[发明专利]一种减少油浸式变压器绕组金属导体材料用量的优化方法

权利要求书

1.一种减少油浸式变压器绕组金属导体材料用量的优化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：获得油浸式变压器初始参数，所述的初始参数包括变压器容量、额定电压以及变压器内部部件的物理结构参数，基于有限元仿真软件建立变压器磁场-电路耦合仿真模型，获得绕组区域的磁场分布；

步骤2：根据变压器的低压和高压绕组的额定电流及材料参数，计算得到每匝导体的电阻损耗；根据步骤1获得的磁场分布，计算得到每匝导体的涡流损耗；导体的涡流损耗及电阻损耗之和为导体总损耗；

步骤3：分别建立低压和高压绕组区域的流场-温度场耦合仿真模型；通过材料参数设置、边界条件设置及网格剖分，并将步骤2中得到的导体损耗作为热源进行加载，分别获得低压和高压绕组区域的流场及温度场分布结果，相应地得到低压和高压绕组热点温度；

步骤4：基于响应面法的思想，采用“中心复合试验设计”作为试验设计方法，建立以低压绕组热点温度T_Lhs和高压绕组热点温度T_Hhs为响应量，以低压绕组宽度W_L、低压绕组绝缘筒内侧宽度W_Lin、低压绕组绝缘筒外侧宽度W_Lout、高压绕组宽度W_H和高压绕组绝缘筒内侧宽度W_Hin为输入变量的五因素五水平试验表格；

步骤5：基于步骤3建立的低压绕组和高压绕组流场-温度场耦合仿真模型的基础上，按照步骤4中的试验样本对各结构参数进行设置，所述的结构参数包括低压绕组热点温度T_Lhs和高压绕组热点温度T_Hhs为响应量，以低压绕组宽度W_L、低压绕组绝缘筒内侧宽度W_Lin、低压绕组绝缘筒外侧宽度W_Lout、高压绕组宽度W_H和高压绕组绝缘筒内侧宽度W_Hin；通过有限元法计算得到每组样本中低压和高压绕组热点温度并进行记录；

步骤6：在完成所有试验样本的低压和高压绕组热点温度计算后，通过最小二乘法分别建立起关于五个绕组结构参数与两个热点温度的二次回归方程，该二次回归方程即为反映结构参数与热点温度的响应面模型；

步骤7：以金属导体用量最小化作为目标函数，以低压和高压绕组热点温度不增加作为约束条件，对五个结构参数进行优化，最终获得使变压器金属导体材料用量减少且满足安全温升条件的绕组结构参数。

2.根据权利要求1所述的一种减少油浸式变压器绕组金属导体材料用量的优化方法，其特征在于：在步骤1中，在有限元仿真软件中建立二维轴对称物理模型，在此建模过程中，低压和高压绕组中每个线饼中的每匝导体均被设置为单个矩形截面；选取55℃-95℃温度区间的温度作为基准温度设置相应的材料电导率及磁化曲线；通过变压器的额定容量及额定电压，确定低压绕组及高压绕组中每匝导体流过的额定电流，最终建立起变压器的磁场-电路耦合仿真模型，得到低压和高压绕组的磁场分布情况。

3.根据权利要求2所述的一种减少油浸式变压器绕组金属导体材料用量的优化方法，其特征在于：在步骤2中，根据变压器低压和高压绕组的额定电流，结合导体的电阻率、横截面积及直径获得每匝导体的电阻损耗；根据步骤1所得的绕组区域磁场分布情况，获得低压及高压绕组中每匝导体的径向和轴向磁场磁通密度；结合导体的电阻率、导体的宽度和高度及工频，计算得到每匝导体的径向和轴向涡流损耗；径向及轴向涡流损耗之和即为导体总涡流损耗；将导体的电阻损耗及总涡流损耗相加，即得导体的总损耗。