干式變壓器優化設計研究

劉利艷（天津天能變壓器有限公司，天津 300402）

干式變壓器優化設計研究

劉利艷
（天津天能變壓器有限公司，天津 300402）

眾所周知，目前干式變壓器正處在一個行業競爭急速擴張的非常時期，盡管如此，我國國內的相當部分干式變壓器的設計生產公司依然還保存著人工手工智能的低級階段，這種制作帶來的直接后果就是在設計成果上的高成本，并且無法保證所做出的方案是最為合適的。據此，本文特意針對干式變壓器的特點進行了整理概括，并據此整合出了一套對其進行優化設計的方案。

干式變壓器；優化設計；預期效果

所謂的電力變壓器，指的是通過將交流電源輸入后，依據一定技術，將其數值變高或變低，在任何電能整合配送的場合，變壓器顯然都有著重大的應用。截止21世紀初，我國的發電量就已躍居世界第二位，而通過變壓器產生的電量總數也早已經超過了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，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 當前行業背景介紹

事實上，現階段，在變壓器行業內，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品的市場占有率，都會加大投資來提高產品的質量，而這些投資涉及設計、性能、售后等眾多方面的技術改革工作。因此，通過當前的計算機技術，達到優化變壓器設計的課題是當前電工行業重點發展的方向，相當多的單位已經開始大刀闊斧的自行投資研究，也正是計算機飛速發展，才為我們對變壓器設計的優化工作提供更加便利的軟件和硬件環境。

2 干式變壓器設計理論概述

2.1 什么是干式變壓器的設計

從理論上來看，其實干式變壓器與傳統變壓器工作原理相同，其基本的結構也十分的類似，這是因為它們主體部件鐵心采用的是相同的材料，事實上其實也就只有在絕緣材料、冷卻介質材料的選擇上，二者存在不同。因此我們可以看到，其實干式變壓器與傳統油浸式變壓器在如何進行優化設計的方面區別不大，唯一重大的不同體現在實際性能上，這是因為在計算的時候需要使用不一樣的方法。

2.2 整體設計的原則

整體來看，有關干式變壓器的設計體現出以下特性與原則，那就是：多變量、非線性以及多目標混合性等問題。在一個最優化的數學理論中，多變性規劃問題雖然存有理論上的解法，但實際上它們大都要求存有著變量保持著連續，這樣一來，其實這就變成了變壓器優化問的一個最為苛刻的限制條件。也導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化，始終不可能達到一種全局的最優化。

3 優化設計要點概括

3.1 關于鐵心

首先來看，對于變壓器設計而言，鐵心柱直徑這一系數是其最基本的參考，這是考慮到鐵心的一旦確認數值之后，也就相應去確定了其繞組的內徑的數值，以及確定了原、副繞組的匝數的數值，也就是說整個變壓器的主體性能就已經被確認了（包含尺寸）。另一方面，它的數值還直接關系到變壓器另一個重要的材料消耗數值——即銅鐵比，這也是對于一個變壓器優化而言至關重要的考量因素。事實上，如何選擇一種合適的鐵心直徑，是有法可依的，大多數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矩形截面，所以如果這個截面的級數越來越多的失手，那么事實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，而這個系數才是我們在設計鐵心時要優先認真考量的。

3.2 關于電壓比較核

其次，根據干式變壓器需要并聯運行的情形，我們必須對并聯運行的儀器之間的電壓比較核做出非常嚴格的要求。正是出于這樣的考量，我們在設計時就必須對計算出的高低壓繞組匝數進行嚴格的核定，以確定電壓比較核是否超標。在設計者，為了防止出現制造或者試驗存有偏差而發生的危險，我們在設計整體的計算時，要將預設的電壓比容許偏差數值縮小至一半，以保證一定的空間。

3.3 關于絕緣材料

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，因此在設計這種款型的時候，可以將電流的密度設定較高數值，以達到縮小變壓器的基本尺寸的目的。當然，它也可以適用在溫升較高的情形，但是現在伴隨著NOMEX紙的廣泛應用，事實上對于干式變壓器的絕緣技術來說，我們已經取得了相當的進步。

3.4 關于玻璃絲帶

最后，大體介紹以下玻璃絲帶，由于這種材質的工藝上的先進，使其擁有著卓越的化學、機械、以及物理性能。現階段已經非常廣泛地適用于各類電氣設備之中了。同理將其應用到干式變壓器之中后，可以達到使電場分布更為均勻的預期效果，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，最終大大提高了變壓器運行的可靠性。

4 軟件方面的優化

必須看到的是，這五年來有關干式變壓器的優化設計，已經得到了一定的重視，與之相配套的軟件開發同時也得到了很大程度的發展。事實上，雖然事實上現階段的眾多變壓器優化軟件已經面世，可問題在于它們的基本推廣并不到位，直接導致相當多產品無法發揮出其應有的功能。經過調查研究顯示，設計軟件在我國變壓器設計應用方面的數量絕對不容樂觀，截至2012年，連變壓器生產企業通過設計軟件來進行操作的企業數量還不到一半，在這些并沒有采用的企業之中，部分企業表示聽說過這類設計軟件，但并不是很清楚自己到底應不應該使用，部分企業甚至都不知道原來變壓器設計還可以通過這樣的軟件來完成操作。不得不承認，在我國，傳統老化的設計方法還在變壓器設計領域占據著主導的地位，這其中能夠折射出我國這一領域的整體水平問題。據此，我們必須對變壓器的相關的軟件系統進行充分的認識。

結語

綜上所述，出于對干式變壓器優良品質的綜合考量，在當前干式變壓器擁有這光明市場前景的情況下，我們必須提高國內產品的國際生存能力，但是我們也要認識到，目前我國絕大大工廠的設計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。

[1]廖瑞金.基于集對分析和證據理論融合的變壓器內絕緣狀態評估方法[J].高電壓技術，2014（02）.

[2]鄭含博.基于部件劃分和熵權的變壓器絕緣狀態評估策略（英文）[J].高電壓技術，2013（08）.

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