干式變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)

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所謂的電力變壓器，指的是通過將交流電源輸入后，依據(jù)一定技術(shù)，將其數(shù)值變高或變低，在任何電能整合配送的場合，變壓器顯然都有著重大的應(yīng)用。截止21世紀(jì)初，我國的發(fā)電量就已躍居世界第二位，而通過變壓器產(chǎn)生的電量總數(shù)也早已經(jīng)超過了200億kVh。因此，隨著世界人口的不斷膨脹，隨著人們生活水平提高，對用電量的不斷增進(jìn)，隨著更高更為科技感的建筑的不斷落成，我們更加需要一種性能優(yōu)的變壓器。這其中抗燃性的干式變壓器是一個不錯的選擇。

1當(dāng)前行業(yè)背景介紹

事實(shí)上，現(xiàn)階段，在變壓器行業(yè)內(nèi)，國際市場上的競爭壓力是異常慘烈的，眾多國際廠商為了加大自己產(chǎn)品的市場占有率，都會加大投資來提高產(chǎn)品的質(zhì)量，而這些投資涉及設(shè)計(jì)、性能、售后等眾多方面的技術(shù)改革工作。因此，通過當(dāng)前的計(jì)算機(jī)技術(shù)，達(dá)到優(yōu)化變壓器設(shè)計(jì)的課題是當(dāng)前電工行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的方向，相當(dāng)多的單位已經(jīng)開始大刀闊斧的自行投資研究，也正是計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展，才為我們對變壓器設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作提供更加便利的軟件和硬件環(huán)境。

2干式變壓器設(shè)計(jì)理論概述

2.1什么是干式變壓器的設(shè)計(jì)

從理論上來看，其實(shí)干式變壓器與傳統(tǒng)變壓器工作原理相同，其基本的結(jié)構(gòu)也十分的類似，這是因?yàn)樗鼈冎黧w部件鐵心采用的是相同的材料，事實(shí)上其實(shí)也就只有在絕緣材料、冷卻介質(zhì)材料的選擇上，二者存在不同。因此我們可以看到，其實(shí)干式變壓器與傳統(tǒng)油浸式變壓器在如何進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方面區(qū)別不大，唯一重大的不同體現(xiàn)在實(shí)際性能上，這是因?yàn)樵谟?jì)算的時候需要使用不一樣的方法。

2.2整體設(shè)計(jì)的原則

整體來看，有關(guān)干式變壓器的設(shè)計(jì)體現(xiàn)出以下特性與原則，那就是：多變量、非線性以及多目標(biāo)混合性等問題。在一個最優(yōu)化的數(shù)學(xué)理論中，多變性規(guī)劃問題雖然存有理論上的解法，但實(shí)際上它們大都要求存有著變量保持著連續(xù)，這樣一來，其實(shí)這就變成了變壓器優(yōu)化問的一個最為苛刻的限制條件。也導(dǎo)致了這些方法不論如何也就僅僅只能尋求到局部的相對優(yōu)化，始終不可能達(dá)到一種全局的最優(yōu)化。

3優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)概括

3.1關(guān)于鐵心

首先來看，對于變壓器設(shè)計(jì)而言，鐵心柱直徑這一系數(shù)是其最基本的參考，這是考慮到鐵心的一旦確認(rèn)數(shù)值之后，也就相應(yīng)去確定了其繞組的內(nèi)徑的數(shù)值，以及確定了原、副繞組的匝數(shù)的數(shù)值，也就是說整個變壓器的主體性能就已經(jīng)被確認(rèn)了（包含尺寸）。另一方面，它的數(shù)值還直接關(guān)系到變壓器另一個重要的材料消耗數(shù)值——即銅鐵比，這也是對于一個變壓器優(yōu)化而言至關(guān)重要的考量因素。事實(shí)上，如何選擇一種合適的鐵心直徑，是有法可依的，大多數(shù)情形我們都可以按照書中所述的方法：如按照容量、短路阻抗、損耗值等。再者，考慮到普通變壓器的鐵心是以薄硅鋼片迭成的多級圓內(nèi)矩形截面，所以如果這個截面的級數(shù)越來越多的失手，那么事實(shí)上它的就會越來越接近圓面積，我們基本會把多級矩形的幾何截面積與圓面積之比視作這個鐵心的一個空間填充系數(shù)，而這個系數(shù)才是我們在設(shè)計(jì)鐵心時要優(yōu)先認(rèn)真考量的。

