1)可改写为：

预击穿电压与时间的关系可简化为一条直线，其斜率的绝对值称为触头间隙的绝缘 强度下降率，即RDDS，表示为：

k_p＝Ev (3)

式中：k_p为RDDS的数值。

在实际系统合闸操作中，RDDS几乎不受外施电压极性的影响，并呈正态分布，标准偏差约为9.0％

为限制变压器空载合闸时的励磁涌流，变压器的最佳合闸相位应在电压的峰值附近， 考虑到断路器的离散性，对合闸目标相位角的设置以及断路器的绝缘强度下降率有一定 的要求，进一步的，一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，设断路器触头端口间外加 电压为：

其中，ω为电网角频率，U_m为电压峰值，t为时间，为电网初始相位，则电压波形的最大斜率k_m为：

进一步的，一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，当k_p≥k_m时，即当绝缘强度下 降率大于等于电压波形的最大斜率时，变压器最小预击穿电压为γU_m(0＜γ＜1)，因此耐压 特性边界线与电压曲线的交点均应高于最小预击穿电压；

当断路器在耐压特性边界线与电压曲线的交点发生预击穿时，所对应的最小预击穿 电压为：

因此，可以算得断路器机械分散性要求应满足：

按照断路器目标相位闭合，关合特性u_p(t)为：

u_p(t)＝-k_pt+γU_m (8)

当u_p(t)＝0时，k_p≥k_m时最佳目标关合角为：

当绝缘强度下降率大于等于电压波形的最大斜率时，意味着断路器的绝缘强度衰减 率总是不低于外施电压的变化率。该种工况下，断路器关断时刻的不同，可以在整个半波周期内的任意相位实现关合(包括外施电压过零时刻)。

进一步的，一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，所述根据变压器的最小预击穿 电压以及预先设定的断路器目标相位闭合的关合特性关系计算最佳目标关合角，包括： 当k_p<k_m时，选相合闸变压器要求的断路器绝缘强度下降率应满足：

当k_p<k_m时，断路器机械分散性应满足：

最佳关合目标相位角为：

进一步的，一种大容量主变最优分相合闸时间选择方法，当断路器带有合闸电阻时，当 断路器带有合闸电阻时，预击穿现象也有可能使合闸电阻的实际接入时间发生变化，当 绝缘强度下降率大于等于电压波形的最大斜率时，断路器的关合特性曲线为：

u_p(t)＝-k_pt+b (13)

在关合特性曲线与电压曲线的交点，即预击穿点，有以下关系：

-k_pt₁+b＝U_mcos(ωt₁) (14)

将(14)带入(13)，可得：

u_p(t)＝-k_pt+U_mcos(ωt₁)+k_pt₁ (15)

其中，ω为电网角频率，U_m为电压峰值，t₁为电气关合时间，b为初始断口击 穿电压，

当u_p(t)＝0时，求得断路器的机械关合时间为：

则因预击穿现象造成的合闸电阻接入时间变化量为：

随着预击穿发生点的不同，合闸电阻接入时间的变化范围为：

一种大容量主变最优分相合闸时间确定装置，包括第一确定单元、第二确定单元、比较单元、计算单元，其中：

第一确定单元，用于确定在断路器关合时触头的运动过程中断路器触头间隙的绝缘强度下降率k_p，所述绝缘强度下降率为断路器触头端口间的预击穿电压与时间的比 值的绝对值；

第二确定单元，用于确定断路器触头端口间的外加电压波形的最大斜率k_m；

比较单元，用于比较绝缘强度下降率k_p和电压波形的最大斜率k_m，并根据k_p和 k_m之间的大小关系计算变压器的最小预击穿电压；

计算单元，用于根据变压器的最小预击穿电压以及预先设定的断路器目标相位闭合的关合特性关系计算最佳目标关合角；所述断路器目标相位闭合的关合特性关 系根据断路器机械分散性的满足条件确定。

