[发明专利]一种油浸式变压器绕组区域结构参数的优化方法

权利要求书

1.油浸式变压器绕组区域结构参数的优化方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：根据变压器的结构及电气参数，基于有限元法，构建变压器的电路—磁场耦合仿真模型，获得绕组区域的电流和磁场分布；

步骤2：根据绕组区域的电流及磁场分布，计算获得每匝导体的电阻损耗和涡流损耗；

步骤3：根据步骤2得到的绕组总损耗，考虑绕组温度对材料及周围流体物性的影响，通过热源加载、材料参数设置、网格剖分和边界条件设置，建立变压器绕组区域的流场—温度场的耦合有限元仿真模型，获得绕组区域的温度、热流密度及周围油道流速的分布特点；

步骤4：采用响应面分析法中的Box-Behnken Design建立数学模型，以热点温度作为优化目标进行实验设计，结合变压器绕组的结构特点，选取影响油浸式变压器绕组区域的结构参数；

步骤5：根据步骤3建立的变压器绕组区域的流场—温度场耦合有限元仿真模型，获得在不同绕组结构参数下的温度场仿真结果，记录绕组热点温度；

步骤6：根据不同结构参数下绕组热点温度，基于design-expert软件，分析步骤4中选取的各结构参数对绕组热点温度的影响规律，获得变压器绕组热点温度与结构参数间的二次回归方程；

变压器绕组热点温度与绕组结构参数间的二次回归方程如下：

T=T(A,B,C,D,E) （1）

在本方程式中，二次回归方程的表达式为：

T=420.1962+58995A+57723B－1.1968C－29.1083D+7.7610E

－0.0008AB－0.0031AC+0.0070AD+0.04844AE+0.0063BC

－0.02063BD－0.0338BE－0.4575CD+0.0700CE－0.2788DE

－0.4795A²－0.3081B²+02506C²+21231D²－07875E² （2）

其中T为绕组热点温度，A为油流入口宽度，B为油流出口宽度，C为入口质量流量，D为水平油道内侧宽度，E为竖直油道底部宽度；

比较方程式的最终值后得出式中各结构因素对绕组热点温度T的影响强弱顺序为：

D＞C＞E＞B＞A （3）

由于入口质量流量C与绕组热点温度T的值呈负相关关系，在式中将入口质量流量C的取值限定为定值，式中其他参数变量的约束条件为：

Amin≤A≤Amax

Bmin≤B≤Bmax

Dmin≤D≤Dmax （4）

Emin≤E≤Emax

其中Amax、Amin分别为油流入口的最大、最小值；Bmax、Bmin分别为油流出口的最大、最小值；Dmax 、Dmin分别为油道内侧宽度的最大、最小值；Emax 、Emin分别为油道底部宽度的最大、最小值；

步骤7：根据步骤6所得的回归方程，通过MATLAB软件计算获得在约束条件内的目标函数，即绕组热点温度的最小值，进而获得当绕组热点温度为最小值时的最佳绕组结构参数。

2.根据权利要求1所述的油浸式变压器绕组区域结构参数的优化方法，其特征在于：步骤2中，每匝导体的总损耗值，为每匝导体上的涡流损耗值和电阻损耗值的总和。

3.根据权利要求1所述的油浸式变压器绕组区域结构参数的优化方法，其特征在于：步骤4中，所述影响油浸式变压器绕组区域的结构参数，包括油流入口宽度，油流出口宽度，入口质量流量，水平油道内侧宽度和竖直油道底部宽度。

4.根据权利要求1所述的油浸式变压器绕组区域结构参数的优化方法，其特征在于：步骤7中，通过MATLAB软件计算获得在约束条件内的目标函数，当绕组热点温度T为最小值时，油浸式变压器绕组区域最佳绕组结构参数的取值如下：油流入口宽度A的取值为6.4mm，油流出口宽度的取值为9.2 mm，水平油道内侧宽度D的取值为7 mm，竖直油道底部宽度E的取值为4.4 mm，入口质量流量C的取值为变压器设计范围内的最大值。