油浸式立體卷鐵心變壓器的優(yōu)化設(shè)計策略

溫慧玲

摘 要 在能源逐漸緊缺的現(xiàn)代社會當中，節(jié)能已經(jīng)成為了我國發(fā)展的基本國策。油浸式立體卷鐵心變壓器的優(yōu)化設(shè)計，一方面能夠促進我國環(huán)保節(jié)能目標的實現(xiàn)，另一方面也能達到提高經(jīng)濟效益的工作效果。本文就是以此為出發(fā)點展開研究，一方面分析了油浸式立體卷鐵心變壓器電磁優(yōu)化的內(nèi)容以及相應的理論依據(jù)，另一方面分析了油浸式立體卷鐵心變壓器優(yōu)化設(shè)計的具體策略，希望能夠為相關(guān)工作的優(yōu)化落實提供合理參考。

關(guān)鍵詞 油浸式 立體卷鐵心 變壓器

中圖分類號：TM2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）12-0003-02

1 油浸式立體卷鐵心變壓器電磁優(yōu)化的內(nèi)容和理論依據(jù)

1.1 內(nèi)容

立體卷鐵心是用三個一致的單餅緊密結(jié)合，在空間上能夠互相形成120°的夾角。根據(jù)我國有關(guān)部門對立體卷鐵心生產(chǎn)提出的要求，需要技術(shù)人員先確認變壓器的電、磁負荷以及幾種比較關(guān)鍵的尺寸，獲得基本數(shù)據(jù)之后還要計算性能數(shù)據(jù)等內(nèi)容，尤其是立體卷鐵心各部位的溫度變化以及重量等，最終的設(shè)計工作也要嚴格按照計算得到的參數(shù)落實，簡而言之就是電磁計算是油浸式立體卷鐵心變壓器設(shè)計的基本條件。

以某油浸式立體卷鐵心變壓器的優(yōu)化設(shè)計為例[1]，在電磁計算工作落實的過程中，技術(shù)人員認為鐵心設(shè)計是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，且第一步就是要準確地測量結(jié)構(gòu)尺寸等基本參數(shù)。油浸式立體卷鐵心變壓器與平面疊片的鐵心變壓器之間最明顯的差異就體現(xiàn)在鐵心部分的設(shè)計工作當中，技術(shù)人員需要通過不斷的設(shè)計優(yōu)化促使鐵心柱截面越來越合理，這樣才能獲得較高的經(jīng)濟效益[2]。

1.2 理論依據(jù)

1.2.1 公式

在油浸式立體卷鐵心變壓器的設(shè)計工作當中，電壓和電流的計算十分關(guān)鍵，而立體卷鐵心變壓器的高低繞組常見連接方式有星形和三角形兩種，其計算公式如下：

關(guān)于油浸式立體卷鐵心變壓器的負載損耗計算，直流電阻的損耗計算公式如下：

PDC=3IIN2R1+3I2N2R2

且大部分的立體卷鐵心變壓器本身的容量都<800KVA，使用負載損耗系數(shù)與直流電阻損耗相乘的方式對負載損耗進行計算，公式表示如下：

PK=KPKPDC

該公式當中的PK表示的是負載損耗，KPK表示的則是負載損耗系數(shù)。

1.2.2 短路抗阻

油浸式立體卷鐵心變壓器短路阻抗相關(guān)數(shù)值通過短路試驗就能夠測試出來，在應用階段通常是使用百分比表示。

在變壓器當中，短路阻抗是十分關(guān)鍵的項目，在設(shè)計階段需要技術(shù)人員掌握偏差范圍，并且嚴格控制才能達到良好的優(yōu)化效果，在通常情況下，誤差會控制在±2.5%之內(nèi)。

2 油浸式立體卷鐵心變壓器的優(yōu)化設(shè)計策略

2.1 立體卷鐵心柱截面

目前常見的油浸式立體卷鐵心變壓器，立體卷鐵心柱截面的形狀比較多樣化，即梯形、圓形、復合型和多邊形幾中。其中梯形界面的填充系數(shù)一般是在0.89-0.9之間，與多邊形截面相比較來講該值有明顯的降低。且梯形截面產(chǎn)生的磁阻以及體積也比多邊形的截面更大，因此設(shè)計人員很少使用此種截面設(shè)計。圓形和復合型的截面填充系數(shù)雖然比較高，能夠達到0.98，但實際上材料的利用率很低，與節(jié)約能源的原則相悖。