进一步的，一种大容量主变最优分相合闸时间确定装置，所述比较单元，包括：

第一计算子单元，用于当绝缘强度下降率k_p大于等于电压波形的最大斜率k_m时，根据预先绘制的耐压特性边界线与电压曲线的交点计算变压器的最小预击穿电压； 其中，所述耐压特性边界线为预击穿电压与时间的关系曲线，所述电压曲线为实际 电压与时间的关系曲线；

第二计算子单元，用于当绝缘强度下降率k_p小于电压波形的最大斜率k_m时，在满足断路器合闸时刻最大偏移量下的预击穿电压不小于变压器的最小预击穿电压的条件下，计算变压器的最小预击穿电压。

当绝缘强度下降率小于电压波形的最大斜率时，则情况较为复杂，当断路器绝缘强 度下降率低于断口电压变化率的最大值时，由于预击穿的发生，断口通电时刻不会发生在电压的过零点，这有利于限制关合变压器时的励磁涌流幅值。在满足标准和其他限制 条件要求的前提下，适当降低断路器末段合闸速度，将有利于限制关合变压器时的励磁 涌流。但是由于预击穿发生时刻的变化，关合特性曲线与电压曲线可能存在多个交点， 这将导致断口电弧熄灭和重燃，并且，过低的断路器绝缘强度下降率也将使得断口燃弧 时间增大，这可能造成断路器触头的烧蚀，严重者可能造成断路器的爆炸。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明应用时能够在考虑断路器动作离散性和预击穿特性基础下，依据断路器关合特 性，在考虑断路器机械动作时间分散性的要求下，理论推导出变压器选相合闸策略的最佳目 标关合角，

2、本发明应用时能够量化得出因预击穿现象造成的合闸电阻接入时间增加量，进而精确 评估断路器预击穿特性对励磁涌流的影响，精确计算合闸电阻投入时间和主变励磁涌流大小， 误差不超过百分之五。

3、本发明应用时能够寻找到最佳选相合闸位置，对于精确计算合闸电阻投入时间，寻找 最佳选相合闸位置，评估主变励磁涌流具有非常重要的工程实用价值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为计及剩磁情况下合空载主变的各相磁链变化曲线示意图；

图2为k_p≥k_m时的最佳关合相位示意图；

图3为k_p<k_m时的最佳关合相位示意图；

图4为k_p≥k_m时预击穿特性对合闸电阻投入时间的影响示意图；

图5为k_p<k_m时预击穿特性对合闸电阻投入时间的影响示意图；

图6为“川藏联网”工程电网示意图；

图7为巴塘站第一次空充主变录波示意图；

图8为巴塘站第一次空充主变仿真曲线示意图；

图9为巴塘站第一次空充主变母线电压曲线示意图；

图10为不考虑预击穿特性时巴塘站空充主变励磁涌流录波/仿真对比中的A相仿真及实 测结果示意图；

图11为不考虑预击穿特性时巴塘站空充主变励磁涌流录波/仿真对比中的B相仿真及实 测结果示意图；

图12为不考虑预击穿特性时巴塘站空充主变励磁涌流录波/仿真对比中的C相仿真及实 测结果示意图；

图13为考虑预击穿特性时巴塘站空充主变励磁涌流录波/仿真对比中的A相仿真及实测 结果示意图；

图14为考虑预击穿特性时巴塘站空充主变励磁涌流录波/仿真对比中的B相仿真及实测 结果示意图；

图15为不考虑预击穿特性时巴塘站空充主变励磁涌流录波/仿真对比中的C相仿真及实 测结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明 作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本 发明的限定。

实施例1

一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，包括进行以下步骤：

确定在断路器关合时触头的运动过程中断路器触头间隙的绝缘强度下降率k_p，以及断 路器触头端口间的外加电压波形的最大斜率k_m；所述绝缘强度下降率为断路器触头端口 间的预击穿电压与时间的比值的绝对值；

