电力变压器电磁优化设计实例分析.pdf

第 4 3卷第 1 期 2 0 0 6年 1 月 蠢 珏 乃 I 1 冱l同 V o 1 4 3 No 1 J a n u a 2 0 0 6 1 引言 电力变压器电磁优化设计实例分析 刘 军， 张安红 ( 杭州钱江电气集团股份有限公司，浙江 杭州 3 1 1 2 4 3 ) 摘要 ： 以3 5 k V 、 1 1 0 k V级双绕组电力变压器电磁优化设计为例进行分析， 就其技术经济性进行 了 讨论。 关键词 ： 变压 器 ； 电磁 优化 设 计 ； 成 本 中图分类号： T M 4 0 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 1 8 4 2 5 ( 2 0 0 6 ) 0 1 0 0 1 0 0 6 3 5 k V、 1 1 0 k V级 电力变压器 的发展方 向是 ： ( 1 ) 向更低损耗发展 ， 如 l 0型 、 1 1 型产品； ( 2 ) 对于城网 用油浸式大型产品 ， 从高可靠性出发 ， 选型上要求短 路损耗比“ 9 ” 型再降低 1 5 2 0 ； 适当提高短路阻 抗 ， 以降低短路 电流。如双绕组 1 l O k V变压器产品 短路阻抗提高到 1 4 1 8 ；三绕组 1 1 0 k V变压器 产品短路阻抗提高到 L V M V ： 9 ， MV H V： 1 3 5 ， L V HV： 2 4 。 6 3 0 0 0 k V A 1 1 0 k V及 以下容量产品选 用 自冷式( O N A N) ， 且噪声水平低于 6 0 d B 。 本文分别 以 3 5 k V、 1 1 0 k V级双绕组 电力变压器 为例 ， 在不降低产品可靠性和寿命前提下， 以变压器 主要材料成本最低为优化 目标 ，通过全局优化设计 软件计算对比，从中找出规律和最大限度降低成本 的设计方案。 为便于分析 ， 下面仅考虑硅钢片和铜线 消耗 ， 实际上若硅钢片和铜线 消耗减少 ， 变压器油 、 绝缘材料 、 钢板等材料也会减少。 2 3 5 k v电磁优化设计 在软件约束条件中， 考虑散热， 绕组对油温升要 求均不超过 2 7 K； 考虑绕组 自身短路机械强度 ， 普通 扁铜线厚度要求不小于 2 1 2 ram，绕组 油道对称布 置， 减小安匝不平衡率； 低压 、 高压绕组采用连续式， 要考虑导线 的宽厚比及最大并绕根数等。 2 1 S1 0 1 2 5 0 0 3 5优化 以 S 1 0 1 2 5 0 0 3 5为例 ， 利用 3 5 k V电力变压器 电磁优化设计程序。其待输入的数据如下 ： 变压器额定容量 ； 1 2 5 0 0 k V A 高压绕组额定电压 ： 3 5 k V 全 国变压器节材技术研讨会获奖论文 。 高调最负分接 ： 一 2 高调最正分接 ： + 2 高调分接 ： 2 5 低压绕组额定电压 ： 1 0 5 k V 短路阻抗 ： 8 0 窄载损耗 ： 9 8 0 k W 负载损耗 ： 5 3 5 5 k W 铁心工作磁密： 1 7 3 T 铜线价格 ： 3 6万元 t 硅钢片3 O Q 1 4 o价格： 4 o 万元 t 冷却方式 ： O N A N 短路阻抗误差 ： 2 负载损耗误差 ： 2 限于篇幅，适 当减少合格方案数 目，输入数据 中， 短路阻抗和负载损耗误差都为 2 。 程序运行耗 时约 4 5 rai n ，输 出共 1 0 8个满足要求的电磁优化设 计 方 案 ， 这 些 方 案 的 铁 心 直 径 为 4 2 0 m m一 4 4 5 mm， 铁心工作磁通密度为 1 7 2 T 1 7 3 T， 低压 、 高压绕组均采用连续式 。 图 1为方案 1 方案 1 0 8的硅钢片质量与铜线 质量之比， 比值在 1 7 5 2 3 6之间。对于满足短路阻 抗误差为 2 、负载损耗误差为 2 的合格方案很 多。若适 当增大短路阻抗 、 负载损耗误差 ， 合格方案 会更多。 