干式变压器优化设计论文

干式变压器优化设计论文（精选4篇）

干式变压器优化设计论文 篇1

所谓的电力变压器，指的是通过将交流电源输入后，依据一定技术，将其数值变高或变低，在任何电能整合配送的场合，变压器显然都有着重大的应用。截止21世纪初，我国的发电量就已跃居世界第二位，而通过变压器产生的电量总数也早已经超过了200亿kVh。因此，随着世界人口的不断膨胀，随着人们生活水平提高，对用电量的不断增进，随着更高更为科技感的建筑的不断落成，我们更加需要一种性能优的变压器。这其中抗燃性的干式变压器是一个不错的选择。

1当前行业背景介绍

事实上，现阶段，在变压器行业内，国际市场上的竞争压力是异常惨烈的，众多国际厂商为了加大自己产品的市场占有率，都会加大投资来提高产品的质量，而这些投资涉及设计、性能、售后等众多方面的技术改革工作。因此，通过当前的计算机技术，达到优化变压器设计的课题是当前电工行业重点发展的方向，相当多的单位已经开始大刀阔斧的自行投资研究，也正是计算机飞速发展，才为我们对变压器设计的优化工作提供更加便利的软件和硬件环境。

2干式变压器设计理论概述

2.1什么是干式变压器的设计

从理论上来看，其实干式变压器与传统变压器工作原理相同，其基本的结构也十分的类似，这是因为它们主体部件铁心采用的是相同的材料，事实上其实也就只有在绝缘材料、冷却介质材料的选择上，二者存在不同。因此我们可以看到，其实干式变压器与传统油浸式变压器在如何进行优化设计的方面区别不大，唯一重大的不同体现在实际性能上，这是因为在计算的时候需要使用不一样的方法。

2.2整体设计的原则

整体来看，有关干式变压器的设计体现出以下特性与原则，那就是：多变量、非线性以及多目标混合性等问题。在一个最优化的数学理论中，多变性规划问题虽然存有理论上的解法，但实际上它们大都要求存有着变量保持着连续，这样一来，其实这就变成了变压器优化问的一个最为苛刻的限制条件。也导致了这些方法不论如何也就仅仅只能寻求到局部的相对优化，始终不可能达到一种全局的最优化。

3优化设计要点概括

3.1关于铁心

首先来看，对于变压器设计而言，铁心柱直径这一系数是其最基本的参考，这是考虑到铁心的一旦确认数值之后，也就相应去确定了其绕组的内径的数值，以及确定了原、副绕组的匝数的数值，也就是说整个变压器的主体性能就已经被确认了（包含尺寸）。另一方面，它的数值还直接关系到变压器另一个重要的材料消耗数值——即铜铁比，这也是对于一个变压器优化而言至关重要的考量因素。事实上，如何选择一种合适的铁心直径，是有法可依的，大多数情形我们都可以按照书中所述的方法：如按照容量、短路阻抗、损耗值等。再者，考虑到普通变压器的铁心是以薄硅钢片迭成的多级圆内矩形截面，所以如果这个截面的级数越来越多的失手，那么事实上它的就会越来越接近圆面积，我们基本会把多级矩形的几何截面积与圆面积之比视作这个铁心的一个空间填充系数，而这个系数才是我们在设计铁心时要优先认真考量的。

3.2关于电压比较核

其次，根据干式变压器需要并联运行的情形，我们必须对并联运行的仪器之间的电压比较核做出非常严格的要求。正是出于这样的考量，我们在设计时就必须对计算出的高低压绕组匝数进行严格的核定，以确定电压比较核是否超标。在设计者，为了防止出现制造或者试验存有偏差而发生的危险，我们在设计整体的计算时，要将预设的电压比容许偏差数值缩小至一半，以保证一定的空间。

3.3关于绝缘材料

再次，对于某些种类的干式变压器如F级干式变压器来说，因其平均的温升相比普通型号的或高出两成左右，因此在设计这种款型的时候，可以将电流的密度设定较高数值，以达到缩小变压器的基本尺寸的目的。当然，它也可以适用在温升较高的情形，但是现在伴随着NOMEX纸的广泛应用，事实上对于干式变压器的绝缘技术来说，我们已经取得了相当的进步。

3.4关于玻璃丝带

最后，大体介绍以下玻璃丝带，由于这种材质的工艺上的先进，使其拥有着卓越的化学、机械、以及物理性能。现阶段已经非常广泛地适用于各类电气设备之中了。同理将其应用到干式变压器之中后，可以达到使电场分布更为均匀的预期效果，这样就可以缩小我们需要的绝缘尺寸大小，就避免了一直以来电场的过分集中的缺点，最终大大提高了变压器运行的可靠性。