比较绝缘强度下降率k_p和电压波形的最大斜率k_m，根据k_p和k_m之间的大小关系计算变压器的最小预击穿电压；

根据变压器的最小预击穿电压以及预先设定的断路器目标相位闭合的关合特性关系 计算最佳目标关合角；所述断路器目标相位闭合的关合特性关系根据断路器机械分散性 的满足条件确定

一种大容量主变最优分相合闸时间确定装置，包括第一确定单元、第二确定单元、比较单元、计算单元，其中：

第一确定单元，用于确定在断路器关合时触头的运动过程中断路器触头间隙的绝缘强度下降率k_p，所述绝缘强度下降率为断路器触头端口间的预击穿电压与时间的比 值的绝对值；

第二确定单元，用于确定断路器触头端口间的外加电压波形的最大斜率k_m；

比较单元，用于比较绝缘强度下降率k_p和电压波形的最大斜率k_m，并根据k_p和 k_m之间的大小关系计算变压器的最小预击穿电压；

计算单元，用于根据变压器的最小预击穿电压以及预先设定的断路器目标相位闭合的关合特性关系计算最佳目标关合角；所述断路器目标相位闭合的关合特性关 系根据断路器机械分散性的满足条件确定。

进一步的，一种大容量主变最优分相合闸时间确定装置，所述比较单元，包括：

第一计算子单元，用于当绝缘强度下降率k_p大于等于电压波形的最大斜率k_m时，根据预先绘制的耐压特性边界线与电压曲线的交点计算变压器的最小预击穿电压； 其中，所述耐压特性边界线为预击穿电压与时间的关系曲线，所述电压曲线为实际 电压与时间的关系曲线；

第二计算子单元，用于当绝缘强度下降率k_p小于电压波形的最大斜率k_m时，在满足断路器合闸时刻最大偏移量下的预击穿电压不小于变压器的最小预击穿电压的条件下，计算变压器的最小预击穿电压。

实施例2

根据SF6断路器的典型参数以及川藏联网工程现场实测参数，选取断路器端口的击 穿场强为28.6kV/mm，触头临近时的关合速度为3.2m/s，关合前系统电压为230kV，可 求得因预击穿现象造成的合闸电阻接入时间变化为0ms—2.05ms。在实际工程中，由于断 路器两端存在电压，因此当断路器关合过程中，虽然机械触头尚未接触，但是电气回路会由于触头间绝缘击穿而导通，而这种预击穿特性会极大地改变合闸电阻的接入时间，并对选相 合闸的精确度产生明显的影响。本发明将基于预击穿特性对合闸电阻接入时间进行修正，并 理论推导出选相合闸策略的最佳目标关合角。

由于断路器在关合过程中触头的运动，根据前人的研究，断路器触头间的击穿电压u_p(t) 对时间的倒数满足：

式中，E为触头间隙平均击穿强度，l为两触头间的距离。

通常，从预击穿瞬间到触头闭合期间，合闸速度v变化不大，而触头间隙平均击穿强度通常也可视为常数，因此，式(1)可改写为：

由此可见，预击穿电压与时间的关系(关合绝缘特性)可简化为一条直线，其斜率的绝对值称为触头间隙的绝缘强度下降率(RDDS)，表示为：

k_p＝Ev (3)

式中：k_p为RDDS的数值。

研究表明，在实际系统合闸操作中，RDDS几乎不受外施电压极性的影响，并呈正态分布，标准偏差约为9.0％。

为限制变压器空载合闸时的励磁涌流，变压器的最佳合闸相位应在电压的峰值附近， 考虑到断路器的离散性，对合闸目标相位角的设置以及断路器的绝缘强度下降率有一定 的要求。分析如下：