设 3 O Q1 4 O硅钢片价格为 4万元 I 、 铜线价格为 3 6万元 t ，则方案 1 一 方案 l O 8的硅钢片价格与铜 线 价格合计 ， 在 4 2 9 4 4 6 0 8万元之 间变化 ( 图 2 ) 。 由图 2可见 ， 变压器电磁优化设计 ， 其 目标隔数具有 多极值点的特性 ； 采用优化设计软件对降低硅钢片 、 铜线等材料消耗至关重要。 维普资讯 第 1 期 刘 军、 张安红 ： 电力变压器电磁优化设计实例分析 皿 耐 器 盅l 喀 止 器 撑 电磁优化 方案 图 1 S 1 0 1 2 5 0 0 3 5各优化方案硅钢片与铜线比 F i g 1 M a s s r a ti o b e t we e n s i l i c o n e p l a t e a n d c o p - p e r wi r e i n o p t i ma l p l a n s o f S l O l 2 5 0 0 3 5 t r a n s f o r i f l e r 4 6 5 4 6 O 4 5 5 4 5 o 4 4 5 $ 4 4 O 4 3 5 4 3 O 4 2 5 U l U L U J U 4U 3U OU U U yU I UU I IU 电磁优化方案 图 2 S 1 0 1 2 5 0 0 3 5各优化方案价格 F i g 2 P r i c e s i n o p t i ma l p l a n s o f S1 0 -1 2 5 0 0 3 5 t r a n s f o r me r 虽然方案 l 方案 1 0 8短路阻抗 、空载损耗 、 负 载损耗 、绕组温升等性能参数均能满足协议要求 ， 但是铜 、 硅钢片消耗相差较大。图 2中方案 l 0价格 最低 ， 为 4 2 9 4万元 ， 方案 9价格 最高 ， 为 4 6 0 8万 元。以方案 9和方案 1 0来对 比，两者相差 4 6 0 8 4 2 9 4万元= 3 1 4万 元 。 表 1 给 出了 S 1 0 - 1 2 5 0 0 3 5电力变压器优化方 案 9和优化方案 l 0的 比较数据。优化方案 与绕组 匝数 、 绕组具体排列密切相关。 2 _ 2 调 压方 式对 比 在 3 5 k V级双绕组电力变压器设计 中，由于调 压级数较少 ， 最多为 4 x 2 5 ， 设计中既可以采用线 性调压 ， 也可以采用正反调压 。下面以 S F 9 1 6 0 0 0 3 5为例进行分析， 看哪个更经济 。S F 9 1 6 0 0 0 3 5基 本参数如下 ： 额定容量 ： l 6 0 0 0 k V A 额定 电压及调压范围： ( 3 5 2 x 2 5 ) 1 0 5 k V 相数： 三相 表 1 S 1 0 1 2 5 0 0 3 5优化方 案 Ta b l e 1 Op tima l p l a n s o f S 1 0 - 1 2 5 0 0 3 5 t r a n s f o r me r 名称 方案 9 方案 l 0 铁心直径 ram 巾4 2 O 中4 2 5 低压绕组 匝数 匝 2 l 5 2 l 1 高压绕组导线并联根数 根 5 3 低 压绕组导线并联根数 根 6 5 调压绕组 导线并联根数 根 l l 高压绕组每饼匝数 匝 4 7 低压绕组每饼匝数 匝 3 4 调压绕组每饼 匝数 匝 l l 高压绕组导线线规 m mx mm 2 6 5 x 7 1 2 5 x l 3 2 低压绕组导线线规 m mx mm 3 1 5 xl J 2 2 2 4 x 1 4 短路阻抗 7 8 7 8 O 3 空载损耗 k W 9 8 O 9 5 O 负载损耗 k W 5 3 5 4 高压绕组温升 K l 6 2 l 低压绕组温升 K l 7 2 3 高压导线电流密度 A m m 2 2 6 2 1 2 低压导线电流密度 A m m 1 9 O 2 5 6 调压导线电流密度 A m m 3 5 2 3 5 2 铜线质量 k g 4 2 9 3 3 7 8 0 硅 钢片质量 k g 7 6 5 6 7 3 3 3 价格合计 万元 4 6 O 8 4 2 9 4 频率 ： 5 0 H z 联结组别 ： Y N d l 1 绝缘水平 ： U2 o 0 A C 8 5 L I 7 5 A C 3 5 冷却方式 ： O N A N 短路阻抗 ： 8 0 空载损耗 ： l 3 5 k W 负载损耗 ： 7 3 5 k W 针对以上参数 ，利用 3 5 k V电磁优化程序完成 线性调压和正反调压两种方式最优方案 ，最优方案 对 比见 表 2 。 