电力变压器微机优化及辅助设计系统.pdf

2口 1 9 够 年 籍 9期 1 7 1 电力变压器微机优化及辅助设计系统 ( 衢阳变压器 厂1 衡 1 0 0 7 ) 2 摘要 ： 详细赍龆了一小电由变歪器被机优化囊辅础设 t 系统( 包括变压器数据信息管理系统、 电越 优化计算蒜城和机辅谩计幕坑) 的建立过程 ， 指 出诫乐统解斑了目前壹压 晕 忧能设计进程 中运行 占机 时闭 长 大 量 数 据 抽凡殁 运 行鼓率 低等 不足之 井逸萎阻 抗电 压计 算实 锯， 避一步 魂明了 镇系 统 的优 越性 毅词： 力 变压 器 cA D优化设 计 数据 库管理 系统 。 、弓I 卺 随着计算 机软、 硬件技术的 飞速发展 ， 国内 的变压器计 算机优 化设计及机辅 设计工作在各 制造 厂 和 科 研 院 所 广透 展 开 并 取 得 了一 些 成 果 现 归纳 如下 ： 可行 的优化设计大 多采用建立在 循环 遍 数法基 础上 的人机交 互方式 。 机 辅 设 计 太 多 采用 绘 图软 件 AUTO CAD 编 制或 生成 AUT O-C AD 命 令文 件 即 盈： R文舛 ，可转 匕 拇 图形 ， 甚至 通 过修 改哑 图 来 形成 凰形 优化设计 采 甩八机 交 互方 式 ， 在一 定程 度 上抑翩 了循 次教 ， 藏少 了程 序i 行 的 占机对 问 但 机凌 豆最萤 锗果 的优化程度 和程 序运 行舶 占机姝问都含有T人 为 因素， 即受 操作 人 员 所左右 机交互一方 面人为地延 长 了程 序运 行 的占机时 间： 另一方 面 太 量 的数 据输 ， 在 操作 1中也极 为不 便 。 ? 对 于辅 助 设计 采用 S CR 命令支 件-， 运 行 赣 率 低 ； 通 过 侈 改 哑 图来 形 成 匿形 _更不 足 取 面 且，目前 系 坑开 发 语 言单 一 ，数据空l换 困难 ， 两暴 坑 之 间谁 有 内在 的 有 机 联 系 。 针对上述 问题 ， 我 们 在 变压器 电磁 计算 程 序之蚪 建立 了相对独立 的 变压 器 数 据信息 管 理 系统 ， 由该系统 与电磁 优 化计 算 系统 形成 数 据通 讯， 提 供 计算 参考 点 。这样 ， 既 提 高 了程 序运行 的 自动化程 度， 又 能够 利 用 现有 变压 器 的数 据信 息及设 计 人员 的经 验 ， 建 立搜 索 ， 极 大地 减少 了 占机 时间 计算结 晕通 过 AL F O L I S P ， 接 口程序 生成变压器产 品图1形 =、 系虢软件谖计 随着计算机挠沭 的发展， 各种计算机语言 应运而生 各种语膏都存在着 傀点 ， 但也有其局 限性 。对一个复 杂的应用 系 统 任 伺单 一 计算 机语 言都难 免力不 从心 为此 ， 我 们分 别 选 择 了C 作系统界面， 刺用F O XB A S E建衷 变医 器数 据信息 管理 系统， 利 用 F ORT R AN 语 言编 制电磁计算程序 车 用AUT OL t S P编 制 AUT O CA D 接 口程序l盈开 发辅 助设 计系 统。 1 变压器数据信l崽管理系统r 电力变 压器在我 国独立设 计和 劓 遣B经 历 了相当长的历史时期， 设计 A员 通过大量的计 算已积 累了相当丰富构 经验 ， 2 2 o k v及以下 构 电力变压器已各成系列。 为克分利用遗一宝贵 资褥， 我 们科用 F OXB A S E建立 了 相 对独立 的 变压 器数据信息管理 系统该系坑 自或体系 ， 可以实现对现有产品的性能数堆翮结旃特征进 行查 询、 打 印输 出、 原 材 料 的 消耗 坑 计 及 产 品 报价等功能， 系炕维护也具有独立性 但该系 统同时又具有电磁优化计算 系兢 ， 可寒行取 向 数据通 讯 围 i 为该 系统程序 结构框 图。 