若使用多邊形截面，填充系數(shù)>0.945，材料利用率100%，整個裁剪過程不會產(chǎn)生余料，裁剪也比較方便，因此在油浸式立體卷鐵心變壓器的立體卷鐵心柱設(shè)計當中，多邊形是最佳選擇。

2.2 多邊形心柱截面優(yōu)化設(shè)計

鐵心柱本身的幾何面積和外接圓面積比，就是油浸式立體卷鐵心變壓器鐵心柱的填充系數(shù)。

油浸式立體卷鐵心變壓器立體卷鐵心柱截面，和傳統(tǒng)的鐵心柱的相關(guān)計算和優(yōu)化方式不能通用，但優(yōu)化目的相同，都是希望能夠通過設(shè)計，促使鐵心柱在基本工藝條件下，將有效截面積盡可能擴大。這樣一方面能夠達到節(jié)約材料的效果，另一方面也能合理控制成本。

具體的設(shè)計優(yōu)化方式以某界面形狀為7段多邊形的油浸式立體卷鐵心變壓器鐵心柱截面為例，與原本方案相比優(yōu)化后的截面積更大，能夠有效降低設(shè)計成本，減少鐵心產(chǎn)生損耗的可能。

2.2.1 目標函數(shù)建立

油浸式立體卷鐵心變壓器鐵心柱的有效面積越大，則能夠節(jié)約的材料也就越多，能量損耗的降低也就相應地越明顯。針對這一基礎(chǔ)條件，技術(shù)人員需要控制的就是鐵心柱本身的有效截面積以及硅鋼片之間的厚度、間隙，這些參數(shù)都與實際工藝水平息息相關(guān)，若想直接計算難度比較大。在實際計算過程中，技術(shù)人員可以將鐵心柱的幾何截面積與經(jīng)驗修正系數(shù)相乘，這樣就可以簡單地獲取油浸式立體卷鐵心變壓器鐵心柱的有效截面積，其計算公式如下：

S=

2.2.2 約束條件建立

該案例當中的油浸式立體卷鐵心變壓器鐵心柱截面為7段，技術(shù)人員為促使卷繞的單餅鐵心能夠呈現(xiàn)半圓形的發(fā)展趨勢，需要選擇合適的點作為圓心，為簡化后續(xù)分析工作，還需要將幾段料帶的初始寬度以及方向都選取為水平方向。

2.2.3 油浸式立體卷鐵心變壓器立體卷鐵心參數(shù)設(shè)計計算實例

在立體卷鐵心的制造過程當中，比較完整的參數(shù)包含鐵心截面當中每段料帶的起始以及終止寬度、厚度和長度等，獲得鐵心完整參數(shù)之后，該設(shè)計人員在Excel當中使用VBA編程語言設(shè)計了相關(guān)程序，將鐵心直徑設(shè)為D，圓角半徑設(shè)為R，鐵心窗的高度設(shè)為B，將硅鋼片厚度設(shè)為δ，δ是已知參數(shù)，由于工藝水平與材料種類相關(guān)，且不同的產(chǎn)家取值差異較大，因此實際生產(chǎn)需要有針對性的落實。常規(guī)狀態(tài)下，截面的修正系數(shù)取值范圍在0.95-0.97之間，設(shè)截面的修正系數(shù)以及重量修正系數(shù)都是0.95，則油浸式立體卷鐵心變壓器立體卷鐵心的參數(shù)計算情況如表1所示。

3 結(jié)語

綜上所述，立體卷鐵心變壓器與傳統(tǒng)的平面疊片鐵心變壓器相比較來講，立體卷鐵心變壓器在性能上的優(yōu)勢更加明顯，且應用范圍也十分廣泛。綜合分析之后可以發(fā)現(xiàn)，這些優(yōu)勢的主要來源都是由于卷繞的方式能夠有效降低鐵損耗的嚴重性，且鐵心柱的截面十分接近圓形，因此消耗的材料也較少。

參考文獻：

[1] 杜毅威.新能效標準下變壓器的選擇[J].建筑電氣，2021， 40（06）：3-11.

[2] 張亞杰，龐建麗，劉曉亮，張立明.高效節(jié)能疊鐵心配電變壓器的設(shè)計[J].電工電氣，2021（04）：17-21.