4软件方面的优化

必须看到的是，这五年来有关干式变压器的优化设计，已经得到了一定的重视，与之相配套的软件开发同时也得到了很大程度的发展。事实上，虽然事实上现阶段的众多变压器优化软件已经面世，可问题在于它们的基本推广并不到位，直接导致相当多产品无法发挥出其应有的功能。经过调查研究显示，设计软件在我国变压器设计应用方面的数量绝对不容乐观，截至2012年，连变压器生产企业通过设计软件来进行操作的企业数量还不到一半，在这些并没有采用的企业之中，部分企业表示听说过这类设计软件，但并不是很清楚自己到底应不应该使用，部分企业甚至都不知道原来变压器设计还可以通过这样的软件来完成操作。不得不承认，在我国，传统老化的设计方法还在变压器设计领域占据着主导的地位，这其中能够折射出我国这一领域的整体水平问题。据此，我们必须对变压器的相关的软件系统进行充分的认识。

结语

综上所述，出于对干式变压器优良品质的综合考量，在当前干式变压器拥有这光明市场前景的情况下，我们必须提高国内产品的国际生存能力，但是我们也要认识到，目前我国绝大大工厂的设计水平依然停留较低级的水平之中，这是我们亟需解决的问题。

干式变压器优化设计论文 篇2

随着能源危机的出现和环境污染越来越严重,节能和环保越来越受到人们的关注。作为能源消耗大户的电力行业,节能和环保问题尤为突出。变压器作为电力系统中最重要的设备之一,其损耗在电力系统损耗中所占的比重较大[1]。降低变压器的损耗主要考虑降低变压器的空载损耗。非晶合金铁心变压器是采用非晶合金代替硅钢片作为铁心材料的新型节能变压器。它比硅钢片铁心变压器的空载损耗下降70%以上,空载电流下降约80%,是目前节能效果较理想的配电变压器[2]。因此非晶合金变压器的推广对环境的保护和能源的节约具有较大的意义。但是非晶合金变压器因其价格较传统变压器高而阻碍其推广。因此本文针对非晶合金干式变压器设计了一套电磁优化设计软件,在进行电磁计算时最大化的降低非晶合金变压器的成本,从而提高产品的市场竞争力。

本文首先介绍了非晶合金变压器电磁设计原理,其次介绍了采用VB平台开发的变压器优化设计软件,最后本文对该软件的优化设计结果进行了对照和分析。

1 非晶合金干式变压器电磁优化设计原理

1.1 铁心截面的确定

硅钢片变压器的铁心形式(铁心柱截面)大多为圆形或长圆形,而非晶合金干式变压器铁心采用矩形卷绕。非晶合金干式变压器的铁心是用几个独立的矩形框并排靠在一起组合而成,依据变压器的容量的不同,可以为一排、二排或三排。本文针对的非晶合金干式变压器采用的是三相三柱式的结构,其结构如图1所示。

由于带材标准的关系,采用非晶合金制作成的矩形框侧面宽主要有142、170、213 mm三种,而矩形框的厚度则根据需要来调整。该铁心柱截面积计算公式如下:

Ac为铁心柱净截面积(cm2);kFe为叠片系数;n为排数,取1、2或3;c为单个非晶合金矩形框的厚度(mm);d为单个非晶合金矩形框侧面宽度(mm)。

在具体的铁心柱截面确定中,根据变压器额定容量的大小预算的铁心截面积的大小来选取铁心框的排数。矩形框的侧面宽主要根据所需面积从三种标准中选取。非晶合金矩形框的厚度是可以调整的,因此可以把它作为一个循环变量来对铁心截面积进行优化。

1.2 阻抗电压的计算

阻抗电压是变压器很重要的性能指标。变压器在运行中绕组通过额定电流时,本身阻抗所产生的电压降即为阻抗电压。阻抗电压Uk包含电抗分量Ux和电阻分量Ur两部分,具有如下关系:

由漏磁通所决定的变压器的漏电抗在阻抗电压中占据主要部分。

∑D为等效漏磁空道面积(cm2);f为频率(Hz);SN为额定容量(k VA);Hkk为平均电抗高(mm);et为匝电势(V);K为修正系数。

电抗分量与绕组的空间几何尺寸相关,即公式中的∑D,而对于非晶合金干式变压器,由图1可知,其截面与普通的圆形截面不同,非晶合金干式变压器的截面为长方形,所以其绕组形状并不是普通的圆形,而是带圆角的长圆形线圈。而对于圆形线圈,∑D的计算与线圈半径相关。而对于本文提到的非晶合金干式变压器的长圆形线圈中的∑D计算,本文将长圆形线圈等效为圆形线圈,长圆形线圈的模型如图2所示。

