变压器优化设计软件开发
针对行业特点,解决实际问题——Autodesk Inventor在变压器结构设计中的应用
为Ｉ０ １ 千伏、容量为６０ ０ ３ ０ 千伏安的
靠 人工设 计 ，需要 ５ １ 天左右 才 人 ０
（） ３ 现有 的布线方式需要进行长 三绕组有载 变压器产 品为例 ，以往
（） ４ 无法 保证 零部 件设 计数 据 能 完成 ；而 采 用该 系统 设 计 ，仅
需２ 天即可完成 ，设计效率提高 人６ ３ 套Ｉｖ ｎ ｏ软件 ，主要用于产品 ０ ｎｅ ｔ ｒ
新产 品结构优化设计、 电磁计算优 并着手进行软件 的选型工作。
特点。型号为Ｓ Ｚ１ ３ ５０１０ Ｆ１— １０／１ 的变 压器 中低压引线 二维 工程 图，如图
化设计和变压器工程分析计算 ；推
所示 。如果单就 该种结构 而应 用 在 选 型 初 期 ，我 们 了 解 并 １
进行 业计 算机三维可视化设计技术 试 用 了很 多 的三维 软 件 ，通 过对 二维软件设计 ，不考虑结 构计算所
的应 用 ，提高行业数字化技术在生 软件 的操作 性 、设 计性 、应 力分 用时间，仅绘图工作 量就 很大 。而 旦结构发生 了变化 ，导致引线走 产、制造 、试验 、管理 以及经营等 析 功 能 以及 与 其他 软 件 的兼 容性
一
方面的应用水平。
等 方 面 的考察 ，公 司最 终选 择 了 线 发生变化 ，相应的木件夹持结构
维普资讯
曲矗 囊 ０ ， ．
数 字化设计
针对行 业特点 ，解 决 实际问题
Ａ ｔ ｄ ｓ ｎｅ ｔｒ在 变压器结构设计 中的应用 ｕｏ ｅｋＩｖｎｏ
口 沈阳变压器研究所 孟庆 民
从二维到三维的转变
立于１６ 年 ，是具 有很强科研开发 ９０
布线 的关键是 “ 工作点”的选 取 。在实际工作 中，应尽可能多选
变压器绿色设计产品报告
变压器绿色设计产品报告1. 引言变压器作为电力系统中重要的设备之一，承担着电能传输和分配的重要角色。
然而，传统变压器在运行过程中存在着能源浪费、热量损失和环境污染等问题。
为了解决这些问题，绿色设计概念在变压器领域应运而生。
本报告旨在介绍一种绿色设计的变压器产品，通过优化设计和运行方式，实现能效提升和环境保护。
2. 产品特点与优势该绿色设计的变压器产品具有以下特点与优势：2.1 高效能该产品通过采用高效能的电磁材料和线圈结构，降低了能源损耗和热量损失。
在传输和分配电能的过程中，能量的转化效率高，大大提高了整个系统的能效。
2.2 低噪音通过合理设计产品结构和优化叶片形状，减少了变压器运行时的噪音。
降低了对周边环境和用户的干扰，提高了使用者的舒适感。
2.3 绿色环保该产品采用无毒、无害、可再生的材料，有效避免了对环境的污染。
在生产和运行过程中，减少了有害气体的排放和废弃物的产生，更加符合可持续发展的要求。
2.4 智能化管理该产品配备了智能化管理系统，能够实时监测和控制变压器的运行状态和效率。
通过数据分析和优化运行算法，提高了系统的响应速度和效能。
3. 技术方案与实施3.1 优化材料通过选择高效能的电磁材料，降低磁导率和电阻率的损耗，最大程度地提高能源转化效率。
同时，选用无毒无害的环保材料，避免对环境和人体的损害。
3.2 改进线圈结构通过优化线圈的结构，减少线圈的阻抗和电阻，降低能源的损耗和热量的产生。
同时，增加线圈的通风散热能力，提高整个系统的稳定性和安全性。
3.3 优化叶片设计通过优化叶片的形状和材料，减少变压器运行时的气流噪音。
提高传热效果，降低热量产生和能源损耗。
3.4 智能化管理系统通过引入智能化管理系统，实时监测和控制变压器的运行状态和效率。
通过数据分析和优化运行算法，提高系统的能效和响应速度。
4. 实施效果与应用场景经过实际应用和改进，该绿色设计的变压器产品已经取得了显著的效果。
在能源传输和分配中，提高了能源的利用率和整体效能，降低了对环境的污染和对人体的辐射。
非晶合金变压器计算机优化设计系统开发
计算
非 晶合 金 变压 器计 算机 优 化 设计 系统 开 发
王 猛 ， 尹 华 杰 ， 叶 长 青
（ １ ． 华 南理 工 大 学 电 力 学 院 ， 广东 广州 ５ １ ２ ０ ０ ０ ； ２ ． 惠 州 出入境 检 验 检 疫 局 ， 广东 惠州 ５ １ ６ ０ ０ ０ ）
