澆注式干式變壓器電磁優化設計

摘要：對于澆注式干式變壓器而言，電磁優化的設計至關重要，甚至直接影響到了變壓器的制作成本。由于近年來資源短缺的問題越來越嚴重，原材料成本的逐漸攀升使得變壓器的價格也越來越高，這就在一定程度上限制了變壓器的發展。隨著新時代經濟觀念的發展與普及，澆注式干式變壓器的電磁優化設計需要滿足的條件越來越多。基于此，本文將圍繞澆注式干式變壓器的電磁優化設計展開探討。

關鍵詞：澆注式;變壓器;電磁優化

引言：變壓器是保障用電安全的必要設備之一，但我國在上世紀對變壓器的關注程度有限，因此彼時裝設于電力系統中的變壓器很少配置配套的保護措施，也就導致安全隱患的存在。對于變壓器而言，其價格與電磁優化的設計水平有直接關系，因而各類變壓器的電磁優化設計逐漸得到重視，這其中也包括澆注式干式變壓器。但由于原材料價位不斷上漲造成生產商利潤縮減，致使他們不具備深入研究變壓器電磁優化設計的經濟能力，也就使得澆注式干式變壓器電磁優化設計的發展陷入停滯。

1.確定電磁優化方案

1.1確定設計方案

電磁優化在進行計算時需要依賴計算機技術強大的計算能力，在極短時間內就能夠找到問題所有的可能解，通過窮舉法找到的可能解很大程度上確保了求解過程不會出現遺漏，也不會因函數數值的連續性受到影響，這就意味著工藝的流程化及實用性均得到了可靠保障。當需要計算基本規格時，可應用最優解個數隨意進行選擇，在配置了合適方案的前提下，選擇程序時將不需要再逐個進行計算，直接舍棄不合適的內容即可。

1.2深入分析約束條件

澆注式干式變壓器電磁優化設計受五方面技術指標約束，這五方面技術指標包括：高低壓繞組升溫狀態、短路狀態下承受的阻抗、線規的寬厚比、空載損耗、負載損耗、沖擊電壓。通常情況下高低壓繞組會受到接法、纏繞數量的約束，其中接法的具體應用需根據具體情況進行設計（比如客戶要求的尺寸及形狀），之后還要注意線繞的狀態，是否需要風道及風道的直徑等。由于壓繞組通常以階梯式分布，因此還要控制好匝數[1]。除此之外，對設備硅鋼片的厚度及性能也應加以重視，應嚴格控制電磁線的規格及絕緣元件的絕緣系數;變壓器負載損耗與空載損耗會產生一定噪音，而當今社會對噪音的分貝與影響也是有相應規范的。

1.3選取設計變量

澆注式干式變壓器及其它變壓器利潤的下降，使得變壓器廠商在確定電磁優化方案的過程中，更重視從實際情況出發。從函數角度來說，變壓器廠商應以盡可能壓低成本為目標函數，由相關設計人員及開發人員綜合考慮廠商的經濟狀況、市場的準入情況等因素進行設計。在基本設計過程中應做好單獨基本變量的選取，可供選取的單獨變量包括高低壓繞組的線規、低壓組的匝數、鐵心柱的直徑等要素。

1.4選取循環變量

由于澆注式干式變壓器電磁優化的設計會用到窮舉法，由此得出的變壓器結構具有嵌套式特征，此時循環變量的個數直接決定了其設計層數，而變量的多少及變涼時間長短均會影響到最優解的出現。考慮到這種情況，設計人員在設計過程中應使澆注式干式變壓器的單獨變量轉向循環變量。

