澆注式干式變壓器電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘要：對(duì)于澆注式干式變壓器而言，電磁優(yōu)化的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，甚至直接影響到了變壓器的制作成本。由于近年來資源短缺的問題越來越嚴(yán)重，原材料成本的逐漸攀升使得變壓器的價(jià)格也越來越高，這就在一定程度上限制了變壓器的發(fā)展。隨著新時(shí)代經(jīng)濟(jì)觀念的發(fā)展與普及，澆注式干式變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)需要滿足的條件越來越多。基于此，本文將圍繞澆注式干式變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)展開探討。

關(guān)鍵詞：澆注式;變壓器;電磁優(yōu)化

引言：變壓器是保障用電安全的必要設(shè)備之一，但我國(guó)在上世紀(jì)對(duì)變壓器的關(guān)注程度有限，因此彼時(shí)裝設(shè)于電力系統(tǒng)中的變壓器很少配置配套的保護(hù)措施，也就導(dǎo)致安全隱患的存在。對(duì)于變壓器而言，其價(jià)格與電磁優(yōu)化的設(shè)計(jì)水平有直接關(guān)系，因而各類變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)逐漸得到重視，這其中也包括澆注式干式變壓器。但由于原材料價(jià)位不斷上漲造成生產(chǎn)商利潤(rùn)縮減，致使他們不具備深入研究變壓器電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)能力，也就使得澆注式干式變壓器電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展陷入停滯。

1.確定電磁優(yōu)化方案

1.1確定設(shè)計(jì)方案

電磁優(yōu)化在進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大的計(jì)算能力，在極短時(shí)間內(nèi)就能夠找到問題所有的可能解，通過窮舉法找到的可能解很大程度上確保了求解過程不會(huì)出現(xiàn)遺漏，也不會(huì)因函數(shù)數(shù)值的連續(xù)性受到影響，這就意味著工藝的流程化及實(shí)用性均得到了可靠保障。當(dāng)需要計(jì)算基本規(guī)格時(shí)，可應(yīng)用最優(yōu)解個(gè)數(shù)隨意進(jìn)行選擇，在配置了合適方案的前提下，選擇程序時(shí)將不需要再逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算，直接舍棄不合適的內(nèi)容即可。

1.2深入分析約束條件

澆注式干式變壓器電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)受五方面技術(shù)指標(biāo)約束，這五方面技術(shù)指標(biāo)包括：高低壓繞組升溫狀態(tài)、短路狀態(tài)下承受的阻抗、線規(guī)的寬厚比、空載損耗、負(fù)載損耗、沖擊電壓。通常情況下高低壓繞組會(huì)受到接法、纏繞數(shù)量的約束，其中接法的具體應(yīng)用需根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)（比如客戶要求的尺寸及形狀），之后還要注意線繞的狀態(tài)，是否需要風(fēng)道及風(fēng)道的直徑等。由于壓繞組通常以階梯式分布，因此還要控制好匝數(shù)[1]。除此之外，對(duì)設(shè)備硅鋼片的厚度及性能也應(yīng)加以重視，應(yīng)嚴(yán)格控制電磁線的規(guī)格及絕緣元件的絕緣系數(shù);變壓器負(fù)載損耗與空載損耗會(huì)產(chǎn)生一定噪音，而當(dāng)今社會(huì)對(duì)噪音的分貝與影響也是有相應(yīng)規(guī)范的。

1.3選取設(shè)計(jì)變量

澆注式干式變壓器及其它變壓器利潤(rùn)的下降，使得變壓器廠商在確定電磁優(yōu)化方案的過程中，更重視從實(shí)際情況出發(fā)。從函數(shù)角度來說，變壓器廠商應(yīng)以盡可能壓低成本為目標(biāo)函數(shù)，由相關(guān)設(shè)計(jì)人員及開發(fā)人員綜合考慮廠商的經(jīng)濟(jì)狀況、市場(chǎng)的準(zhǔn)入情況等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。在基本設(shè)計(jì)過程中應(yīng)做好單獨(dú)基本變量的選取，可供選取的單獨(dú)變量包括高低壓繞組的線規(guī)、低壓組的匝數(shù)、鐵心柱的直徑等要素。

1.4選取循環(huán)變量

由于澆注式干式變壓器電磁優(yōu)化的設(shè)計(jì)會(huì)用到窮舉法，由此得出的變壓器結(jié)構(gòu)具有嵌套式特征，此時(shí)循環(huán)變量的個(gè)數(shù)直接決定了其設(shè)計(jì)層數(shù)，而變量的多少及變涼時(shí)間長(zhǎng)短均會(huì)影響到最優(yōu)解的出現(xiàn)?？紤]到這種情況，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)使?jié)沧⑹礁墒阶儔浩鞯膯为?dú)變量轉(zhuǎn)向循環(huán)變量。