设断路器触头端口间外加电压为：

其中，ω为电网角频率，U_m为电压峰值，t为时间，为电网初始相位，则电压波形的最大斜率k_m为：

(1)当k_p≥k_m的情况

图2给出了断路器触头间击穿电压u_p(t)以及触头间实际电压的相互关系，图中当u_p(t) 曲线与实际电压曲线u(t)相交时，断路器触头间绝缘会被击穿，断路器电气回路导通。当 绝缘强度下降率大于等于电压波形的最大斜率时，意味着断路器的绝缘强度衰减率总是 不低于外施电压的变化率。该种工况下，由图2可知，断路器关断时刻的不同，可以在整个半波周期内的任意相位实现关合(包括外施电压过零时刻)。

图2中，设定直线CE为控制器目标合闸曲线，根据该曲线的与横轴以及电压曲线u(t) 的交点可知，断路器在C点即实现了触头击穿，而机械触头在E点才实现接触。若考虑△t的断路器合闸离散时间，断路器触头的机械接触位置将在D点与F点之间变化，但实 际电气接通时刻则在A点与B点间变化。直线AD、BF则称为考虑断路器合闸时间分散 性和放电分散性的耐压特性边界线。根据这一原理，可以推导变压器选相合闸装置的目 标相位，及其对断路器机械分散性的要求。

由于对变压器空载合闸操作而言，当合闸点越接近电压的峰值时，产生的励磁涌流 最小，因此选相合闸装置应该尽可能的使断路器预击穿发生在电压的峰值。但考虑到选相合闸的误差以及开关机械的离散性，选相合闸装置肯定无法实现峰值闭合，但却应该 规定合闸相位的范围。

设定变压器最小预击穿电压为γU_m(0＜γ＜1)，因此耐压特性边界线与电压曲线的交点 A、B均应高于最小预击穿电压。

设E点为目标合闸时刻，这样在合闸时间偏移范围内的发生预击穿的电压最大。当断路器在A、B点发生预击穿，所对应的最小预击穿电压为：

因此，可以算得断路器机械分散性要求应满足：

按照断路器目标相位闭合，关合特性u_p(t)为：

u_p(t)＝-k_pt+γU_m (8)

当u_p(t)＝0时，得k_p≥k_m时最佳目标关合角为：

(2)当k_p<k_m的情况

当k_p<k_m，意味着断路器的绝缘强度衰减率低于外施电压的最大变化率，关合特性曲 线与电压波形的相交情况如图3所示。

考虑断路器的机械分散特性，选择E点为最佳目标关合时刻，从而保证在断路器合闸时刻最大偏移量下的预击穿电压(A点、B点)不小于要求的阈值γU_m。

同样由图3可知，当绝缘强度下降率小于图中所示直线BF的斜率时，绝缘强度下降曲线会与电压正弦波产生多个交点，如直线BHG所示。多个交点表明，断路器端口间可 能导致击穿—熄弧多次出现，而最终的击穿点无法保证超过阈值γU_m

根据这一要求，选相合闸变压器要求的断路器绝缘强度下降率应满足：

同样，与k_p≥k_m类似，当k_p<k_m时断路器机械分散性应满足：

而最佳关合目标相位角为：

当断路器带有合闸电阻时，预击穿现象也有可能使合闸电阻的实际接入时间发生变 化。当绝缘强度下降率大于等于电压波形的最大斜率时，如图4所示，设断路器的关合特性曲线为：

u_p(t)＝-k_pt+b (13)

在关合特性曲线与电压曲线的交点A(预击穿点)有以下关系：

-k_pt₁+b＝U_mcos(ωt₁) (14)

将(14)带入(13)，可得：

u_p(t)＝-k_pt+U_mcos(ωt₁)+k_pt₁ (15)

