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摘要：我国干式变压器和油浸变压器的优化设计，是社会进步发展的必然选择。本文根据我国目前使用的干式变压器以及油浸变压器的特点，结合最新的科学技术，优化变压器的系统，并且对设计内容进行研究和阐述。
关键词：干式变压器；油浸式变压器；优化设计
1. 干式和油浸式变压器优化的原因
变压器是电力系统的重要组成部分，其工作效率、工作能耗、生产成本是影响电力系统运行效率、运行线损、运行成本的关键。当前我国电力系统中干式和油浸式变压器占有极高比例，因此采用计算机辅助设计和最优化方法对上述两种变压器进行优化设计具有鲜明的显示意义。
2. 干式和油浸式变压器优化设计理念
我国较早使用的变压器系统设计工具是CAD。随着社会和科技的不断发展，CAD系统和技术也在不断地研发，加快了变压器的改革和优化进程。同时电力需求的增加，远距离、跨区域输变电工程大力建设发展，对变压器的要求也越来越高。所以我国需要优化变压器，我们秉承的理念是节约材料，，力求科学与自然地融合，提高干式变压器和油浸变压器的工作效率，实现远距离低损耗输电以及环境保护的目的。
3. 干式和油浸式变压器优化设计分析以及方法
3.1 干式和油浸式变压器优化设计分析
3.1.1 变压器优化设计使用工具
变压器的结构和系统比较复杂，尤其传统的变压器设计方法，其中的数据是分散式的，并不集中，对于变压器的控制和管理，以及设计都十分的不利。“工欲利其事，必先利其器”，所以想要优化变压器的设计方法，首先需要确定设计变压器的工具，使用正确的变压器设计工具，能够有效的提高变压器的设计效率，利用UML语言，以及变压器数据计算和IE型电源变压器自动设计软件，根据变压器系统的特点，以及数据模型的支持，可以制作有关数据计算的软件，体改手工计算。比如编制一个程序和公式，通过计算机，把电磁计算等流程的过程简化，加快计算效率和准确率。
3.1.2 变压器优化设计的理论依据
决定变压器性能的参数主要涉及电、磁、热以及结构，也就是说，变压器的优化也是根据这几方面来决定的。只要能够设计出这几方面的优化计划，就可以改变现有的变压器的系统和结构。因此，新型的变压器首先需要确定计算公式，根据计算公式来确定需要修改的参数和标准值，然后根据电、磁、热以及结构四方面理论，加入节能低碳等约束条件等，设置相关的离散型数值。因为变压器设计本身的特点，虽然设计系统使用的数值比较分散，但是在系统的管理之下，可以确定变压器系统使用的标准值，比如圆形铁心柱直径，就可以通过现有的系统进行计算得到。使用的公式为
通过公式可以知道，f(x)为目标函数，其中，变量为x1,x2,......xn,其中gi(x)为约束条件，首先需要根据约束条件，控制变压器的材料选择，这样能够改变变压器的工作功率。其中，约束条件就是技术性指标，也就是说，是硬性指标，该指标包括变压器的电压比，阻抗电压、空载耗损、空载电流只有变压器达到一定的标准，才能为商户和居民提供高质量的电能。比如，变压器的电阻比，主要是根据电阻率来计算的，即ρ=RS/L。常用单位几种金属导体及其在20℃时的电阻率 (Ω m) 为铜 1.75 × 10-8 ，铝 2.83 × 10-8 ，铁 9.78 × 10-8 。同种材料导电能力是和截面积成正比，与长度成反比。选择不同的变压器材质，对变压器的性能会产生不同的影响。
其次是材料性能约束，也就是说，变压器在设计的过程中，材料的选择需要满足国家和国际的标准。材料的性能不能影响到变压器的技术性能，选择的绝缘物质，也不能发生导电。不同绝缘材料的特性不同，其需要的电阻值以及绕组温升的值也不同，只有确定其范围，才能在保证变压器的设计优化更加合理科学。变压器的铜耗与铁耗与自身的材质是有关系的。在材料上的优化上，如果选择非晶态磁性材料，这种变压器能够大幅度的降低电损和涡损。
3.2.2 优化变压器设计原理图