表 2 S F 9 1 6 0 0 0 3 5优化方案 Ta b l e 2 Op t i ma l p l a n s o f S F 9 - 1 6 0 0 0 3 5 t r a n s f o r me r 调压 短路 阻抗 空载损耗 负载损耗 硅钢 片 铜线质量 窗高 中心距 方式 f k W k W 质量 k g k g mm m m 最负 7 4 5 线性 7 9 6 1 3 5 额定 7 3 5 9 l 6 6 3 4 2 5 9 6 5 8 7 5 调 压 最正 7 2 5 最负 8 O 5 正 反 7 9 6 1 3 5 额定 7 3 5 9 l 5 4 3 3 6 7 5 9 5 5 8 8 0 调 压 最正 7 3 0 线性调 、 正反调最优方案对比得 ， 铁心直径都为 4 7 5 mm， 工作磁密都为 1 7 2 7 T ； 短路阻抗 、 空载损 耗 、 额定分接负载损耗都相同。 维普资讯 1 2 妻 珏器 第4 3 卷 低压绕组 匝数都为 1 6 9匝，绕制为连续式 ， 排 列为 5 8段= 1 Ax 2 ( 4 1 6 ) + 5 6 E x 2 ( 1 5 1 6 ) + 1 A x 2 ( 4 1 6 ) ； 线规都为 7 ， 2 2 4 x I 1 2 2 6 9 x l 1 6 5 Z B 一 0 4 5 。 高压绕组绕制也为连续式 ， 排列如下 ： 线性调 3 0 9匝 ： 6 4段= l Ax 2 ( 7 l 6 ) + 1 B 3 ( 1 5 l 6 ) + 6 0 E 4 f 1 5 1 6 ) + l B x 3 ( 1 5 1 6 ) + 1 Ax 2 ( 7 1 6 ) ； 线 规 ： 5 2 x 9 5 2 4 5 x 9 9 5 Z B 一 0 4 5 ；导线截 面积 ： 5 X l 8 6 4 = 9 3 2 ram 。 正反调 3 2 5匝 ： 6 6段= l Ax 4 ( 8 l 6 ) + 6 4 E 4 ( 1 5 1 6 ) + l Ax 4 ( 8 1 6 ) ；线 规 ： 4 ” ， 2 6 5 x 9 3 1 x 9 4 5 Z B 一 0 4 5 ； 导线截面积：4 x 2 3 3 = 9 3 2 mm 。 硅钢片和铜线消耗相差很小 ，若以 2 0 0 4年初 扁铜线 ： 2 8万元 t ， 3 O Q1 4 0硅钢 片： 1 3 6 5万元 t 来 计算 ， 线性调硅 钢片 、 铜线价格 2 2 1 1万元 ， 正反调 硅钢片、铜线价格 2 1 9 2万元 ，线性调 比 反调高 2 2 1 l 一 2 1 9 2 = 0 1 9万 元 。 线性调与正反调开关价格不同，若选用条型无 励磁分接开关 ， 线性调开关比正反调开关稍便宜。以 最负分接损耗选取片式散 热器。若温升都满足要求 ， 则正反调 时散热器 片数要 多几片 ， 绝缘油要稍多。线 性调 、正反调最优方案窗 高 和 中心距相差 很小 ， 派 生设计很有可能。 综合 比较 ，线性调与 正反调硅钢片和铜线消耗 相差很小 ，具体没汁可以 灵活选择 。 