A为线圈长;B为线圈宽;R为圆角半径。

由周长等效公式知,长圆形等效为圆形之后的半径公式如下:

变压器绕组的电阻决定的电阻分量由变压器的负载损耗和变压器的额定容量决定,计算公式如下:

Pk为负载损耗(W);SN为额定容量(k VA)。

1.3 空载损耗计算

非晶合金干式变压器的空载损耗主要就是非晶片的损耗,因此又称为铁心损耗。铁心损耗通常取决于非晶片的材质和变压器的重量,也取决于磁通密度。通常非晶合金干式变压器的空载损耗计算公式如下:

K1为系数;Bm为铁心柱的工作磁密;C1为常数;GF e为铁心质量;m1为指数。该式中K1、C1、m1是由非晶合金干式变压器制造完成后测量空载损耗值统计出来的。

1.4 空载电流计算

空载电流包含有功和无功两部分,由于非晶合金干式变压器的有功部分所占的比例很小,所以可以忽略不计。工程上计算公式如下:

K2为系数;C2为常数;m2为指数。这些系数是由非晶合金干式变压器制造完成后测量空载电流值统计出来的。

1.5 温升计算

绕组温升是由于损耗产生热量引起的。工程上高低压绕组温升计算公式如下:

T为温升计算值;P为绕组负载损耗及杂散损耗;QT为绕组等效散热系数。

K1为绕组内部散热面积系数;S1为绕组内部散热面积;Ko为绕组外部散热面积系数;So为绕组外部散热面积。

由上述公式可知,温升计算与绕组的空间几何尺寸有关,本文在阻抗电压计算部分便讲述了非晶合金线圈的特点,同样面对散热面积的计算,需要将长圆形线圈等效为圆形线圈,等效公式同公式(4)。散热面积计算公式如下:

Bc为导线带绝缘宽;Cd为绕组段数。

其它散热面积计算公式类似于上述公式。

2 电磁优化设计方案

优化设计是指根据变压器的技术要求选择设计参数,使设计的结果在满足设计要求的基础上达到制造成本最低的设计。

2.1 算法的确定

采用计算机对变压器进行电磁优化计算,就是尽可能的找到满足要求的解,然后进行成本或性能的比较,找到最优解。本文基于穷举法,逐个找到变压器设计的每个解,然后进行成本的比较,从而得到最优解。穷举法的优点之一便是会计算出所有解,因此不会漏掉可能的最优解。

2.2 约束条件与设计变量的选取

非晶合金干式变压器在设计时要满足国家标准和客户提出的特殊要求。本软件以变比、阻抗电压、空载损耗、负载损耗、空载电流、绕组温升作为约束条件。

从上文中可知,本文设计的优化软件采用的是穷举法。本文以成本最低为目标函数,在设计过程中以磁密、铁心片宽、低压匝数、高压层数、高压绕组线规、低压绕组线规作为循环参数进行计算。

3 非晶合金干式变压器电磁优化软件实现

本系统是VB编程环境中实现的。本系统主要可以实现非晶合金干式变压器电磁优化计算功能,该功能分为可视化界面和计算两部分。

3.1 可视化界面的分析

可视化界面程序包含窗口和计算单的生成。

变压器的设计过程包含很多性能参数和结构参数,这些参数不是固定不变的,很多都随着工艺等的改变而改变,所以本程序设置了这些参数的输入窗口,允许用户对这些参数进行输入和修改,实现人机交互,从而最大化的利用设计员的设计经验。本程序根据变压器设计中涉及到的铁心、绕组、绝缘等所需要的数据进行了窗口的分类,本程序的主界面如图3所示。

从程序主界面知,窗口中包含了产品规格数据输入界面、铁心数据输入界面、高低压绕组数据输入界面、绝缘数据输入界面、性能指标数据输入界面及优化参数数据输入界面。对于非晶合金干式变压器电磁计算部分所需的数据都是从这些数据输入界面中读取的。

本程序在很大程度上简化了参数输入界面,并对数据输入界面进行了详细的分类,可以让操作者很清晰的明白怎样进行数据的输入。并且,本程序还针对标准产品建立了所需的数据文件,只需操作者选择变压器的额定容量等基本参数,其它所需计算参数便可从数据文件中直接读入,操作者只需修改很少一部分的参数即可完成计算数据的输入。