2 电磁优化计 算系统 变压器优化设计， 其数学模型为带约康条件 的非线性规划 问题 的求解 ， 表 示为： f n n M( x ) - ( ” I 矗 ) 扛 ( 2 ) 维普资讯 1 8 1 9 9 6 ： 年第固期 圈 1 幕统 程序 结构 枢 固 M( 为 目标 函数 ， 一般 取产 品 成本 ， 或 产 品重量 ， 或变 电成本等 我 们选 取 产 品成 本 为 目标 函数 因此 ， 它受各 种 材料 实 际 消耗 及 市 场价 格 因察制约 。 为 设 计 变 量 ， 包 括 铁 心 直 径 绕 组 匝 数 ( 铁心磁密 ) 、 导线规 格等 。 柚为约束条件 ， 包括 产 品性 能 要求 约 束 条件 ： 如 阻 抗龟 压 空载 损 耗、 负载 损 耗、 温 升 要求等 。性 能要求取 决于用户要求 及相 应的国 家标 准 ， 随意性 较大 。另外 还 包括 工 艺 要求 约 柬 条 件 ， 如 导l线 的 宽 厚 比、 铁 心 叠 片 系 数 等 。 工 艺要 求 约束 取 决 于工 厂各 个时 期 的工 艺 水 平 对一 个 时期而言 它是相对不变的约束条件 对于带 约束条件 的非钱 性规 划问题的求 解 有诸多方法 ， 但 为 了不遗 漏最 忧 方 案鲍 选 取， 可行 的优 化设计普遗 采并 i 循 环谴敷 祛 ， 即 对设 计变量 韵各 种取 值进 行 组 合 ， 亦称 工 程 穷 举。 穷 举法 总氍 找 到最优 解 ， 但 对 于穷 举法 ， 每 一 个设计 变 量意 味 着 一重 循 环 ， 循环 的嵌 套 ， 其 运 算 次数 以 几何 级数 递 增 。 因 此 ； 穷 举 法 以 牺牲 运行 时间为代价 。 。 对于 如何 控制循环 的次 数 ， 虫少 程 序 运 行 时 间， 就 成 为 穷 举 j 击的 关 键 目前较流行的 人机交 互 方 式 ， 即循 环控 制 变量 的初值 及 其上 下 界 由操 作 人 员输 ， 虽 热可 以在 一定程 度上减 少循 环 的 次数 ， 但并l段 有从根 本上解决 阿题 。 利用 变压器数 据信息管理 系统与 电磁计 算 系统形成数据通 讯， 进一 步 提 高 了程序 执行 的 自动化 程度及程序 运行效 率 。 当输 入产 品型号 等性 能数据后， 优化许算 系统 首 先访 问 变 压器 数据 信息 管 理 系统 ， 检 索 出型 号相 同、 性 能 数 据相近的 产品结构特 征参 数 ， 并 作 前期 处理 形成循环控制 变量 的韧值 。因为性能要求在求 解审意味着性能约束条件， 剂 用姓 能要求约束 条抖 进行前期处 理 可以决定 循鄂 的取向 。下面 以阻 抗 电压约束 为例 。 阻抗 电压 计算 公式为： 一堡 “ eM 1 0 ， 为频率 ， ， 为 额 定相 电流 ， 为 匝 数 ， Z D 为漏磁空道 ， 为 匝电势 ， H 为 电抗 高度 。 ， 、 而 = ( 4 ) 为额 定相 电压。 因此 式 ( 3 ) 可写成 ： “ = 4 9 6 丽f l W 2 Z D= 量 W rZ D( 5 ) “ z 面 而 r 万 J J 为 比例 系数， 由式 ( 5 ) 可 期 j f u z W 2 0 ： I , ,D u 0 7_ 1 H ( 6 ) 【 , cZD 。 即阻抗 电压与铁 心直径 D的二 次方成 反 比， 与 漏磁空道成正 比， 与 电抗高度 成反 因此 ， 当用 户要 求 阻抗 电压 比现有变 压器 阻抗 电压高 时， 则决定铁心 直径按减小 的方 向进 行循环 ， 而 导线 的宽 度 沿 减 小 的 方 向进 行 循 月： ， 导线厚度沿增 大的方 向进行循环。 ， 需要 说明的是， 上述的铁心 直径 ， 导线的 宽 度 厚 度 都不 是 唯 一 决诧 蛆 抗 包压 太 小 的 因 素 。为 了不 遗漏 最忧 方 案， 当循 环 进行 到上 一 层时 需 要调整 内层 循 环变 量 的初 值 。