2 3 1 O型 3 5 k V 双 绕 组 无励磁调压电力变压器的 铁铜比 参考 G B I 6 4 5 1 - 1 9 9 9 三相 油浸 电力 变压器 技 术参数和要求的第二篇 3 5 k V电压等级 ，经过空 、 表 3 1 O型 3 5 k V双绕组 无励磁调压 电力变压器 数据 Ta b l e 3 Da t a o f 1 0 t y p e 3 5 k V t wo wi n d i n g s p o we r t r a n s f o r me r s wi t h n o -l o a d t a p - c h a n g e r s 额定容 鲢 电压组合及分接范围 联结组 空载 负载 短路 高压 高J 分接 低压 损耗 损耗 阻抗 k V A 标号 k V 范 同 k V k W k W 8 o o O 7 O 0 3 8 - 2 5 7 5 l O( ) o o 8 _ 2 6 4 5 O 5 l 2 5 0 0 3 5 2 x 25 1 O 5 YNdl l 9 8 O 5 3 5 5 l 6O o o l 1 9 O 6 5 4 5 8 2 OO o o l 407 7 9 O 5 表 4 不同价格下的计算方案 Ta b l e 4 Ca l c u l a ti n g p l a n s u n d e r d i ffe r e n t pr i c e s 价格 3 O Q1 4 O硅钢片价格 J Y 元 t 铜线价格 万元 t 价格 1 4 3 6 价格 2 3 1 8 3 8 价格 3 3 6 d 价格 4 3 3 3 5 价格 5 1 4 2 8 表 5 1 O型 3 5 k V电力变压器 不同价格 下最优方案材料消耗 T a b l e 5 Ma t e r i a l c o nsu mp t i o n i n o p ti ma l p l a ns u d d e r d i ff e ren t p r i c e s i n 1 0 t y pe 3 5 k V p o we r t r a n s f o r me rs 项 目 8 o o 0 k V A 1 0 0 0 0 k V A 1 2 5 0 0 k V A 1 6 0 0 0 k V A 2 o o O O k V A 方 案数 I _=j 个 2 l 9 l 9 l l O 8 8 0 6 6 硅 钢 ： 5 3 3 4 k g 产品价格 l 铜线 ： 2 8 2 0 k g 硅 钢： 7 3 3 3 k g 硅钢 ： 1 0 2 9 9 k g 铁铜 比： 1 8 9 铜 线： 3 7 8 0 k g 铜线 ：5 1 9 2 k g 铁 铜比 ： 1 9 4 铁铜 比： 1 9 8 广 ： 品价格 2 硅钢 ； 7 8 2 7 k g 产品价格 3 硅钢 ： 6 4 5 2 k g 锏 线： 3 3 1 7 k g 硅钢 ： 8 6 3 0 k g 硅钢 ： 5 6 6 2 k g 铜线 ： 2 9 7 2 k g 铁 铜比 ： 2 3 6 铜线 ：4 6 7 2 k g 铜线 ： 2 4 6 2 k g 铁铜 比： 2 1 7 硅 钢 ： 7 3 0 3 k g 铁铜 比： 1 8 5 硅钢 ： 1 0 7 3 l k g 产品价格 4 铜 线 ： 3 7 8 0 k g 铜线 ：4 7 7 4 k g 铁铜 比： 2 3 0 铁铜 比： 1 9 3 铁铜 比： 2 2 5 硅钢 ： 7 7 9 5 k g 产品价格 5 锏 线 ： 3 3 1 7 k g 铁 铜比 ： 2 3 5 负载损耗换算 ， 得 出了 1 0型 3 5 k V双绕组无励磁调 压电力变压器数据 ， 如表 3所示 。 为便于比较 ， 8 0 0 0 k V A、 1 0 0 0 0 k V A、 1 2 5 0 0 k V A、 1 6 0 0 0 k V A、 2 0 0 0 0 k V A均采用线性调压 ，且都带单 独调压绕组 ， 绕组均采用 自然油循环冷却 。 根据表 4 中3 O Q 1 4 O 硅钢片和铜线不同时期的价格分别计算 最优方案见表 5 ，其 中短路阻抗 、负载损耗误差均 为 2 。 表 5中， 8 0 0 0 k V A变压器在表 4价格 1 下最优 方案铁铜 比为 1 8 9 ；在表 4价格 2 、 3 、 4、 5下最优方 案均相同， 铁铜 比为 2 3 0 。 