Ｑｕ ａ ｒ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｅ Ｂｕ ｒ ｅ ａ ｕ， Ｈｕ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ６ ０ ０ ０， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ａ ｍｏｒ ｐ ｈｏ ｕ ｓ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏｒ ｍｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｒ ｙ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ，ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｉ ｍｐ ｒ ｏ —
Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｂ ａ ｓ ｉ ｃ 、 Ａｃ ｃ ｅ ｓ ｓ 、 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 和 Ａｕ ｔ ｏ Ｃ ＡＤ相 互协作 的计 算 机优 化 设 计 系统 。该 系统 能 够 快速 、 高 效地 实 现 集 电磁 计算 、 结 构设计 及 图样 自动绘 制 于一体 的优 化设 计过 程 ， 为产 品的优 化和 推 广提 供 了有 力条件 。
ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｌ ｙ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ａ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｘ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ａ ＤＢ ａ ｓ ａ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｌ ｙ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｉ —
SolidWorks和Excel在变压器铁心设计中的应用
设计研发 Research & DesignSolidWorks 和 Excel 在变压器铁心设计中的应用一般进行系列化设计都需要购买专业的软件设计模块，对变压器设计来说ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ与基本的 办公软件 Ｅｘｃｅｌ 结合就可以实现。
■ 丁宇 孔凡武 ／ 保定天威集团（江苏）五洲变压器有限公司随着计算机技术的发展，传统的二维 ＣＡＤ 代替 了绘图板，提高了绘图效率，但对产品设计 改进分析并没提高，而三维软件能够参数化设计，构建 三维实体产品模型，以模型为基础，进行产品装配和干 涉检查，对重要零件进行分析，优化设计。
ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 是 市场上普遍流行的一种三维软件，其功能强大，完全能 满足变压器参数化设计，系列化设计。
变压器的发展促进了设计标准化的提高，标准结构 的定型，变压器产品开发和设计过程中借用、通用的部 分越来越多，这样为了提高设计效率，就得进行标准化、 系列化设计。
一般进行系列化设计都需要购买专业的软 件设计模块，价格昂贵，操作复杂。
对变压器设计来说 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 与基本的办公软件Ｅｘｃｅｌ结合就可以实现。
１ 基于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ变压器铁心三维 参数化系列化设计方法现在铁心三维设计已有多种方法，例如按变压器铁 心柱中心线绘制好一个框架，再绘制铁心截面，截面中 心穿过中心线，用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 的扫描命令，可以完成。
但 每次都要绘出铁心截面，而且生成的模型与真实铁心有 一定的差别，真实的铁心是一片片硅钢片叠积而成，按 真实片型拉伸叠积会重复参数较多，而且工作量大。
有 没有又真实表达整个铁心加工过程，又能提高效率的 呢？那就要把铁心设计过程做成一个系统，进行参数化， 系列化设计。
大部分变压器设计人员都用 Ｅｘｃｅｌ 做变压器设计单， 易学、实用。
设计单中已经算好电磁计算，同时也决定 了铁心的直径、片宽和叠厚，这些与 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 有序的 结合就可以实现铁心模型的参数化、系列化生成。
