[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

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，步驟為：獲得油浸式變壓器初始參數，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；計算得到每匝導體的電阻損耗和每匝導體的渦流損耗；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；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；建立五因素五水平試驗表格；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；以金屬導體用量最小化作為目標函數，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，從而達到降低了變壓器繞組金屬導體材料的用量目的。

技術領域

本發明屬于油浸式變壓器技術領域，特別涉及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。

背景技術

變壓器溫升是決定變壓器能否安全穩定工作的一個重要指標。在油浸式電力變壓器運行過程中，鐵心、繞組及結構件上均會產生損耗，這些損耗會轉變成熱能并在變壓器中通過冷卻油流進行散熱。因此，油浸式電力變壓器的溫升計算是一個計及電磁場、流場及溫度場的一個多物理場耦合問題。

大部分變壓器壽命的終結是因為其喪失了應有的絕緣能力，而絕緣能力主要取決于變壓器運行時的繞組最熱區域達到的溫度即繞組熱點溫度。熱點溫度作為影響變壓器絕緣壽命的最關鍵因素，在80～140℃的溫度區間，熱點溫度每上升6℃，變壓器的絕緣材料老化率增倍而壽命減半。而變壓器熱點溫度過低，將使得變壓器能力沒有得到充分利用，從而造成金屬材料的浪費，導致經濟上的損失。但是，如果要使導體的材料用量減小，將必然導致導體的損耗發生變化。因此，在滿足變壓器繞組溫升安全條件下實現導體金屬材料的用量減少成為了一個具有現實性意義的問題。

發明內容

鑒于背景技術所存在的技術問題，本發明所提供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，基于有限元仿真軟件建立油浸式變壓器電磁場-流場-溫度場耦合仿真模型，結合響應面技術，對變壓器低壓繞組、高壓繞組的結構參數進行優化，在保證低壓繞組及高壓繞組滿足熱點溫度不升高的情況下有效降低了變壓器繞組金屬導體材料的用量。

為了解決上述技術問題，本發明采取了如下技術方案來實現：

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，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即為導體總損耗；

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；