1 0 0 0 0 k V A变压器在价格 1 、 2 、 3 、 4、 5下最优方 案均相同 ， 铁铜 比都为 2 1 7 。 1 2 5 0 0 k V A变压器 在价格 1 、 2下最优 方案相 同，铁铜 比为 1 9 4 ；在价格 3下最优方案铁铜 比为 2 3 6 ； 在价格 4下最优方案铁铜 比为 1 9 3 ； 在价格 5 下最优方案铁铜比为 2 3 5 。 1 6 0 0 0 k V A变压器在价格 1 、 2 、 3 、 4 、 5下最优方 维普资讯 第 1期 刘军、 张安红 ： 电力变压器电磁优化设计实例分析 1 3 案均丰 I j 同， 铁铜比都为 】 8 5 ； 2 0 0 0 0 k V A变压 器在价格 l 、 2下最 优方案 相 同 ， 铁铜 比鄙为 1 9 8 ； 在价格 3 、 4 、 5条件 下最优方 案均相 同， 铁铜比为 2 2 5 。 由表 5可得 ，以上最优方案中铁铜 比为 1 8 5 2 3 6 。法比值与产品的结构密切相关 ，如主空道大 小 、 绕组至 下轭绝缘距 离 、 套 装问隙 、 相 间距 离 等 3 1 1 O k V电磁优化设计 在软件约束条件 中 ， 考虑散热 ， 绕组对油温升 要求均不超过 2 7 K； 考虑绕组 自身短路机械强度 ， 要 求普通扁铜线厚度不小于 2 3 6 ra m； 为减小安匝不平 衡率 ， 低压绕组要有合适 的调甘油道等等。 3 1 SZ1 0 5 0 0 0 0 1 1 O 以 S ZI l 一 5 0 0 0 0 1 1 0为例 ，利用 1 1 0 k V电力变 压器电磁优化设计 序。其待输入的数据如下 ： 变压器额定容链 ： 5 0 0 0 0 k V A 高 绕组额定电胍： 1 1 0 k V 高调最负分接 ： 一 8 高测最正分接 ： + 8 高调分接： 1 2 5 低压绕组额定 电压 ： l 0 5 k V 短路阻抗 ： 1 7 空载损耗： 4 1 k W 负载损耗： 1 8 3 k W 铁 t ) ： Lfl 磁密： 1 7 3 T 铜线价格： 3 6万元 t 3 O Q1 4 0硅钢片价格 ： 4 0万元 t 冷却方式： O N A N 短路阻抗误差： 0 9 负载损耗误差： 0 9 限于篇幅 ， 减少合格方案数 目， 故把短路 阻抗 误差减小为 0 9 、负载损耗误差减小为 0 9 ， 软 件运行耗时约 6 rai n ，输 出共有 8 2个满足要求的电 磁 优 化 设 计 方 案 ，这 些 方 案 中 铁 心 直 径 为 O5 9 5 mm q 6 4 5 mm。 图 3为方案 l 一 方案 8 2的硅钢片质量 与铜线质 量之比， 比值在 1 3 3 2 0 5之间。 图 4为方案 l 方案 8 2的硅钢片价格与铜线价 格合计 ， 在 1 3 8 4 3 1 5 8 0 4万元之间 ， 其中方案 3价 格最低 ，为 1 3 8 4 3万元 ；方 案 8 2价格 最 高 ， 为 1 5 8 0 4万元 。 表 6为 S Z 1 1 - 5 0 0 0 0 1 1 0电力变压 器优化方案 比较结果。虽然方案 8 2和方案 3短路阻抗 、 空载损 曲 骣 删 出 器 电磁优化方案 图 3 S Z 1 1 5 0 0 0 0 1 1 O各优化方案硅 钢片与铜线 比 Fi g 3 M a s s r a ti o b e t we e n s i l i c o n e pl a t e a n d c o p p e r wi r e i n o p ti ma l p l a n s o f S ZI I 一 5 0 0 0 0 1 0 t r a n s f o r me r ： 口 班 盎 电磁优化 打案 图 4 S Z 1 1 5 0 0 0 0 1 1 O各优化方案价格 Fi g 4 P r i c e s i n o p ti ma l p l a n s o f S ZI I - 5 0 0 0 0 1 1 0 t r a ns f o r me r 耗 、 负载损耗 、 绕组温升等性能参数均能满足协议要 求 ，但是铜线 、硅 钢片消耗 相差很大 ，两 者相差 1 5 8 0 4 1 3 8 4 3万元= 1 9 6 1 万元。