其中，ω为电网角频率，U_m为电压峰值，t₁为电气关合时间，b为初始断口击 穿电压，

当u_p(t)＝0时，求得断路器的机械关合时间为：

则因预击穿现象造成的合闸电阻接入时间变化量为：

因此随着预击穿发生点的不同，合闸电阻接入时间的变化范围为：

当绝缘强度下降率小于电压波形的最大斜率时，则情况较为复杂，如图5所示。从图5可以看出，当断路器绝缘强度下降率低于断口电压变化率的最大值时，由于预击穿 的发生，断口通电时刻不会发生在电压的过零点，这有利于限制关合变压器时的励磁涌 流幅值。在满足标准和其他限制条件要求的前提下，适当降低断路器末段合闸速度，将 有利于限制关合变压器时的励磁涌流。但是由于预击穿发生时刻的变化，关合特性曲线 与电压曲线可能存在多个交点，这将导致断口电弧熄灭和重燃，并且，过低的断路器绝 缘强度下降率也将使得断口燃弧时间增大，这可能造成断路器触头的烧蚀，严重者可能 造成断路器的爆炸。

实施例3

以巴塘变电站第一次空载合闸主变操作为例，该站主变在空载合闸前进行了消磁处 理，可认为主变剩磁为零，假设断路器触头间平均击穿强度为30kV/cm，动作速度为9.8m/s，计算可得A、B、C三相最佳合闸时刻分别为：11.21ms、14.57ms、15.78ms，按 照该合闸时间进行操作和仿真计算，可得涌流实际录波和仿真曲线为如图7-图8所示， 藏区电网江达站、芒康站、类乌齐站的母线电压如图9所示。

对比图7-图9可知，仿真结果和实际录波结果基本一致，三相涌流控制在100A-200A 之间，西藏各站点电压稳定，没有出现谐波过电压风险。由此可以证明，本文提出的最佳合闸角度是合理有效的。

按照巴塘站实际配置情况取合闸电阻400欧姆，计算可得断路器的预击穿时间为A相0.564ms、B相1.422ms、C相1.982ms。同理，将上述条件带入电磁暂态程序中进行 校核，并将仿真结果和录波结果进行对比，如表2和图10-图15所示：

表2巴塘主变空充涌流试验值

由图10至图12可知，如果不考虑断路器的预击穿特性，即使完全按照实际合闸时间进行仿真，仿真结果和录波结果仍旧存在较大误差；由图13至图15可知，如果精确 考虑预击穿特性，仿真结果与实测结果的吻合度极高，误差约为4％。由此可以看出，本 发明提出的方法可以较为准确的计算出计及断路器预击穿特性后合闸电阻的精确投入时 间，以及空充主变时的励磁涌流大小。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面 的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的 计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的 计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每 一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些 计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备 的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的 指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指 定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方 式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令 装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或 多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算 机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或 其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图 一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，其特征在于，包括进行以下步骤：

确定在断路器关合时触头的运动过程中断路器触头间隙的绝缘强度下降率k_p，以及断路器触头端口间的外加电压波形的最大斜率k_m；所述绝缘强度下降率为断路器触头端口间的预击穿电压与时间的比值的绝对值；

比较绝缘强度下降率k_p和电压波形的最大斜率k_m，根据k_p和k_m之间的大小关系计算变压器的最小预击穿电压；

根据变压器的最小预击穿电压以及预先设定的断路器目标相位闭合的关合特性关系计算最佳目标关合角；所述断路器目标相位闭合的关合特性关系根据断路器机械分散性的满足条件确定。

2.根据权利要求1所述的一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，其特征在于，所述根据k_p和k_m之间的大小关系计算变压器的最小预击穿电压，包括：

当绝缘强度下降率k_p大于等于电压波形的最大斜率k_m时，根据预先绘制的耐压特性边界线与电压曲线的交点计算变压器的最小预击穿电压；其中，所述耐压特性边界线为预击穿电压与时间的关系曲线，所述电压曲线为实际电压与时间的关系曲线。

3.根据权利要求1所述的一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，其特征在于，所根据k_p和k_m之间的大小关系计算变压器的最小预击穿电压，包括：

当绝缘强度下降率k_p小于电压波形的最大斜率k_m时，在满足断路器合闸时刻最大偏移量下的预击穿电压不小于变压器的最小预击穿电压的条件下，计算变压器的最小预击穿电压。

