干式變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)
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所謂的電力變壓器，指的是通過將交流電源輸入后，依據(jù)一定技術(shù)，將其數(shù)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(yīng)用。截止21世紀(jì)初，我國的發(fā)電量就已躍居世界第二位，而通過變壓器產(chǎn)生的電量總數(shù)也早已經(jīng)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(jìn)，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(yōu)的變壓器。這其中抗燃性的干式變壓器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
1當(dāng)前行業(yè)背景介紹
事實(shí)上，現(xiàn)階段，在變壓器行業(yè)內(nèi)，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(chǎn)品的市場占有率，都會加大投資來提高產(chǎn)品的質(zhì)量，而這些投資涉及設(shè)計(jì)、性能、售后等眾多方面的技術(shù)改革工作。因此，通過當(dāng)前的計(jì)算機(jī)技術(shù)，達(dá)到優(yōu)化變壓器設(shè)計(jì)的課題是當(dāng)前電工行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的方向，相當(dāng)多的單位已經(jīng)開始大刀闊斧的自行投資研究，也正是計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展，才為我們對變壓器設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作提供更加便利的軟件和硬件環(huán)境。
2干式變壓器設(shè)計(jì)理論概述
2.1什么是干式變壓器的設(shè)計(jì)
從理論上來看，其實(shí)干式變壓器與傳統(tǒng)變壓器工作原理相同，其基本的結(jié)構(gòu)也十分的類似，這是因?yàn)樗鼈冎黧w部件鐵心采用的是相同的材料，事實(shí)上其實(shí)也就只有在絕緣材料、冷卻介質(zhì)材料的選擇上，二者存在不同。因此我們可以看到，其實(shí)干式變壓器與傳統(tǒng)油浸式變壓器在如何進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方面區(qū)別不大，唯一重大的不同體現(xiàn)在實(shí)際性能上，這是因?yàn)樵谟?jì)算的時(shí)候需要使用不一樣的方法。
2.2整體設(shè)計(jì)的原則
整體來看，有關(guān)干式變壓器的設(shè)計(jì)體現(xiàn)出以下特性與原則，那就是：多變量、非線性以及多目標(biāo)混合性等問題。在一個(gè)最優(yōu)化的數(shù)學(xué)理論中，多變性規(guī)劃問題雖然存有理論上的解法，但實(shí)際上它們大都要求存有著變量保持著連續(xù)，這樣一來，其實(shí)這就變成了變壓器優(yōu)化問的一個(gè)最為苛刻的限制條件。也導(dǎo)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(yōu)化，始終不可能達(dá)到一種全局的最優(yōu)化。
3優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)概括
3.1關(guān)于鐵心
首先來看，對于變壓器設(shè)計(jì)而言，鐵心柱直徑這一系數(shù)是其最基本的參考，這是考慮到鐵心的一旦確認(rèn)數(shù)值之后，也就相應(yīng)去確定了其繞組的內(nèi)徑的數(shù)值，以及確定了原、副繞組的匝數(shù)的數(shù)值，也就是說整個(gè)變壓器的主體性能就已經(jīng)被確認(rèn)了（包含尺寸）。另一方面，它的數(shù)值還直接關(guān)系到變壓器另一個(gè)重要的材料消耗數(shù)值——即銅鐵比，這也是對于一個(gè)變壓器優(yōu)化而言至關(guān)重要的考量因素。事實(shí)上，如何選擇一種合適的鐵心直徑，是有法可依的，大多數(shù)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(nèi)矩形截面，所以如果這個(gè)截面的級數(shù)越來越多的失手，那么事實(shí)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(gè)鐵心的一個(gè)空間填充系數(shù)，而這個(gè)系數(shù)才是我們在設(shè)計(jì)鐵心時(shí)要優(yōu)先認(rèn)真考量的。
3.2關(guān)于電壓比較核
其次，根據(jù)干式變壓器需要并聯(lián)運(yùn)行的情形，我們必須對并聯(lián)運(yùn)行的儀器之間的電壓比較核做出非常嚴(yán)格的要求。正是出于這樣的考量，我們在設(shè)計(jì)時(shí)就必須對計(jì)算出的高低壓繞組匝數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的核定，以確定電壓比較核是否超標(biāo)。在設(shè)計(jì)者，為了防止出現(xiàn)制造或者試驗(yàn)存有偏差而發(fā)生的危險(xiǎn)，我們在設(shè)計(jì)整體的計(jì)算時(shí)，要將預(yù)設(shè)的電壓比容許偏差數(shù)值縮小至一半，以保證一定的空間。
3.3關(guān)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(shè)計(jì)這種款型的時(shí)候，可以將電流的密度設(shè)定較高數(shù)值，以達(dá)到縮小變壓器的基本尺寸的目的。當(dāng)然，它也可以適用在溫升較高的情形，但是現(xiàn)在伴隨著NOMEX紙的廣泛應(yīng)用，事實(shí)上對于干式變壓器的絕緣技術(shù)來說，我們已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步。
3.4關(guān)于玻璃絲帶
最后，大體介紹以下玻璃絲帶，由于這種材質(zhì)的工藝上的先進(jìn)，使其擁有著卓越的化學(xué)、機(jī)械、以及物理性能?，F(xiàn)階段已經(jīng)非常廣泛地適用于各類電氣設(shè)備之中了。同理將其應(yīng)用到干式變壓器之中后，可以達(dá)到使電場分布更為均勻的預(yù)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(diǎn)，最終大大提高了變壓器運(yùn)行的可靠性。
4軟件方面的優(yōu)化
必須看到的是，這五年來有關(guān)干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，已經(jīng)得到了一定的重視，與之相配套的軟件開發(fā)同時(shí)也得到了很大程度的發(fā)展。事實(shí)上，雖然事實(shí)上現(xiàn)階段的眾多變壓器優(yōu)化軟件已經(jīng)面世，可問題在于它們的基本推廣并不到位，直接導(dǎo)致相當(dāng)多產(chǎn)品無法發(fā)揮出其應(yīng)有的功能。經(jīng)過調(diào)查研究顯示，設(shè)計(jì)軟件在我國變壓器設(shè)計(jì)應(yīng)用方面的數(shù)量絕對不容樂觀，截至2012年，連變壓器生產(chǎn)企業(yè)通過設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行操作的企業(yè)數(shù)量還不到一半，在這些并沒有采用的企業(yè)之中，部分企業(yè)表示聽說過這類設(shè)計(jì)軟件，但并不是很清楚自己到底應(yīng)不應(yīng)該使用，部分企業(yè)甚至都不知道原來變壓器設(shè)計(jì)還可以通過這樣的軟件來完成操作。不得不承認(rèn)，在我國，傳統(tǒng)老化的設(shè)計(jì)方法還在變壓器設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)的地位，這其中能夠折射出我國這一領(lǐng)域的整體水平問題。據(jù)此，我們必須對變壓器的相關(guān)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行充分的認(rèn)識。
結(jié)語
綜上所述，出于對干式變壓器優(yōu)良品質(zhì)的綜合考量，在當(dāng)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(nèi)產(chǎn)品的國際生存能力，但是我們也要認(rèn)識到，目前我國絕大大工廠的設(shè)計(jì)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。
作者：劉利艷 單位：天津天能變壓器有限公司