容量越 犬， 优化方 案的差价就越大。 3 2 高阻抗变压器实例 增大双绕组变压器的短路阻抗 ，通常有如下方 法： 减小铁心直径， 增加绕组匝数； 降低绕组 电抗高度 ； 增加绕组辐向尺寸 ； 增大主绝缘距 离 ， 减少高压一 低压绕组耦合度。在设计中 ， 可以同 时采用上述方法来增大短路阻抗 。 若短路阻抗过高 、 负载损耗又很低， 反而要适当增加铁心直径 、 减少低 压绕组匝数 ； 这主要是由于短路阻抗增大 ， 杂散损耗 也随之增大。 若主绝缘距离足够大， 调压绕组还可以 插在高压一 低压绕组问 ， 从而减少高压一 低压绕组耦 合度 。现在以实例说 明短路阻抗和主绝缘距离的关 系 。 以 S Z 1 0 4 0 0 0 0 1 1 0电力 变压 器 为例 ，利用 1 l O k V电力变压器电磁优化设计程序。其输入的数 据如下 ： 维普资讯 1 4 叠 珏嚣 第4 3 卷 表 6 S Z l 1 5 0 0 0 0 1 1 0电力变压器优化方案结果 T a b l e 6 Re s u l t s i n o p t i ma l p l a n s o f S Z1 l 一 5 0 o o 0 1 1 O p o we r t r a n s f o r me r 名称 方案 8 2 方案 3 名称 方案 8 2 方案 3 铁心直径 mm 西6 4 5 西5 9 5 空载损耗 k W 3 7 5 3 2 5 低 压绕组 匝数 匝 9 2 l O 7 负载损耗 k W l 8 2 5 l 8 3 高压绕组导线 并联根数 根 2 2 高 绕组温升 K 2 0 5 l 9 5 低压绕组导线并联根数 根 2 8 3 2 低压绕组温升 K l 7 5 l 9 5 调压绕组导线并联根数 根 l 1 高压导线电流密度 A mm l + 5 O l 1 7 6 9 高压绕组每饼 匝数 匝 8 9 低压 导线电流密度 A mm 2 4 l 7 2 2 5 7 低压绕组每饼 匝数 匝 l l 调压 导线电流密度 A mm 3 3 9 3 3 、 3 8 4 调压绕 组每饼 匝数 匝 l l 铜线 质量 k g l 5 5 8 3 l 4 3 2 0 高压绕组导线线规 m mX mm 3复合 1 9 x l O 6 3复合 1 9 x1 3 2 礁钢片质量 k g 2 5 4 8 5 2 l 7 l 8 低压绕组导线线规 mmx mm 3 x 8 2 6 5 x 8 5 价格合计 万元 1 5 8 0 4 l 3 8 4 3 短路阻抗 l 6 9 9 l 7 0 2 变压器额定容量 ： 4 0 0 0 0 k V A 高压绕组额定电压 ： l l 0 k V 高调最负分接 ： 一 8 高调最正分接： + 8 高调分接 ： 1 2 5 低压绕组额定电压 ： 1 0 5 k V 短路阻抗 ： 1 6 空载损耗 ： 3 0 7 k W 负载损耗 ： 1 4 7 9 k W 铁心工作磁密 ： 1 7 3 T 低高绕组主空道 ： 3 8 m m 铜线价格 ： 4万元 t 硅钢片3 0 Q 1 4 0价格： 3 6 万元 t 冷却方式 ： O N A N 短路阻抗误差 ： 2 负载损耗误差 ： 2 表 7 S Z1 0 4 0 0 0 0 1 1 0电力变压器优化方案比较结果 Ta b l e 7 Re s ults i n o p t i m p l a n s o f S Z1 O l 0 帅 O 1 1 O p o we r t r a nsf o r me r 、 参数 短路阻抗 空载损耗 负载损耗 硅钢片 铜线 价格 窗高 中心距 主空道 距离 mm、 、 U k P Jk W P 0k W k g k g 万 元 mm mm 3 8 l 6 0 8 2 95 l 5 0 5 l 96 95 l l o 0l l 1 4 9l l 3 40 l 3 0 5 4 