2.具體設(shè)計(jì)過程

澆注式干式變壓器的結(jié)構(gòu)組成涉及的內(nèi)容相當(dāng)復(fù)雜，因而具有不確定性，尤其是電磁結(jié)構(gòu)與電磁關(guān)系之間的情況更加繁復(fù)。因此，在建立設(shè)計(jì)模型時(shí)要確認(rèn)設(shè)計(jì)過程中會(huì)出現(xiàn)的所有變量，包括鐵心窗高、鐵心直徑、磁鐵密度、匝電壓、中心距、繞組匝數(shù)、導(dǎo)線厚度、導(dǎo)線寬度等，而后根據(jù)輸入的內(nèi)容運(yùn)用電腦計(jì)算其內(nèi)模與外模;鐵心直徑的獲取需要依據(jù)購(gòu)買時(shí)提供的原材料參考數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算求得;匝數(shù)則需要在計(jì)算出以后做好控制，以免匝數(shù)產(chǎn)生變化;之后找出最合適的高壓繞組及低壓繞組;做好窗高及阻抗的計(jì)算工作。在上述工作完成之后，可根據(jù)計(jì)算得出的結(jié)果，結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)制定初步設(shè)計(jì)方案，完成初步設(shè)計(jì)方案的制定之后，要對(duì)方案中的參數(shù)進(jìn)行核對(duì)與調(diào)校，減少參數(shù)之間出現(xiàn)沖突的可能性，盡量使設(shè)計(jì)內(nèi)容相互協(xié)調(diào)。最后再根據(jù)客戶的需求及功能要求，對(duì)方案進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整。

考慮到當(dāng)前主流的澆注式干式變壓器，其電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)在高壓部分依然采用原本的鐵心與高壓繞組結(jié)合的方式，針對(duì)高壓部分的重新設(shè)計(jì)會(huì)涉及到大量?jī)?nèi)容，且無法有效保證重新設(shè)計(jì)后的穩(wěn)定性，因此重新設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)放在低壓繞組上，對(duì)兩種繞組的重新設(shè)計(jì)在技術(shù)上具有截然相反的特性，而繞組相關(guān)數(shù)據(jù)（線圈數(shù)、方向等）直接影響到電磁優(yōu)化的效果，因此對(duì)其數(shù)據(jù)的核查十分重要[2]。當(dāng)前常見的繞組設(shè)計(jì)會(huì)使其常規(guī)容量保持在一個(gè)固定的范圍內(nèi)，這樣能保證相關(guān)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式相對(duì)簡(jiǎn)潔，其計(jì)算過程也較為簡(jiǎn)單。在應(yīng)用軟件測(cè)算過所有方案之后，對(duì)方案成本以固定的方式排序，綜合對(duì)比其成本及實(shí)現(xiàn)的性能，以得出最優(yōu)方案的性價(jià)比，這就能夠方便設(shè)計(jì)人員對(duì)比不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)提升設(shè)計(jì)工作的效率有很大幫助。

在設(shè)計(jì)方法上要明確的是，僅依靠人力來進(jìn)行澆注式干式變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)過程中會(huì)涉及到內(nèi)容相當(dāng)繁瑣的計(jì)算過程，包括各種元件的規(guī)格參數(shù)、變壓器內(nèi)部的電壓變化情況、負(fù)載損耗、空載損耗、匝數(shù)、阻抗、方案的可行性乃至變壓器本身的重量或成本等。因此，在設(shè)計(jì)過程中勢(shì)必要用到電磁優(yōu)化方案設(shè)計(jì)軟件。通常情況下一些設(shè)計(jì)軟件本身能連接到網(wǎng)絡(luò)上的干式變壓器設(shè)計(jì)原則庫(kù)，以原則庫(kù)為參照，能避免設(shè)計(jì)過程中的一些常見問題（如局放過大、升溫速率高、絕緣距離不足等），從而使電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)具備更高的合理性。在具體設(shè)計(jì)過程中，為了使成本得到有效控制，還可采取應(yīng)用軟件建立元件數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。元件數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)包括內(nèi)、外模模具及電磁線線規(guī)等元件參數(shù)，只要依照這些參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，就能以已有的模具、線規(guī)規(guī)格參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅使變壓器電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)流程更加高效，在生產(chǎn)上也因?yàn)榇_認(rèn)了相應(yīng)規(guī)格而更加方便。

設(shè)計(jì)過程中選用參考數(shù)據(jù)時(shí)，要了解到絕大多數(shù)參考數(shù)據(jù)均是前人設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，在大方向及整體上是可靠的，但也要將社會(huì)發(fā)展的因素考慮進(jìn)去。由于社會(huì)發(fā)展導(dǎo)致了一部分材料及用電規(guī)格的變化，因此盡管前輩們的經(jīng)驗(yàn)?zāi)鼙ＷC方向性與整體性，但在細(xì)節(jié)問題上還需要當(dāng)代設(shè)計(jì)人員自行探索，靈活運(yùn)用各種方法進(jìn)行分析、查找并制定相應(yīng)的解決策略，如針對(duì)噪音問題、升溫問題，這些問題就可以通過現(xiàn)代測(cè)算技術(shù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量，并將之與國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，如果不符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，那么就需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

結(jié)語：結(jié)合上述內(nèi)容來看，對(duì)澆注式干式變壓器電磁優(yōu)化的設(shè)計(jì)，在一定程度上是為了降低變壓器本身的生產(chǎn)成本，提升變壓器的質(zhì)量，并使變壓器本身?yè)碛懈訌?qiáng)大的性能。通常情況下澆注式干式變壓器電磁優(yōu)化的設(shè)計(jì)會(huì)需要用到軟件，因此設(shè)計(jì)過程中需要強(qiáng)化對(duì)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)控制成本、減少人力支出及提升生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì)目的。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 賴夏生.關(guān)于澆注式干式變壓器電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].華東科技：學(xué)術(shù)版.2017，（7）：200.

作者簡(jiǎn)介

胡江濤（1979.5.12），性別：男;籍貫：湖北;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士;職稱：工程師;研究方向：干式變壓器設(shè)計(jì)與制造