4.根据权利要求1所述的一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，其特征在于，所述绝缘强度下降率k_p为：

k_p＝Ev

式中，E为触头间隙平均击穿强度，v为合闸速度5、根据权利要求1所述的一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，其特征在于，所述断路器触头端口间的外加电压为：

其中，ω为电网角频率，U_m为电压峰值，t为时间，为电网初始相位，则电压波形的最大斜率k_m为：

5.根据权利要求2所述的一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，其特征在于，所述根据变压器的最小预击穿电压以及预先设定的断路器目标相位闭合的关合特性关系计算最佳目标关合角，：当绝缘强度下降率k_p大于等于电压波形的最大斜率k_m时，变压器的最小预击穿电压为γU_m(0＜γ＜1)；

当断路器在耐压特性边界线与电压曲线的交点发生预击穿时，所对应的最小预击穿电压为：

因此，可以算得断路器机械分散性要求满足：

断路器目标相位闭合的关合特性u_p(t)为：

u_p(t)＝-k_pt+γU_m

当u_p(t)＝0时，k_p≥k_m时最佳目标关合角为：

6.根据权利要求3所述的一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，其特征在于，所述根据变压器的最小预击穿电压以及预先设定的断路器目标相位闭合的关合特性关系计算最佳目标关合角，包括：

当k_p<k_m时，选相合闸变压器要求的断路器绝缘强度下降率满足：

当k_p<k_m时，断路器机械分散性满足：

最佳关合目标相位角为：

7.根据权利要求2所述的一种大容量主变最优分相合闸时间确定方法，其特征在于，当断路器带有合闸电阻时，预击穿现象使合闸电阻的实际接入时间发生变化，当绝缘强度下降率k_p大于等于电压波形的最大斜率k_m时，

在预击穿点，有以下关系：

-k_pt₁+b＝U_mcos(ωt₁)

其中，ω为电网角频率，U_m为电压峰值，t₁为电气关合时间，b为初始断口击穿电压，

关合特性u_p(t)与时间t的关系为：

u_p(t)＝-k_pt+U_mcos(ωt₁)+k_pt₁

当u_p(t)＝0时，求得断路器的机械关合时间为：

则因预击穿现象造成的合闸电阻接入时间变化量为：

随着预击穿发生点的不同，合闸电阻接入时间的变化范围为：

8.一种大容量主变最优分相合闸时间确定装置，其特征在于，包括第一确定单元、第二确定单元、比较单元、计算单元，其中：

第一确定单元，用于确定在断路器关合时触头的运动过程中断路器触头间隙的绝缘强度下降率k_p，所述绝缘强度下降率为断路器触头端口间的预击穿电压与时间的比值的绝对值；

第二确定单元，用于确定断路器触头端口间的外加电压波形的最大斜率k_m；

比较单元，用于比较绝缘强度下降率k_p和电压波形的最大斜率k_m，并根据k_p和k_m之间的大小关系计算变压器的最小预击穿电压；

计算单元，用于根据变压器的最小预击穿电压以及预先设定的断路器目标相位闭合的关合特性关系计算最佳目标关合角；所述断路器目标相位闭合的关合特性关系根据断路器机械分散性的满足条件确定。

9.根据权利要求8所述的一种大容量主变最优分相合闸时间确定装置，其特征在于，所述比较单元，包括：

第一计算子单元，用于当绝缘强度下降率k_p大于等于电压波形的最大斜率k_m时，根据预先绘制的耐压特性边界线与电压曲线的交点计算变压器的最小预击穿电压；其中，所述耐压特性边界线为预击穿电压与时间的关系曲线，所述电压曲线为实际电压与时间的关系曲线；

第二计算子单元，用于当绝缘强度下降率k_p小于电压波形的最大斜率k_m时，在满足断路器合闸时刻最大偏移量下的预击穿电压不小于变压器的最小预击穿电压的条件下，计算变压器的最小预击穿电压。