此 如铁 心直 径 为 最外层 循环 ， 线厚 次 乏， 载 宽为 最 内 层循环 上 侧中 当线宽褙 减 小l方 向进 行 一 次 循环 后 ， 线厚 沿 增 大方 向每 增大 一次 线 宽 都 将 向增大 方 向适 当调整 循 环 变量 构 靓值 再 沿 减 小方 向进行 循 环 ； 铁 心直 径每减 小 一级 ， 线 宽、 线厚都将沿其循环的反方向适 当调整其初 值， 然后按循环 方 向进行循 环 循 环变 量 下 限 值 由程 序根据 约束条 件的 变 亿太 小 自动确 定 一 同样 ， 空载 损耗 ： 负 载损 耗 、 韫 升要 求 的变 化， 可 以决定相应 的话环变 量的取 向 维普资讯 I 9 9 6年 第 9期 优 化 计 算 程 序 由 F ORT RAN语 言 编 成 ， 在 程序中， 铁心截面数据， 硅钢片性 能数据、 线 规 数 据都 是 按 升序 ( 亦 可控 降 序j 放 在相 应枘 数 据文 件 中。散 热 器 储 油柜 等 性 能 数 据 也 是以数据 曼件 形式存 放。利用性 能要求约束决 定 循 环取 向 ， 最 大 限 度 地 减 少 程 序 运 行 的 时 间， 提高程序 运行的 自动 化程 度 。图 2为 系 统 流 程 图 舶 2 j I l 统萱 畦 程圈 - 最后的优 化计算 结 果 也 以数 据文 件 形 式 存放 ， 以便 与机辅 设计 系 统 进行 数据 通 讯。产 品的结构特征 、 性 能数据 反 馈 到 变压器 数 据信 息管理 系I巯 B 增 加该 产品的一条记录 3 机辅l翟计系统 我 们 选用 AUT OCAD 作为 系统 绘 图 软 一 件 ， 剃 用 其 开 放 性 结 构 特 点 和内 嵌 AU ， r O L I S P语 言徽进 一步 开发 可以达到 意想 不到 的 效果针对 变压 器产 品 特 点， 开发 出参 数 化 绘 图程 序 带 尺 寸驱 动韵 诬 图模 块 程 序 图 形 消 隐程 序 ( 1 ) 参数 化绘图程序 对变压器铁 心叠 片图， 只要 用优 化计算程序 就可获取铁 心直径， 窗高 和 中心距数 据 其 截面 各级片宽和 叠厚 数据 则通过访 问铁心 截面数据 库 获 得， 各级 片形 的 几 轲尺 寸， 可 以利用 解 析 式 求 取 。 利 用 AUT OL I S P可 以 很 容 易 编 出 参散化绘周程序利用参数绘图程序并不需要 格按 啻 !I 蟮翱 事实上， 各 级片形按 比例绘 制 也 是 没 有 必 要 的 。 另 外 ， 铁 心 装 配 图 器 身 绝缘安装、 各类绕组图形都是通 过参数化绘 图 程序绘 制。此外 ， 我们利用 AUT OLI S P实韩 操作 函数 ， 编制 接 口程 序 ， 从 计算 系 统 获 取 全 部数据， 绘制出与手工计算完 一交的计算单 形式 方便 人工校 核 。还 有一些零 舔僻 的绘 制 程 序 正 在 开 发 中 。 ( 2 ) 带尺 寸驱动的 哑圉 攥壕 继母 疳受压器 面 箱图形 咨系列产品外型类 同， 跽囤聪应 擐比捌绘触 为雌 我鼬 硎 用A U T O L I S P编毹曲l 带尺 屯驱 动的 哑 图撬款 程 序 利用优化结果 E 产品聃 长、 宽 商 筹尾 寸， 调 用J其系列产品的缔型哑图， 熟后按尺寸上 匕 铡驱 动调篝 图形， 再计算加 戥陵荨霹部件 长癣和 数量及其相应位置。用l同样酌办海疆可螺撩似 捌绘制 引线 图形 。 ： ， 一 一 ( 3 ) 图形消隐程序 ， _ 1 ：对产品总装配 圉， 大静分组携河 以从组件 图摩 中调 出 担装霹 图屉敬 啦糙雾i 对太 型产 晶 圭撬 图有高、 低压套管， 油箱l 散热器 筹， 我 们煽斜 出捎辣穆煎 即圉形被 璩挡的部分 自动 消 去 对总装图 ， 需交付 用户， 它反映 了工 厂蛆 技 术_水 及 象 ， 应严格 按比 ! 络锚。因 此； 它 也用蓟带 尺寸驱诲螅哑嘶横块程蓐偿 翻漕辎 外型。