2 l 5 6 9 28 5 l 5 0 l 9 2 3 7 l l l 7 3 l 1 3 9 5 l 4 2 0 l 2 8 0 46 l 5 7 4 3 07 l 5 0 2 0 5 8 6 l 0 0 0l 1 1 4 1 2 l 2 8 0 l 3l 5 5 0 l 6 1 6 2 9，5 l 5 0 5 l 9 8 08 1 073 9 l 1 4 2 7 l 3 8 0 l 2 9 o 5 4 l 5 7l 3 05 l 5 O 2 0 3 5 6 99 46 l l 3 0 7 l 3 40 l 2 9 5 5 8 l 5 8 7 3 00 1 4 9 l 99 7 7 1 0 3 8 7 l l 3 4 7 l 43 0 l 2 7 5 注 ： 合 同值短路阻抗 1 6 ， 空载损耗 3 0 + 7 k W ， 负载损耗 1 4 7 9 k W。 在软件约束条件中， 考虑散热， 绕组对油温升要 求均不超过 2 7 K。 表 7分别为主空道 3 8 mm、 4 2 mm、 4 6 mm、 5 0 m m、 5 4 mm、 5 8 m m条件下的最优方案 。 优化 计算结果表明： 对于高阻抗变压器 ， 低压一 高压绕组 主空道仍然取 3 8 m m不合适 ，主绝缘距离应适当放 大 。 表 7 S Z 1 0 4 0 0 0 0 1 1 0电力变压器 优化方 案 比较表明，主空道为 5 4 mm条件下的最优方案价格 最低 ， 为 1 1 3 0 7万元。设计是否选用此方案， 还应利 用漏磁场 、波过程和温度场等相关分析软件进行校 核计算。 对于高阻抗 、 低损耗变压器 ， 主绝缘距离具体取 多大最优 ，利用电磁优化设计软件反复计算后就很 容易确定。 3 3 1 0型 1 1 O k V双绕组有载调压 电力变压器 的 铁铜比 参考 G B T 6 4 5 1 - 1 9 9 9 ( $ N 油浸电力变压器技 术参数和要求 的第三篇 1 1 0 k V电压等级 ， 1 0型 1 1 0 k V双绕组无励磁调压电力变压器数据见表 8 。 表 8 1 0型 1 1 O k V双绕组有载调压 电力变压器数据 Ta b l e 8 Da t a o f 1 0 t y p e l l O k V t wo wi n d i n g s p o we r t r a n s f o r me r s喇 t l l n o - l o a d t a p _ c h a ng e r 额定容量 电压组合及分接范围 空载 负载 短路 联结组 高 压 高压分接 低压 损耗 损耗 阻抗 k V A 标号 k V 范 围 k V k W k W 2 0 o ( ) 0 l 8 2 0 8 8 4 0 2 5 O o 0 21 2l 1 0 4 5 5 3l 5 o 0 l l 0 8 x1 25 l 05 YNdl l 2 5 6 2 l 25 馏0 l 0 5 4 0 o ( ) 0 3 0 + 7 3 1 4 7 + 9 0 5 0 o ( ) 0 3 6 33 l 83 + 6 0 为便于比较 ， 2 0 0 0 o k V A、 2 5 o 0 o k V A、 3 1 5 0 o k V A、 4 0 0 0 0 k V A、 5 0 0 0 0 k V A均 采用 高压 中性点 正反调 压 ，且都带单独调压绕组 ，绕组均为自然油循环冷 却。根据表 4中 3 0 Q 1 4 0 硅钢片和铜线不同时期的 价格分别计算最优方案( 见表 9 ) ， 其 中短路阻抗误 差为 3 、 负载损耗误差为 3 。 