3.2 电磁方案计算

计算部分主要根据变压器手工计算过程包含线圈的额定电压、额定电流等基本参数计算,然后根据这些基本参数计算出变压器的短路阻抗、空载损耗、负载损耗、高低压绕组温升等性能参数,并与国家标准或用户特需要求进行对比来选择可行方案。因为变压器导线及非晶合金成本在变压器成本中所占比重很大,所以变压器优化计算时以主材(导线、非晶合金)成本为目标约束函数,最低者为优。变压器的手工计算流程见图4。

变压器电磁方案优化计算便是根据图4中所示的计算流程来进行循环的,当在计算中遇到了阻抗电压等性能参数不满足的情况时,程序会自动的跳出该循环,从而选择其它参数继续进行计算,直至得到所有满足性能的方案,然后根据各方案的主材成本进行方案的排序。本程序在排序中优选出10个结果供设计员参考。

本程序的方案输出及选择界面如图5所示。选择相应的方案时,以Excel计算单的形式输出相应的参数。本程序输出的Excel计算单,设计员还可以针对一些细微的参数直接在Excel计算单中进行调整。所以本程序的输出结果即可以直接用于工程,也可以作为设计人员在设计变压器时的参考计算单使用。

4 优化结果分析

利用本软件设计的200 kVA和1 000 kVA容量的非晶合金干式变压器的计算单与工厂提供的手工计算单对照,主要参数如表1和表2所示。分别对表中的参数进行比较,性能指标为厂方保证值,工程技术员计算的参数在裕度范围内不能超过性能指标;厂方数据为工厂变压器技术员手工计算并用于生产的参数;优化方案为本程序在相应容量上计算出的方案参数。比较表1和表2的优化方案和厂方数据可以发现,主材非晶合金和导线的重量都较厂方计算数据轻,而变压器的成本主要由这部分组成,所以该优化结果可以在很大程度上降低变压器的成本。而且由表1和表2可以看出,优化数据中的空载损耗和负载损耗都较厂方数据低,从而可以看出本程序的优化方案较厂方手工计算出的方案在性能上更优。另外软件设计计算一次所需的优化时间不超过1 min,从而可以大量提高工作效率。由此可见,针对非晶合金干式变压器进行电磁优化设计的本优化软件,可以提高产品的性能,降低主材成本,从而可以提高非晶合金干式变压器的产品竞争力。

5 结语

本文讨论了非晶合金干式变压器铁心截面、阻抗电压、空载损耗、空载电流的计算。采用VB对非晶合金干式变压器进行了优化软件的开发,对该软件的优化结果分析表明,该软件运行速度较快,优化得到的方案在不同程度上降低了产品的成本,对提高产品的竞争力,缩短产品的开发周期具有重要意义,同时在非晶合金干式变压器的大力推广中也有重要意义。

摘要：分析了非晶合金干式变压器优化设计中有关铁心截面的确定、空载损耗计算、空载电流计算和温升计算等问题。基于VB开发平台,设计了一套非晶合金干式变压器电磁优化设计软件。对该软件的优化设计结果分析表明,该软件能够提高工作效率、降低产品成本。

关键词：非晶合金干式变压器,VB平台,电磁优化设计

参考文献

[1]尹克宁.变压器设计原理[M].北京:中国电力出版社,2003.

干式变压器优化设计论文 篇3

HNSB-II干式高压试验变压器

使

用

说

明

书

一、特点与用途

HNSB系列干式高压试验变压器引用国外八十年代最新技术，利用先进的生产设备，采用线圈绕组环氧真空浇注及ＣＤ型铁心的新工艺，和同类产品油浸式变压器相比，明显地降低重量，减少体积，在质量上提高了绝缘强度和抗湿程度，并有效地削弱了漏磁而大大加强了变压器随试验短路电流的冲击能力；本系列道路重量轻，体积小，造型美观，性能稳定，使用携带方便等优点。GTB系列干式高压试验变压器适用于电力系统的现场检测各种电气设备的绝缘性能试验，电器产品的直流耐压及泄漏电流试验，同时还可作其他需要交直流高压小电流的各种电气系统或装置中的高压电源。

二、技术指标：

１、阻抗电压：≤12 %； ２、输出电压波形：正弦波； ３、表面温升：<550Ｃ； ４、空载损耗：0.2%~0.35%；

三、主要技术参数-

四、控制箱（台）外部连接示意图

GTB试变控制箱

五、使用操作方法

１、接上操作箱（台）电源指示灯亮。

２、按启动按钮，运行指示灯亮（否则，即调压器未在零位，请将调压器手轮往逆时针方向旋至零位）表示可以进行试验操作。

３、顺时针转动调压器手轮，使调节速度2KV/S为佳，注视高压表升到所需的电压值，如在升压过程中被试品，发生击穿短路而过流时，过流继电器动作，自动切断电源。

４、如试验要求过流控制，则在操作前，事先将过流继电器，调整至试验所需的电源电流值，工作时电流继电器将会按试验要求进行过流保护。５、监测高压表的同时，可在仪表端采用外加接0.5级电压表监测。