3.2關(guān)于電壓比較核

其次，根據(jù)干式變壓器需要并聯(lián)運(yùn)行的情形，我們必須對并聯(lián)運(yùn)行的儀器之間的電壓比較核做出非常嚴(yán)格的要求。正是出于這樣的考量，我們在設(shè)計(jì)時就必須對計(jì)算出的高低壓繞組匝數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的核定，以確定電壓比較核是否超標(biāo)。在設(shè)計(jì)者，為了防止出現(xiàn)制造或者試驗(yàn)存有偏差而發(fā)生的危險，我們在設(shè)計(jì)整體的計(jì)算時，要將預(yù)設(shè)的電壓比容許偏差數(shù)值縮小至一半，以保證一定的空間。

3.3關(guān)于絕緣材料

再次，對于某些種類的干式變壓器如F級干式變壓器來說，因其平均的溫升相比普通型號的或高出兩成左右，因此在設(shè)計(jì)這種款型的時候，可以將電流的密度設(shè)定較高數(shù)值，以達(dá)到縮小變壓器的基本尺寸的目的。當(dāng)然，它也可以適用在溫升較高的情形，但是現(xiàn)在伴隨著NOMEX紙的廣泛應(yīng)用，事實(shí)上對于干式變壓器的絕緣技術(shù)來說，我們已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步。

3.4關(guān)于玻璃絲帶

最后，大體介紹以下玻璃絲帶，由于這種材質(zhì)的工藝上的先進(jìn)，使其擁有著卓越的化學(xué)、機(jī)械、以及物理性能?，F(xiàn)階段已經(jīng)非常廣泛地適用于各類電氣設(shè)備之中了。同理將其應(yīng)用到干式變壓器之中后，可以達(dá)到使電場分布更為均勻的預(yù)期效果，這樣就可以縮小我們需要的絕緣尺寸大小，就避免了一直以來電場的過分集中的缺點(diǎn)，最終大大提高了變壓器運(yùn)行的可靠性。

4軟件方面的優(yōu)化

必須看到的是，這五年來有關(guān)干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，已經(jīng)得到了一定的重視，與之相配套的軟件開發(fā)同時也得到了很大程度的發(fā)展。事實(shí)上，雖然事實(shí)上現(xiàn)階段的眾多變壓器優(yōu)化軟件已經(jīng)面世，可問題在于它們的基本推廣并不到位，直接導(dǎo)致相當(dāng)多產(chǎn)品無法發(fā)揮出其應(yīng)有的功能。經(jīng)過調(diào)查研究顯示，設(shè)計(jì)軟件在我國變壓器設(shè)計(jì)應(yīng)用方面的數(shù)量絕對不容樂觀，截至2012年，連變壓器生產(chǎn)企業(yè)通過設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行操作的企業(yè)數(shù)量還不到一半，在這些并沒有采用的企業(yè)之中，部分企業(yè)表示聽說過這類設(shè)計(jì)軟件，但并不是很清楚自己到底應(yīng)不應(yīng)該使用，部分企業(yè)甚至都不知道原來變壓器設(shè)計(jì)還可以通過這樣的軟件來完成操作。不得不承認(rèn)，在我國，傳統(tǒng)老化的設(shè)計(jì)方法還在變壓器設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)的地位，這其中能夠折射出我國這一領(lǐng)域的整體水平問題。據(jù)此，我們必須對變壓器的相關(guān)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行充分的認(rèn)識。

結(jié)語

綜上所述，出于對干式變壓器優(yōu)良品質(zhì)的綜合考量，在當(dāng)前干式變壓器擁有這光明市場前景的情況下，我們必須提高國內(nèi)產(chǎn)品的國際生存能力，但是我們也要認(rèn)識到，目前我國絕大大工廠的設(shè)計(jì)水平依然停留較低級的水平之中，這是我們亟需解決的問題。

作者：劉利艷 單位：天津天能變壓器有限公司