一种变压器绝缘强度优化设计方法

本发明涉及一种变压器绝缘强度设计，具体涉及一种变压器绝缘强度优化设计方法。

背景技术：

1、绝缘是电力变压器必不可少的部分，在诸多变压器故障中，变压器的绝缘故障占了绝大多数。雷电过电压过电压冲击会引起变压器绝缘击穿，它由雷云放电引起，由气象条件决定，具有不可预测不可控的特点。雷电过电压可直接作用于变电设备，也可通过输电线路，传入变电设备，其波头陡，波峰高，发生次数频繁，极易导致变压器的损坏。对于变压器设计生产厂家而言，保证其设计生产的变压器有足够的绝缘强度是必不可少的。若用实验校核，当设计并生产了一台样机，并进行了耐压试验才发现变压器绕组击穿，则需要重新设计图纸，会拉长变压器的设计周期，并会大大增加变压器设计生产成本。而计算机仿真计算具有简单、快速和高效的特点，只需对变压器进行建模计算，即可在短时间内得到场强分布，并可根据计算结果及时调整设计方案。相较于直接生产样机进行耐压实验验证，计算机仿真计算的方法更加方便高效，且具有更高的经济性。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种变压器绝缘强度优化设计方法，该方法能够实现变压器绝缘强度的优化设计，使其饼间绝缘和绕组间绝缘设计达到最优。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种变压器绝缘强度优化设计方法，包括以下步骤：

4、1)确定优化对象，所述优化对象包括变压器的饼间绝缘和绕组间绝缘；

5、2)构建变压器不同绝缘结构设计方案；

6、3)使用基于fortran自编程的波过程计算软件进行波过程计算，即在基于fortran自编程的波过程计算软件中输入不同绝缘结构设计方案的变压器相关参数，得到各方案对应的变压器饼间以及绕组间场强的分布情况，选择最优的变压器场强作为最终的设计方案，完成变压器绝缘强度的优化设计。

7、步骤2)中变压器不同绝缘结构构建的设计对象为绕组的匝数和线径、绕组的绕制方式、匝间的绝缘距离、饼间的绝缘距离以及绕组与铁心的绝缘距离，同时考虑绝缘材料以及绕组的层数之间的组合，以构成变压器多种绝缘结构的设计方案。

8、步骤3)中波过程计算步骤为：

9、31)基于fortran自编程的波过程计算软件利用输入的变压器相关参数建立变压器集总参数模型；

10、32)基于变压器集总参数模型，推导相应的电路方程，运用广义特征值法，求得电路方程的解析解，得到各单元的对地电位；

11、33)根据各单元的对地电位计算变压器饼间以及绕组间的场强分布。

12、步骤3)的具体操作为：

13、41)在基于fortran自编程的波过程计算软件中输入不同绝缘结构设计方案的变压器相关参数，基于fortran自编程的波过程计算软件通过计算给出不同设计方案的变压器饼间以及绕组间场强分布情况；

14、42)将不同绝缘结构设计方案的设计对象(绕组的匝数和线径、绕组的绕制方式、匝间的绝缘距离、饼间的绝缘距离以及绕组与铁心的绝缘距离)与变压器波过程计算结果进行数值拟合，得到绕组绕制与绝缘距离对变压器饼间以及绕组间场强的影响之间的变化规律；

15、43)根据绕组绕制与绝缘距离对变压器饼间以及绕组间场强的影响之间的变化规律，结合变压器绝缘介质的击穿场强，并以变压器的应用场景及客户需求为标准，选择最优的设计方案作为变压器的最终设计方案，完成对变压器的绝缘强度优化设计。

16、所述不同绝缘结构设计方案的变压器相关参数包括变压器结构尺寸，包含铁心、线圈、线饼、油道、垫块以及屏线的尺寸；各部分的等值介电常数，包含绕组间等值介电常数、饼间等值介电常数、绕组与油箱间等值介电常数以及绕组与铁心间等值介电常数；绕组的绕制方式，包含连续式、纠结式、螺旋式以及内屏式等；输入标准雷电波形的参数。