表 9中， 2 0 0 o 0 k V A变压 器在价格 l 、 2 、 3 、 4下 维普资讯 第 1 期 刘军、 张安红 ： 电力变压器电磁优化设计实例分析 1 5 表9 1 0 型 1 l O k V电力变压器不同价格T最优方案材料消耗 T a b l e 9 Ma t e r i a l c o n s u mp t i o n i n o p t h n a l p l a n s u n d e r d i ff e r e n t p c e s i n 1 0 t y p e 1 1 0 k V p o w e r t r a f 0 r me r s 项 日 2 O o 0 O k V A 2 5 O 0 o k V A 3 l 5 0 0 k VA 4 O 0 0 O k VA 5 o 0 o o k V A 方案数 F j 个 l O l 6 0 7 7 3 5 l 7 4 产品价格 1 产品价格2 硅钢： l l 2 9 5 k g 硅钢 1 5 2 0 7 k g 硅钢： 1 7 8 9 9 k g 硅钢： 2 2 6 6 4 k g 铜线 ： 4 8 1 7 k g 铜线 ： 7 3 4 4 k g 铜线 ：8 7 6 4 k g 铜线 ：9 5 0 1 k g 产品价格 3 硅钢 ： 1 3 4 8 7 k g 铁铜 比 ：2 _ 3 4 铁铜 比： 2 O 7 铁铜 比： 2 0 4 铁铜 比： 2 - 3 9 产品价格 4 铜线： 5 7 6 0 k g 硅钢 ： 1 24 1 9 k g 铁铜比 2 3 4 硅钢 ： 1 69 6 3 k g 硅钢 ： 1 9 8 9 3 k g 硅钢 ： 2 3 1 2 4 k g 产品价格 5 铜线 ： 4 2 1 7 k g 铜线 ： 6 1 7 0 k g 铜线 ：7 2 7 2 k g 铜线 ： 9 1 8 8 k g 铁铜 比： 2 9 4 铁铜 比： 2 7 5 铁铜 比： 2 7 4 铁铜 比： 2 5 2 最优方案均相同 ， 铁铜 比为 2 3 4； 在价格 5下铁铜 比为 2 9 4 。 2 5 0 0 0 k V A变压器在价格 1 、 2 、 3 、 4、 5下最优方 案均相同， 铁铜 比为 2 _ 3 4 。 3 1 5 0 0 k V A变压器在价格 1 、 2 、 3 、 4下最优方案 均相 同， 铁铜 比为 2 0 7 ； 在价格 5下最优方案铁铜 比为 2 7 5 。 4 0 0 0 0 k V A变压器在价格 l 、 2 、 3 、 4下最优方案 均相 同， 铁铜 比为 2 0 4； 在价格 5下最优方案铁铜 比为 2 7 4 。 5 0 0 0 0 k V A变压器在价格 1 、 2 、 3 、 4下最优方案 均相同 ， 铁铜 比为 2 3 9 ； 在价格 5下最优方案铁铜 比为 2 5 2 。 2 5 0 0 0 k V A变压 器在 价格 1 、 2 、 3 、 4 、 5条件下最 优方案均保持不变， 铁铜比为 2 3 4 ； 其它 2 0 0 0 0 k V A、 3 1 5 0 0 k V A、 4 0 0 0 0 k V A、 5 0 0 0 0 k V A变 压器 在价 格 1 、 2 、 3 、 4条件下最优 方案均保 持不变 ，铁 铜 比为 2 0 4 2 3 9 ；价格 5下铁铜 比为 2 5 2 - 2 9 4。 4 结论 由上 述 系 列计 算 实 例可 知 ，通过 电磁优化设计软件计 算 的 3 5 k V、 1 1 0 k V级 电力变压 器 ，可满足变压器可靠性和经 济性 的要求 。 在设计中，采用电磁优化 得到趋于最优 的电磁方案只是 第一步，还要利用漏磁场和短 路电动力 、 波过程和温度场等相关分析软件进行校 核计算 ， 合理选用电磁屏蔽和磁屏蔽 ， 并与优质原材 料 、 先进工艺工装设备 、 试 验等相结合 ， 这样才能提 高产品可靠性 ， 节约原材料 ， 达到高短路机械强度 、 低损 耗 、 低局放 、 低 温升 、 低 噪声 的 目标 ， 从 而提高 3 5 k V、 1 1 0 k V级电力变压器的技术经济性。 参考文献 ： 1 】 路长柏， 朱英浩， 张怀灵， 等电力变压器计算【 M】 哈尔 滨 ： 黑龙江科学技术出版札 ， 1 9 9 0 【 2 】 余 俊 ， 周 济优化 方法程序 库管 理及应 用【 M J _武 汉 华 中理工大学 出版社 ， 1 9 9 7 3 】 盂大伟基于模