由图可知，优化变压器设计原理图，能够提高变压器的使用功率和效率。该图主要描述了变压器优化的过程的原理。使用的原理图是电压磁芯的损耗与频率之间的关系。通过图1可以发现，变压器优化的过程中，就是利用不同的磁芯，来判断不同的电压频率，从而根据频率的变化，计算出变压器的温度的变化，因此，优化变压器的原理图，主要依据的原理就是电压磁芯与频率之间的关系。通过图1可以知道，如果变压器磁芯工作在达MHz频率时，剩余的磁芯的损耗占据支配的地位，因此应该采用细晶粒铁氧体减少损耗。而如果选择使用对铁氧体，一旦发现在MHz频率，显现出铁磁谐振，这样就能造成铁氧体的损耗。而如果出现铁氧体的磁导率出现降低的时候，其原因是晶粒尺寸减小。所以说，细晶粒材料能够显现出高的谐振频率，可以使用在更高频率之上。同时，通过该原理图，也了解到磁芯损耗的降低对优化变压器的重要作用。
根据该原理图可以知道，变压器设计的最重要的环节，就是对温度的掌控，这也是体现了电、磁、热以及结构四方面设计理念的主要形式。这说明提出的设计理念是具有实际作用和意义的。因此，根据图1和数据模型的结合，可以家算出变压器的温高极限数值范围，这对保护变压器，延长变压器的使用寿命十分的重要，也是变压器体现节能环保的重要手段。而且可以通过变压器的内部温度光纤传感检测设备对变压器进行全面的检测，实现对温度的控制和计算。
3.2.3 选取变压器合适的变量进行优化
变压器的优化过程中，不仅需要优化数学模型作为支持，对于其中的数学变量也需要不断的改进和优化，这样才能有效的控制成本，并且提高变压器容量，减少材料的消耗量。所以，需要针对变压器的重要变量进行优化。比如，铁心截面直径的计算公式，
表1给出了目前变压器使用的参数变量值。需要优化和改进的数学变量主要有铁心截面直径的计算变量值以及输入输出匝数比，输出管的温度控制系数等，合理的改变铁心截面直径含有的参数量，能够提高变压器本身的容量。根据变压器的组成，需要考虑的变量还有低压变绕组导线匝数以及高压绕组裸导宽度。每个变量的变化，都会影响到变压器的工作情况，对变压器的优化产生较大的影响。变量的优化，可以有效的控制变压器优化的过程，达到真正的低碳环保的目的。
变压器的设计优化，无论是从数据模型的优化，还是参数值的变化，以及约束条件的位置调整等，都是为了优化变压器，达到节约低碳的效果，并且可以控制变压器的成本。因此，外在的表现就是需要选择节能的材料，有效的降低材料的损耗。变压器的材料在选择的时候，也要符合可循环使用，可回收等条件，并符合国家质量标准。
结论
变压器是我国电力系统的重要电力设备，是目前维持我国居民用电和企业用电的关键因素。在提倡绿色低碳环保的时代，优化变压器设计的意义更加巨大。在现有的变压器设计方法和理论的基础上，改进和优化设计方法，在多个约束条件下达到最优设计，选用节的材料，达到降低消耗、节能环保，增加寿命，降低成本的目的。
参考文献
[1]朱晶晶.矿用干式变压器运行状态与绝缘寿命评估方法研究[J].太原理工大学，2016（05）：192-193.
[2]魏义强.干式和油浸式变压器优化设计分析[J].科技传播，2016（12）：231-235.
[3]朱鸿飞.干式电力变压器电磁优化设计研究[J].东南大学，2006（11）：167-169.
[4]姜志鹏.干式空心电抗器多物理场分析及应用研究[J].武汉大学，2014（05）：156-159.
[5]戴永斌.干式电力变压器计算机辅助造型设计研究[J].东南大学，2006（07）：143-157.
[6]李大建.油浸式变压器温度场分析与油流对内部温升影响因素研究[J].西南交通大学，2013（09）：134-136.
[7]岳国良.油浸式电力变压器负载能力在线评估及冷却控制策略研究[J].华北电力大学，2015（06）：123-125.
论文作者:刘建萍
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/4
标签：变压器论文; 材料论文; 优化设计论文; 干式论文; 变量论文; 频率论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第7期论文;