17、实现所述方法的变压器绝缘强度优化设计系统，包括：

18、优化对象确定模块：用于确定优化对象，其中所述优化对象包括变压器的饼间绝缘和绕组间绝缘；

19、构建设计方案模块：用于构建变压器不同绝缘结构设计方案；

20、波过程计算模块：基于fortran自编程的波过程计算软件中，输入不同绝缘结构设计方案的变压器相关参数，得到各方案对应的变压器饼间以及绕组间场强的分布情况；

21、最优设计方案选择模块：选择最优的变压器场强作为最终的设计方案，完成变压器绝缘强度的优化设计。

22、所述波过程计算模块包括：

23、建立变压器集总参数模型模块：基于fortran自编程的波过程计算软件利用输入的变压器相关参数建立变压器集总参数模型；

24、各单元的对地电位获得模块：基于变压器集总参数模型，推导相应的电路方程，运用广义特征值法，求得电路方程的解析解，得到各单元的对地电位；

25、计算场强分布模块：根据各单元的对地电位计算变压器饼间以及绕组间的场强分布。

26、一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法。

27、一种计算设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序分别存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的指令。

28、本发明具有以下有益效果：

29、本发明所述的变压器绝缘优化设计方法在具体操作时，确定优化对象，构建变压器多种绝缘结构的设计方案，并利用基于fortran自编程的波过程计算软件计算各设计方案对应的变压器的饼间以及绕组间场强分布，然后从中选取最优变压器的场强分布最终的设计方案，使得变压器饼间以及绕组间绝缘设计达到最优，同时需要说明的是，本发明采用基于fortran自编程的波过程计算软件，可以直接输入需要设计的变压器的结构参数，通过软件计算给出饼间以及绕组间场强，为设计人员提供了操作简单、结果精准的设计依据，大大减小了设计人员的劳动强度。

技术特征：

1.一种变压器绝缘强度优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的变压器绝缘强度优化设计方法，其特征在于，变压器不同绝缘结构构建的设计对象为绕组的匝数和线径、绕组的绕制方式、匝间的绝缘距离、饼间的绝缘距离以及绕组与铁心的绝缘距离，同时考虑绝缘材料以及绕组的层数之间的组合，以构成变压器多种绝缘结构的设计方案。

3.根据权利要求1所述的变压器绝缘强度优化设计方法，其特征在于，波过程计算步骤为：

4.根据权利要求1所述的变压器绝缘强度优化设计方法，其特征在于，基于fortran自编程的波过程计算软件中，输入不同绝缘结构设计方案的变压器相关参数，得到各方案对应的变压器饼间以及绕组间场强的分布情况，选择最优的变压器场强作为最终的设计方案，完成变压器绝缘强度的优化设计的具体操作为：

5.根据权利要求4所述的变压器绝缘强度优化设计方法，其特征在于，所述不同绝缘结构设计方案的变压器相关参数包括变压器结构尺寸，包含铁心、线圈、线饼、油道、垫块以及屏线的尺寸；各部分的等值介电常数，包含绕组间等值介电常数、饼间等值介电常数、绕组与油箱间等值介电常数以及绕组与铁心间等值介电常数；绕组的绕制方式，包含连续式、纠结式、螺旋式以及内屏式；输入标准雷电波形的参数。

6.实现权利要求1所述方法的变压器绝缘强度优化设计系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的变压器绝缘强度优化设计系统，其特征在于，变压器不同绝缘结构构建的设计对象为绕组的匝数和线径、绕组的绕制方式、匝间的绝缘距离、饼间的绝缘距离以及绕组与铁心的绝缘距离，同时考虑绝缘材料以及绕组的层数之间的组合，以构成变压器多种绝缘结构的设计方案。

8.根据权利要求6所述的变压器绝缘强度优化设计系统，其特征在于，所述波过程计算模块包括：

9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行权利要求1至5任一项所述的方法。

10.一种计算设备，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种变压器绝缘强度优化设计方法，首先确定优化对象，所述优化对象包括变压器的饼间绝缘和绕组间绝缘；然后构建变压器不同绝缘结构设计方案；最后使用自编程软件进行波过程计算，即在基于FORTRAN自编程的波过程计算软件中输入不同绝缘结构设计方案的变压器相关参数，得到各方案对应的变压器饼间以及绕组间场强的分布情况，选择最优的变压器场强作为最终的设计方案，完成变压器绝缘强度的优化设计。本发明方法能够实现变压器绝缘强度的优化设计，使其饼间绝缘和绕组间绝缘设计达到最优。

技术研发人员：张那明,马欣,王曙鸿,段娜娜,牛博,王荆,郭璨,吴昊
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15