[發明專利]一種減少油浸式變壓器繞組金屬導體材料用量的優化方法

在審

• 申請號: 202111308023.5
• 申請日: 2021-11-05
• 公開（公告）號: CN114021407A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 袁發庭;楊文韜;劉健犇;周兵;王玥;韓毅凜;姜發
• 申請（專利權）人: 三峽大學;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/06;G06F119/08
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 高陽

1.一種減少油浸式變壓器繞組金屬導體材料用量的優化方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：獲得油浸式變壓器初始參數，所述的初始參數包括變壓器容量、額定電壓以及變壓器內部部件的物理結構參數，基于有限元仿真軟件建立變壓器磁場-電路耦合仿真模型，獲得繞組區域的磁場分布；

步驟2：根據變壓器的低壓和高壓繞組的額定電流及材料參數，計算得到每匝導體的電阻損耗；根據步驟1獲得的磁場分布，計算得到每匝導體的渦流損耗；導體的渦流損耗及電阻損耗之和為導體總損耗；

步驟3：分別建立低壓和高壓繞組區域的流場-溫度場耦合仿真模型；通過材料參數設置、邊界條件設置及網格剖分，并將步驟2中得到的導體損耗作為熱源進行加載，分別獲得低壓和高壓繞組區域的流場及溫度場分布結果，相應地得到低壓和高壓繞組熱點溫度；

步驟4：基于響應面法的思想，采用“中心復合試驗設計”作為試驗設計方法，建立以低壓繞組熱點溫度T_Lhs和高壓繞組熱點溫度T_Hhs為響應量，以低壓繞組寬度W_L、低壓繞組絕緣筒內側寬度W_Lin、低壓繞組絕緣筒外側寬度W_Lout、高壓繞組寬度W_H和高壓繞組絕緣筒內側寬度W_Hin為輸入變量的五因素五水平試驗表格；

步驟5：基于步驟3建立的低壓繞組和高壓繞組流場-溫度場耦合仿真模型的基礎上，按照步驟4中的試驗樣本對各結構參數進行設置，所述的結構參數包括低壓繞組熱點溫度T_Lhs和高壓繞組熱點溫度T_Hhs為響應量，以低壓繞組寬度W_L、低壓繞組絕緣筒內側寬度W_Lin、低壓繞組絕緣筒外側寬度W_Lout、高壓繞組寬度W_H和高壓繞組絕緣筒內側寬度W_Hin；通過有限元法計算得到每組樣本中低壓和高壓繞組熱點溫度并進行記錄；

步驟6：在完成所有試驗樣本的低壓和高壓繞組熱點溫度計算后，通過最小二乘法分別建立起關于五個繞組結構參數與兩個熱點溫度的二次回歸方程，該二次回歸方程即為反映結構參數與熱點溫度的響應面模型；

步驟7：以金屬導體用量最小化作為目標函數，以低壓和高壓繞組熱點溫度不增加作為約束條件，對五個結構參數進行優化，最終獲得使變壓器金屬導體材料用量減少且滿足安全溫升條件的繞組結構參數。

2.根據權利要求1所述的一種減少油浸式變壓器繞組金屬導體材料用量的優化方法，其特征在于：在步驟1中，在有限元仿真軟件中建立二維軸對稱物理模型，在此建模過程中，低壓和高壓繞組中每個線餅中的每匝導體均被設置為單個矩形截面；選取55℃-95℃溫度區間的溫度作為基準溫度設置相應的材料電導率及磁化曲線；通過變壓器的額定容量及額定電壓，確定低壓繞組及高壓繞組中每匝導體流過的額定電流，最終建立起變壓器的磁場-電路耦合仿真模型，得到低壓和高壓繞組的磁場分布情況。

3.根據權利要求2所述的一種減少油浸式變壓器繞組金屬導體材料用量的優化方法，其特征在于：在步驟2中，根據變壓器低壓和高壓繞組的額定電流，結合導體的電阻率、橫截面積及直徑獲得每匝導體的電阻損耗；根據步驟1所得的繞組區域磁場分布情況，獲得低壓及高壓繞組中每匝導體的徑向和軸向磁場磁通密度；結合導體的電阻率、導體的寬度和高度及工頻，計算得到每匝導體的徑向和軸向渦流損耗；徑向及軸向渦流損耗之和即為導體總渦流損耗；將導體的電阻損耗及總渦流損耗相加，即得導體的總損耗。