干式变压器电磁优化设计软件

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软件程序流程图
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循环变量的选取 穷举法采用多重循环语句组成的嵌套式结构，
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组采用分段圆筒式结构比采用多层圆筒式结构方案 优化。 本软件对容量为 .""&’,、电压组合为 （(.$+/
+0） # -$(&’、联结组标号为 12!! 的变压器进行优化
设计。 高压绕组采用多层分段圆筒式， 低压绕组采用 两种不同结构计算结果比较见表!。
表! 低压绕组为分段圆筒式与多层圆筒式方案的比较
工计算的结果相比， 主要材料 （硅钢片和电磁线） 每
67’可节约894:8;元不等。本软件用8:4分钟就能完
成几十万个可行设计方案。该软件的开发可缩短变 压器开发周期， 提高设计效率， 提高产品在市场上的 竞争能力， 显著提高经济效益。 参考文献：
［8 ］ 崔立君， 张茂鲁， 张洪， 等 9 特种变压器理论与设计 ［< ］ 9 北京 = 科学技术文献出版社 >8..;9
+
小结
干式变压器的电磁优化设计软件，采用面向对
象的设计方法，其特点是：用 345678%$" 语言和 98:
第!期
陈秀菊、 王小恩、 陈世省： 干式变压器电磁优化设计软件
!"
结构清晰， 可移植性强； !"#$#%& ’!!($$ 数据库编制， 在 )*+,#-$./ 操作系统环境下运行， 实现多任务、 多 线程操作， 极大地提高了计算机的利用效率； 人机界 面友好，输入均使用可视化对话框，方便用户的使 用；输出结果可直接调用本公司现有计算单编制的 并直接显示打印供生产实践使用。 01!(2文件填写， 所开发的软件适用于额定容量在 34 55567’ 以 下的树脂浇注干式变压器的电磁优化设计，可进行 单规格设计、 序列设计和导变设计。设计结果与手
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其嵌套的层数就是循环变量的个数。合理选取循环 变量十分重要： 变量过多， 计算时间长； 变量过少， 则 难以得到真正的最优解。因此， 在编制本软件时， 通 常是将那些对变压器技术经济指标有重大影响的独 立变量作为循环变量。
!"#$%3553P58P84 （8.;4!） ， 女， 浙江黄岩人， 浙江三变科技有限公司工程师， 从事变压器设计与研究工作； &’()%陈秀菊 王小恩 （8.;S!） ， 女， 浙江嵊州人， 浙江三变科技有限公司工程师， 从事变压器工艺、 设计工作； 陈世省 （8.;4P） ， 男， 浙江三门人， 浙江三变科技有限公司主管工程师， 从事变压器设计与研究工作。
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优化设计的实现方法
设计方案的确定 用计算机进行变压器的电磁优化计算，不是象
设计人员那样有目标地去调整某一个变量的值， 而 是利用计算机计算速度快的特点，用穷举法将所有 可能解全部找出来。这种方法不仅不受函数连续性 的影响， 不会把最优解漏掉， 而且还可以兼顾工艺性 和经济性， 并可根据需要任意选择最优解的个数， 以 便在基本规格算出来之后， 配置导变方案。当然， 在 穷举过程中，并不是在任何情况下都让程序从头到 尾算一遍， 而是根据约束条件， 一旦发现不合理的因 素， 就将其舍弃。
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体选择哪种目标函数，设计人员可以根据当时的企 业和市场实际情况进行选取。 设计变量是一组能唯一确定一个设计方案的相 互独立的基本参量， 通常是一个!维的列相量。即" # （" $， …， 。 " %， " !）
在设计过程中选用了以下 * 个参量作为独立的 基本变量，而将其它一些参量化为它们的函数来考 虑。 这* 个独立变量是： （$ ） 铁心柱的直径； （% ） 低压绕 高压绕组的线规； （# ） 窗高； （* ） 低压绕 组的匝数； （+ ） 组的线规。
* """&’, 之 间 的 所 有 容 量 的 低 压 绕 组 采 用 多 层 圆 筒 式 和 分 段 圆 筒 式 。电 压 为 (+ # "$%&’ ， 容 量 在 +") * +""&’, 之间的所有容量的绕组结构同 !"#"$%&’产 品。 电压为(+# （()!"） 容量在."")*+ """&’,之间的 &’， 所有容量的绕组结构同!" （ # ()-） &’产品。计算中发 现 电 压 为 !" （ # ()-） &’、 (+ （ # ()!"） &’ 两 系 列 低 压 绕
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设计变量的选取 干式变压器设计是以制造成本最低、十年变电
成本最低为目标函数。 从理论上讲， 十年变电成本最 低是最理想的。 单从变压器厂的实际情况来看， 一般 把成本最低作为目标函数， 把损耗作为约束条件。 具
!"