高过载配电变压器的优化设计
高过载配电变压器的优化设计高过载配电变压器是一种能够在短时间内承受过载电流的配电变压器，其优化设计旨在提高其过载能力和性能稳定性，从而满足电力系统对于配电变压器高过载的需求。
高过载配电变压器的优化设计应考虑其导磁能力。
导磁能力决定了变压器的过载能力，因此应通过合理的磁路设计提高导磁能力。
采用磁路段间串联的设计方法，可以增加磁场的通行时间，提高磁通密度，从而提高导磁能力。
高过载配电变压器的优化设计应考虑其散热能力。
由于承受过载电流会使变压器产生较大的热量，因此应设计优良的散热系统来保证变压器的散热能力。
采用铜管散热器可以增加散热表面积，提高散热效果；加装风扇散热装置可以增强风流，提高散热能力。
高过载配电变压器的优化设计应考虑其绝缘能力。
在高过载状态下，变压器内部的电压和电流较大，容易产生击穿和放电现象，从而损坏变压器。
应选用高绝缘材料来提高变压器的绝缘能力，如采用高绝缘强度的绝缘油和绝缘材料，使变压器能够在高过载条件下安全运行。
高过载配电变压器的优化设计应考虑其电磁屏蔽能力。
由于过载电流会产生较强的电磁场，容易对周围设备产生干扰，甚至损坏设备。
应采取合理的电磁屏蔽措施，如采用电磁屏蔽材料和设计合理的电磁屏蔽结构，来减小电磁辐射和电磁干扰。
高过载配电变压器的优化设计还应考虑其体积和重量。
过载能力的提高往往伴随着变压器的体积和重量的增加，而在实际应用中，空间和成本往往是有限的。
应通过合理的设计和优化来降低变压器的体积和重量，从而满足实际应用的需求。
高过载配电变压器的优化设计应综合考虑导磁能力、散热能力、绝缘能力、电磁屏蔽能力以及体积和重量等因素，以提高其过载能力和性能稳定性，满足电力系统对于配电变压器高过载的需求。
通过合理的设计和优化，可以提高高过载配电变压器的工作效率和安全可靠性，提高电力系统的供电质量和稳定性。
基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算
基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算薛飞;陈炯;周健聪;李忠【摘要】应用传热学和流体力学原理分析了变压器内部生热以及散热机制,建立了流固耦合的变压器温度场有限元分析模型,并在此基础上选取了适当的边界条件及求解参数,在综合考虑非线性热源以及随温度变化的油动力粘度的前提下,采用有限元分析软件ANSYS计算了变压器内部的温度场分布,确定了热点的温度及位置.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)002【总页数】5页(P113-116,126)【关键词】油浸式变压器;热点温度;温度场;流固耦合;有限元;ANSYS软件【作者】薛飞;陈炯;周健聪;李忠【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300【正文语种】中文【中图分类】TM411;TM743随着电力建设的不断推进，电力设备朝着大型化方向发展，但大型变压器的内部温升控制问题一直是近年来困扰电网运行部门的技术难题之一.《GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则》中明确指出:“绕组最热区域内达到的温度，是变压器负载值的最主要限制因素，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值”.[1]当热点温度超过指定限值时，会加速绝缘老化，缩短变压器寿命，影响变压器的正常运行.因此，开发合适的温度场计算技术，准确计算绕组热点温度及位置是亟待解决的问题.目前，计算变压器热点温度的依据一般是实验结果和实践经验，但其误差较大，不能反映最热点温度和变压器内部整个温度的分布，并且难以确定热点的准确位置.[2]因此，笔者从传热学和流体力学理论出发，结合强大的有限元分析软件ANSYS，建立了油浸式变压器的有限元分析模型，分析并计算了变压器稳态运行下的温度场分布，较为准确地定位出热点的位置.1 发热及传热原理1.1 变压器的热源变压器内部的热量主要由损耗转化而来，包括绕组损耗和铁心损耗，可以表示为:[3]式中:PT——总损耗;PC——铁心损耗;PL——绕组损耗.绕组中的损耗包括直流电阻损耗、涡流损耗及杂散损耗等，其中直流电阻损耗占主要部分，可表示为:式中:I2R——绕组的电阻损耗;PW——绕组中的涡流损耗;PZ——杂散损耗.铁心损耗主要由铁心中的磁滞损耗和涡流损耗构成，可以表示为:式中:P1——铁心中的磁滞损耗;P2——铁心中的涡流损耗;δh——磁滞损耗系数;δe——涡流损耗系数;f——电流频率，Hz;Bm——磁通密度的最大值，Wb/m2.