[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

说明书

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，步骤为：获得油浸式变压器初始参数，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；计算得到每匝导体的电阻损耗和每匝导体的涡流损耗；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；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；建立五因素五水平试验表格；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；以金属导体用量最小化作为目标函数，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，从而达到降低了变压器绕组金属导体材料的用量目的。

技术领域

本发明属于油浸式变压器技术领域，特别涉及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。

背景技术

变压器温升是决定变压器能否安全稳定工作的一个重要指标。在油浸式电力变压器运行过程中，铁心、绕组及结构件上均会产生损耗，这些损耗会转变成热能并在变压器中通过冷却油流进行散热。因此，油浸式电力变压器的温升计算是一个计及电磁场、流场及温度场的一个多物理场耦合问题。

大部分变压器寿命的终结是因为其丧失了应有的绝缘能力，而绝缘能力主要取决于变压器运行时的绕组最热区域达到的温度即绕组热点温度。热点温度作为影响变压器绝缘寿命的最关键因素，在80～140℃的温度区间，热点温度每上升6℃，变压器的绝缘材料老化率增倍而寿命减半。而变压器热点温度过低，将使得变压器能力没有得到充分利用，从而造成金属材料的浪费，导致经济上的损失。但是，如果要使导体的材料用量减小，将必然导致导体的损耗发生变化。因此，在满足变压器绕组温升安全条件下实现导体金属材料的用量减少成为了一个具有现实性意义的问题。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供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，基于有限元仿真软件建立油浸式变压器电磁场-流场-温度场耦合仿真模型，结合响应面技术，对变压器低压绕组、高压绕组的结构参数进行优化，在保证低压绕组及高压绕组满足热点温度不升高的情况下有效降低了变压器绕组金属导体材料的用量。

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

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，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即为导体总损耗；

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；