第 !" 卷
间的所有容量规格。 序列设计指容量相同而高低压电压和联结组标 号不同的一系列变压器， 采用同一套模具进行设计。 导变设计是根据现有的模具，进行特殊规格套用设 计。 导变设计分为铁心套用计算、 高压套用计算和低 压套用计算三部分。铁心套用计算是按指定模具尺 寸， 使用原有的铁心， 对低压和高压绕组重新进行设 计。 高压套用计算是按指定模具尺寸， 使用原有的铁 心和高压绕组， 对低压绕组重新进行设计。 低压套用 计算是按指定模具尺寸，使用原有的铁心和低压绕 组， 对高压绕组重新进行设计。对于模具固定， 产品 形式却经常变化的干式变压器设计来说，具有实用 价值。 电磁计算中绕组计算是关键。本软件所设计的 高压绕组都是多层分段圆筒式。 电压为!" # "$%&’ ， 容 量在 (")* +""&’, 之间的所有容量的低压绕组采用 容量在(") 多层圆筒式和箔式。 电压为 !" （ # ()-） &’，
!
干式变压器的软件结构
本软件主要可实现干式变压器电磁优化计算部
分的功能， 该功能可分为可视化和计算两大部分。 其 中可视化部分实现了应用程序窗口的生成、文档的 打开和存储、 数据库的打开和显示、 计算单的绘制和 输出计算结果、多份计算单的前后浏览及版权对话 框的显示等功能。计算部分则根据实际设计变压器 的过程包含了!( 个计算模块和一个总体设计模块， 实现了干式变压器的电磁优化计算。软件总体框图 如图! 所示。
第 !" 卷
第#期 $%%$ 年 # 月
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干式变压器电磁优化设计软件
陈秀菊、 王小恩、 陈世省
（浙江三变科技股份有限公司! 浙江 三门 !"#"$$）
介绍了干式变压器电磁优化设计软件的功能和特点以及实现优化设计的方法。 摘要：
关键词： 干式变压器； 优化设计； 软件 中国分类号： !"#$% 文献标识码： & 文章编号： （%’’%） $’’$()#%* ’#(’’$+(’+
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分段圆筒式 优化 ! 优化 *
变压器容量 低压绕组结构 设计方案 空载电流 # 0 性 能 指 空载损耗 # ; 负载损耗 # ; 短路阻抗 # 0 低压绕组温升 # > 经 济 核 算 硅钢片重 # &? 铜线重 # &? 材料成本 # 元
.""&’,
多层圆筒式 优化 ! 优化 *
图!Leabharlann Baidu
! 概述
所谓优化设计，就是根据变压器的技术要求选 择设计参数， 使得设计方案既能满足设计要求， 又能 降低制造成本的最佳设计。电磁设计是变压器设计 的第一步，其目的是在满足产品各种性能指标的条 件下使经济指标最低。 为了达到这个目的， 电磁优化 设计显得十分重要。 由于人工计算的速度有限， 不可 能对多个不同的设计方案进行计算比较，也很难得 到设计要求和经济性两方面都兼顾的最优方案。由 于计算机的运算速度快， 存储信息多， 有很强的逻辑 判断能力，因此使用计算机进行电磁优化设计既可 以减少设计人员繁琐的重复劳动，提高设计人员的 工作效率，又能取得满足设计要求和经济性两者都 合理的方案。
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约束条件 按照干式变压器国家标准及用户提出的特殊要
求， 设计时将干式变压器的以下* 项主要技术指标作 为优化设计的指标约束条件： （$ ） 短路阻抗； （% ） 空载 损耗； （+ ） 负载损耗； （# ） 空载电流； （* ） 绕组温升。 除了考虑上述的几个主要性能约束条件外， 设 计过程中还需要考虑以下几个工艺结构约束： （$ ） 导 线线规宽厚比。在选择导线线规时，为绕制方便可 行， 需要对导线的宽厚比进行限制。 （% ） 不满层匝数。 考虑 +*./ 电压等级绕组梯度分布， 对绕组的不满层 匝数应加以控制。 （+ ） 包封厚度。在满足绝缘强度要 求的前提下， 考虑产品经济性。
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软件的功能和特点
本软件可以完成以下系列段变压器产品的单规
格、 序列和导变电磁优化设计： 电压为 $’ 0 ’,#./ ，容量在 +’1% *’’./& 之 间 的 所有容量规格； 电压为 $’ （ 0 +12） ./，容量在 +’1% ’’’./& 之间 的所有容量规格； 电压为 +* 0 ’,#./ ，容量在 *’1% *’’./& 之 间 的 所有容量规格； 电压为 +* （ 容量在 )’’1%* ’’’./& 之 0 +1$’） ./，
标 高压绕组温升 # >
%$*
计算结果的优选 计算出来的设计结果在满足短路阻抗等约束条
注： 硅钢片价格按 !% 元 # &? ， 铜线按 *. 元 # &? 计算。
件时， 应根据目标函数进行排序， 优选出%"个结果供 用户参考。
从表!可以看出， 低压绕组采用分段圆筒式比多 层圆筒式节省材料。 容量在.""&’,以上， 电压为(+ # （()!"） &’、 !" （ # ()-） &’的低压绕组一般采用分段圆 筒式。总之， 该软件具有实用性、 通用性、 可维护性、 可靠性、 开放性等特点。