绕组的涡流损耗和直流电阻损耗产生的热量直接作用于绕组，从而引起绕组温度升高，并且也是变压器内部热量的主要来源.1.2 传热机理分析对于油浸式变压器来说，运行中所产生的热量主要以传导和对流方式进行传递，其热量散失过程如图1所示.图1 变压器内部传热原理示意热量的传递过程分为4个部分:一是铁心、绕组产生热量，经内部传导，热量传递到与油接触的外表面;二是外表面的热量经过对流传递到油，油温逐渐升高;三是变压器油向上流动，接触油箱壁，油温下降，油向下流动;四是冷油回到底部又重新流入绕组，形成了闭合的对流路线.油箱壁对空气的辐射传热可忽略不计.因此，热传递在变压器内部固体间表现为热传导，在固体与油之间表现为对流.通过适当假设以及参照能量守恒定律可得出热传导的数学模型[4]假设如下.(1)绕组为各向同性的连续介质.(2)导体的密度、比热容和导热率均为常物性.(3)导体内部有热源且均匀分布.q v为单位体积的生热率，V为导体体积，则qv=P/V.所得微分方程式如下:式中:a——热扩散率，即导温系数;λ——导热系数;c——比热;ρ——密度.在不考虑时变的稳态传热时，式(4)可简化为:对流主要取决于对流换热系数、固体与油流温度差、换热表面积，实际工程中采用牛顿冷却公式:[2]式中:hf——对流换热系数;S——换热表面积;tw——固体表面温度;tf——油流温度.由于对流过程中油的导热系数、比热及密度都是温度的函数，因此正确确定hf是计算变压器内部温度场的关键.[5]2 ANSYS模型的建立ANSYS软件是融合电场、磁场、温度场于一体的大型通用有限元分析软件.其强大的多物理场耦合计算功能使其在跨领域多变工程中得到广泛的使用.[6] ANSYS Workbench Environment(AWE)作为新一代多物理场协同 CAE仿真环境，集建模、有限元分析、优化设计3大模块于一体，为设计人员提供了系统级的解决方案.本文就是利用Workbench对油浸式变压器内部流固耦合的环境进行仿真分析.2.1 确定边界条件及物性参数本仿真过程为稳态求解，即发热和散热达到热平衡.固体所用的比热、导热系数及材料密度均为常数，油的物性参数采用拟合输入，见表1.热源密度为常数，环境温度及初始油温为20℃.表1 变压器油物性参数油的物性数拟合公式动力粘度μ μ=11.71exp(－0.02T)密度ρ ρ=894－0.6(T－273)比热 C C=807.163+3.58T本文所模拟的油浸式变压器只考虑自然对流，并且忽略油箱壁对空气的辐射散热，因此用到两类边界条件，即第1类边界条件和第3类边界条件.油与铁心、绕组及油箱壁之间是典型的对流换热，属第3类边界条件，满足:式中:λ——导热系数;n——法方向.由于油箱的几何形状比较规则，因此自然对流换热系数hf可取均值.式中:Nu——努塞尔数;Ra——瑞利数，Ra=GrPr;G r——格拉晓夫数;α——热膨胀系数，α =1/T;β——运动粘度，m2/s;H——特征尺寸，m;Δt——温差，℃;C，n——比热和法方向，数值由试验确定;Pr——普郎特数.油流与绕组的对流散热比较复杂，由于各绕组的生热率、几何形状及空间位置都不同，使得它们与油之间的hf相差较大，不能采用均值.事实上，油流可分为层流和湍流，两者换热效果相差较大，可通过雷诺系数Re来判断:式中:v——流体流速;ρ——流体密度;L c——特征尺寸;μ——动力粘度.当Re＜2 300时，流动为层流，反之为湍流.对于油箱壁面则用到了传热学中的第1类边界条件，即规定流体边界上的温度为常数20℃.2.2 仿真模型及网格划分本文所选变压器为三相对称，且各相关量的变化成轴对称，即温度场的分布在变压器内部沿圆周方向没有梯度变化，这里选用其中一相，作1/4三维轴对称圆柱体模型进行温度场计算.模型的参数如下:油箱尺寸为820 mm×800 mm×500 mm;铁心导热系数为40 W/mK;生热率为9 651.39 W/m3;绕组导热系数为336W/mK;低压绕组平均生热率为28 954.17 W/m3;高压绕组平均生热率为12 578.81 W/m3.网格划分的方式对分析结果影响较大，本模型为流固耦合模型，因此采用完全非结构化分段划分方法，[7]在耦合交界面以及温度梯度较大的部位网格较细，这样在保证精度的前提下又不至于过分影响系统的计算效率.网格划分后的局部模型如图2所示.图2 模型上端部网格划分2.3 程序计算流程仿真计算流程如图3所示.需要注意的是，要先建立流体场分析模型，在此基础上再建立固体模型，添加材料属性和划分网格.