2.具體設計過程

澆注式干式變壓器的結構組成涉及的內容相當復雜，因而具有不確定性，尤其是電磁結構與電磁關系之間的情況更加繁復。因此，在建立設計模型時要確認設計過程中會出現的所有變量，包括鐵心窗高、鐵心直徑、磁鐵密度、匝電壓、中心距、繞組匝數、導線厚度、導線寬度等，而后根據輸入的內容運用電腦計算其內模與外模;鐵心直徑的獲取需要依據購買時提供的原材料參考數據進行計算求得;匝數則需要在計算出以后做好控制，以免匝數產生變化;之后找出最合適的高壓繞組及低壓繞組;做好窗高及阻抗的計算工作。在上述工作完成之后，可根據計算得出的結果，結合以往的經驗制定初步設計方案，完成初步設計方案的制定之后，要對方案中的參數進行核對與調校，減少參數之間出現沖突的可能性，盡量使設計內容相互協調。最后再根據客戶的需求及功能要求，對方案進行針對性的調整。

考慮到當前主流的澆注式干式變壓器，其電磁優化設計在高壓部分依然采用原本的鐵心與高壓繞組結合的方式，針對高壓部分的重新設計會涉及到大量內容，且無法有效保證重新設計后的穩定性，因此重新設計的重點應放在低壓繞組上，對兩種繞組的重新設計在技術上具有截然相反的特性，而繞組相關數據（線圈數、方向等）直接影響到電磁優化的效果，因此對其數據的核查十分重要[2]。當前常見的繞組設計會使其常規容量保持在一個固定的范圍內，這樣能保證相關數據的呈現方式相對簡潔，其計算過程也較為簡單。在應用軟件測算過所有方案之后，對方案成本以固定的方式排序，綜合對比其成本及實現的性能，以得出最優方案的性價比，這就能夠方便設計人員對比不同的設計結果，對提升設計工作的效率有很大幫助。

在設計方法上要明確的是，僅依靠人力來進行澆注式干式變壓器的電磁優化設計是不現實的，因為設計過程中會涉及到內容相當繁瑣的計算過程，包括各種元件的規格參數、變壓器內部的電壓變化情況、負載損耗、空載損耗、匝數、阻抗、方案的可行性乃至變壓器本身的重量或成本等。因此，在設計過程中勢必要用到電磁優化方案設計軟件。通常情況下一些設計軟件本身能連接到網絡上的干式變壓器設計原則庫，以原則庫為參照，能避免設計過程中的一些常見問題（如局放過大、升溫速率高、絕緣距離不足等），從而使電磁優化設計具備更高的合理性。在具體設計過程中，為了使成本得到有效控制，還可采取應用軟件建立元件數據庫的方法。元件數據庫內的數據包括內、外模模具及電磁線線規等元件參數，只要依照這些參數進行設計，就能以已有的模具、線規規格參數進行設計，不僅使變壓器電磁優化設計流程更加高效，在生產上也因為確認了相應規格而更加方便。

設計過程中選用參考數據時，要了解到絕大多數參考數據均是前人設計師經驗的總結，在大方向及整體上是可靠的，但也要將社會發展的因素考慮進去。由于社會發展導致了一部分材料及用電規格的變化，因此盡管前輩們的經驗能保證方向性與整體性，但在細節問題上還需要當代設計人員自行探索，靈活運用各種方法進行分析、查找并制定相應的解決策略，如針對噪音問題、升溫問題，這些問題就可以通過現代測算技術進行相關數據的測量，并將之與國家規定的標準進行對比，如果不符合國家相關規定及標準，那么就需要重新進行設計。

結語：結合上述內容來看，對澆注式干式變壓器電磁優化的設計，在一定程度上是為了降低變壓器本身的生產成本，提升變壓器的質量，并使變壓器本身擁有更加強大的性能。通常情況下澆注式干式變壓器電磁優化的設計會需要用到軟件，因此設計過程中需要強化對設計軟件的應用，以實現控制成本、減少人力支出及提升生產效率的設計目的。

參考文獻：

[1] 周苑良.關于澆注式干式變壓器電磁優化設計探討[J].科技風.2018，（14）：191.

[2] 賴夏生.關于澆注式干式變壓器電磁優化設計探討[J].華東科技：學術版.2017，（7）：200.

作者簡介

胡江濤（1979.5.12），性別：男;籍貫：湖北;民族：漢;學歷：本科、學士;職稱：工程師;研究方向：干式變壓器設計與制造