六、设备保养

设备应置于干燥通风处保存，注意防潮防尘。

上海环能电气有限公司

地址：上海市徐汇区龙瑞路128弄17号 邮政编码：200231 E-mail:353589988@qq.com 网址：

电话：021-34240500***

干式变压器的应用探讨 篇4

1.1 损耗低、效率高

干式变压器是静止的感应电气设备, 硅钢片之间采用全斜接缝, 使得铁心和线圈之间的空间位置保持不变。内部的铁心为三相三柱式, 芯柱和铁轭净截面积相同。这样一种结构就使得干式变压器能够有效地利用电能。根据现行的国际变压器能耗标准来衡量, 干式变压器要比传统的变压器节能20%以上。

1.2 防潮性能较好

干式变压器可以在空气湿度达到95%以上的环境中正常运行, 且设备停运后不需要进行单独的除湿工作。但是对于不同湿度下的干式变压器的选择又是不尽相同的, 技术人员在进行干式变压器的设计选型的时候要充分考虑到这些因素, 并且对干式变压器的容量、最大电流量、最大电压以及适宜工作温度等要求进行选择。

1.3 无需辅助设施, 成本较低

干式变压器在电力系统中能够独立运行, 不需要配置单独的变压器室, 这就大大降低了电力系统的成本。同时干式变压器不需吊芯检修及承重梁, 这就为电力系统建设腾出空间来建设其他系统, 如电气信号监测系统、信号控制系统。

2 干式变压器应用分析———以广州市某国际机场为例

广州市某国际机场是华南地区核心枢纽机场, 也是我国重要的航空网络组成部分之一。由于该机场距离海岸较近, 空气湿度较大, 且温度较高。因此在进行电气网络设计时要注重通风散热性以及防护方式、温控方式, 降低变压器室的室内湿度。

2.1 干式变压器的基本电气特性分析

该国际机场在配电的变电站中的变压器采取的是干式变压器而不是油浸式变压器, 具体的线路布置以及接线方式如下图所示。

从电路分析可知, 变压器组在高压部分采取的是三角形绕组接线方式, 高压侧电压为35KV, 这一接线方式是提高线电压, 降低线电流;变压器组在低压部分采取的是星型绕组接线方式, 低压侧电压为10KV, 这一接线方式是提高线电流, 降低线电压。而采用星型绕组接线方式实现了中性点接零, 联结组为Dyn11, 接线相位为11点, 这也就是说三相电相位滞留角度为330°。其次, 为了提高整体电路运行的可靠性, 增加了差动电路保护装置、线路电流过载时的断电保护装置、温度保护装置以及过零保护装置, 这样就能够应对整体线路运行出现的问题。其中差动电路保护装置、线路电流过载时的断电保护装置是作用于跳闸, 避免因为电路电流异常而给线路带来负面的影响。同时考虑到高压侧与低压侧的不同, 跳闸开关分别采取高压侧35KV开关、低压侧10KV保护开关。10KV零流保护跳闸开关为变压器。

2.2 温控系统分析

3 结语

干式变压器在电气系统上有着广泛的运用, 在掌握干式变压器的电气特性的基础上, 进行干式变压器的设计选型, 从而使选择的干式变压器满足实际过程的需要。在电气系统建设中要重点考虑温度的影响, 采取有效的温度控制系统对干式变压器运行中的温度变化进行检测, 降低温度变化对干式变压器的能量损耗以及使用寿命的影响, 这对提高电力系统的稳定性具有重要意义。

摘要：干式变压器因其结构简单、维护方便、使用寿命长、阻燃性好等优点, 能够满足多种场合的要求, 因此在电力系统中有着较为广泛的运用。但是不同场合对于干式变压器的各方面要求也是不尽相同的, 应该结合具体电力系统进行研究。本文通过分析干式变压器的电气特性, 分析干式变压器的适用范围以及优缺点, 为干式变压器在电气系统中的应用提供参考。

关键词：干式变压器,电气系统,电气特性,适用范围

参考文献

[1]贾红琴, 孙育甲.干式变压器温度控制系统运行故障的分析处理[J].甘肃科技, 2011.