组拌凋 库 中静 图形按 1 ： 1 绘制 ： 诩蔼 剥 装配 中晤 再按圆形 曲啻 I 自动调整。图3 为 机辅设计 系统框霸 。 4 用户最面及系统燕成 我们甩 q 编 睫 用户界 面程 序 ， 当输 人 产 品型号 、 电压组合 后 出现 弹出 式菜 单 ， 显示 该 产品国家标准规定的性能数据德各种原材料价 格 ， 提 示用 户修 改 ， 然后 进 行优 化计 算 。优 化 结果 生成数 据文件 ， 通过 AUT OLI S P接 口程 序 ， 生 成计 算 单及 产 品 图形 ， 同 时在 变压 器 数 据信息管理系统中增加一条记录j整个系统由 B AT批处理文件 实行 总体集成 ： 维普资讯 Od 9 ,- 2 - - 2 0 1 9 年 第 9鹅 。 1 0 3 5k V 级 变 压 器 宣 -了 优 亿 设 计 (伺 济 大 学 上 海2 0 0 0 9 2 )1 卜 1 午 o f 云 南变压器厂 昆明 ， 6 5 0 1 0 0 ) 摘 要： 筒舟了1 0 -3 5 k v蜓变压罂优他设计的一种计算机软件， 论述了优化设汁中建立数学模型 的有 关问 起， 菇 出了为如 幔优 化 设 计的 计算 收 敷速度 在 计算 程序 中进行 数 学处 理啦 方 法， 酱 出 了该 软件 的优 点 、 ， 簸词 ： 压 害优化设 计数 学模 型计算机 系统 一 _ ，- IJ 一J 一 变压蒜是 一 数 量大 ， 使 用 面极 广 触 电力 得 了较好 的嫂蝶 ， 现 简介 如下 ， 以求探 讨 竺 卑 要 消 兰 要 一 、 优 化 设 计 中 数 学 模 型 的 建 立 磋 钢 片 ，其 材 料 成 率 约 占 生 产 总 成 本 的 。 6 0 一8 0 目此， 选择 变 压器 的最 佳参 数 ， 数学模 型是 描述实 际系统各物理量 之 口1的 提高产品性能， 减少材 料消耗， 对变压器 进行 袭 系和 系统性能的数学表达式。就变压器而 优 化设 计是十分重 要的 。 言 ， 要 了解其 各电磁量 问 的因 果 关系或 定量 关 目前 ， 我 国利 用计 算 机 对变 压 器 电磁 热优 系 以便 于分析、 设计和使 用 ， 因此 就 必 须建 立 化设 计 虽 已被 广 泛 采 用， 但 优 化效 果 仍 不 显 其数学 模型 。 一 著， 程 序 收敛 速 度 慢， 其 绪 果需 人工 再 进 行 调 I 设计 变量 整 整理 ， 适 用两窄 l尤 其 无模 块 化 的设 计 能力 。 变 压 器 的优 化 设 计 ， 一般 是 在 给 定 容 量 针对上 述伺 题 ， 我们编 树 _f l 03 5 k V级 、 输 A 屯压 U、 输 出 电压 联 结 组 标 号、 阻 变 压器优 化 设 计 的计 算 机 软件 经 过 实践 取 抗电压 u、 空载 损耗 ， 负载 损耗 、 空载 电流 田 3 帆辅 设计 系统框 圈 三 、 结 束 语 循 环 敬 数 ， 提 高 了 程 痹 自 动 化 程 度 及 程 序 运 行 教 率 。 利 用 AUT0一LI S P开 发 CAD 可 以 最 大 限 度 地 提 高 绘 图数 率 ， 节 省 内 存空 间， 图形 不 磐 以 图形 文件 方 式 储 存， 丽仅 绪 存 驱动参 数 各 个 系 统相 对独 立 ， 给 各 系 统 的功 能维护和功 能扩 充带 来方 便 ，数 据 通 讯贯 穿 于 整 个 系 统 。 使 之 成 为一 个整体 。 参考文献 变 压器 数 据信 息管 理 系 统不 仅 便 于 决 策 l 路长拍， 朱英浩电力变压器计算 哈尔滨： 黑 人员髓时l彳解产品的各种数据 商且与优化计龙泣 科掌技术出版社， 1 9 8 & 算 系坑 实行 双 向 数据 通 讯 减 少 了 不 必 要 的 ( 啦辅日期： 1 9 9 6 - 0 2 -(Y 2 ) 维普资讯