计算结束后对每一次的计算结果进行收敛性以及精度的判断，当精度未达到要求时，返回修改流场参数及网格参数，然后再次进行迭代计算，直到达到足够精度为止.[8]图3 仿真计算流程2.4 仿真结果及分析利用ANSYS软件计算了在环境温度20℃下，额定容量为2 500 kW且在额定负荷运行下的变压器的温度场分布情况，其轴截面温度场分布如图4所示.图4 温度场分布从图4可以看出，铁心及绕组的温度分布都不均匀，下部温度低，上部温度高;最低温度出现在铁心的下端部分，最热点则出现在低压绕组内侧轴向80% ～85%处，其温度为85.7℃，低于变压器所规定的参考温度98℃.[1]从传热学及流体力学的角度考虑，热量从绕组的内侧以一定的传导系数向外传热，在绕组表面与油接触后进行对流换热，沿轴向向上流动，因此要带走一部分热量;同时，绕组上端部散热效果比下端部差，从而使得上面温度高于下面温度;高压绕组在外层，散热效果比低压绕组好，因此温度低于低压绕组.3 结语本文采用ANSYS软件对油浸式变压器进行了建模与仿真，考虑油粘滞度随温度的变化及非线性的绕组发热功率，最后得到变压器内部温度场分布图，并结合传热学及流体力学的原理对所得结果进行了分析.经与经验测量结果及 IEEE推荐方法计算值对比发现，计算精度可满足工程要求，同时也为热点位置的定位提供了理论依据. 参考文献:【相关文献】[1]中国电器工业协会.GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则[S].北京:中国标准出版社，1994.[2]傅晨钊，汲胜昌，王世山.变压器绕组温度场的二维数值计算[J].高电压技术，2002，28(5):10-12.[3]陈伟根，苏小平，周渠，等.基于顶层油温的变压器绕组热点温度计算改进模型[J].重庆大学学报，2012，35(5):69-75.[4]曲德宇，刘文里，韩波.干式变压器绕组温度场的二维数值分析[J].变压器，2011，48(12):21-25.[5]崔伟，张喜乐，李永刚，等.基于Fluent软件的干式变压器绕组热点温度计算与分析[J].电力科学与工程，2011，27(1):32-35.[6]温波，刘爽，冯加奇，等.油浸式电力变压器绕组温度场的二维仿真分析[J].变压器，2009，46(9):35-38.[7]杜莉，王秀春.油浸式变压器内流场和温度场的数值模拟研究[J].变压器，2012，49(1):19-22.[8]李季，罗隆福，许加柱.电力机车主变压器油箱三维温度场有限元分析[J].高电压技术，2005，31(8):21-23.。
hfss 变压器动态电容
hfss 变压器动态电容变压器是电能传输和转换的重要设备，其主要作用是将电能从一个电路传输到另一个电路，并改变电压和电流的大小。
在变压器的设计和分析中，动态电容是一个关键参数，它影响了变压器的性能和稳定性。
在本文中，我们将深入探讨H F S S（H i g h F r e q u e n c y S t r u c t u r e S i m u l a t o r）软件中的变压器动态电容。
首先，我们来了解一下H F S S软件。
H F S S是一款由美国A N S Y S公司开发的3D电磁仿真软件，广泛应用于各种电磁场问题的仿真分析。
它的主要特点是能够模拟高频电磁场，并提供准确的仿真结果和优化设计。
在变压器设计中，H F S S可以帮助我们分析变压器的电磁特性，包括动态电容。
动态电容是指变压器在工作过程中，由于电压和电流的变化而产生的电容变化。
它通常用来描述变压器的电容变化速率和响应特性。
变压器的动态电容主要由变压器线圈和磁芯的几何结构、材料特性和工作频率等因素决定。
在H F S S中，我们可以通过对变压器进行仿真来计算和优化动态电容。
在使用H F S S进行变压器动态电容分析时，我们需要按照以下步骤进行操作：第一步，建立变压器模型。
在H F S S中，我们可以使用3D几何模型构建变压器的线圈、磁芯和绝缘层等部分。
通过几何模型，H F S S可以准确地计算出变压器的电磁场分布和动态电容。
第二步，设置材料特性和工作频率。
在HF S S 中，我们可以选择合适的材料特性，包括导体的电导率、绝缘材料的介电常数等。
此外，还需要设置变压器的工作频率，以确保仿真结果的准确性。
第三步，设置边界条件和激励信号。
在HF S S 中，我们可以设置适当的边界条件和激励信号，以模拟真实的工作环境。
边界条件可以是自由空间边界、导体壳体边界等，激励信号可以是电压源或电流源等。
第四步，运行仿真并分析结果。
在H F S S中，我们可以通过点击"运行"按钮来开始仿真。
电力变压器的节能改造与优化设计
电力变压器的节能改造与优化设计电力变压器是电力系统中不可或缺的设备，它负责将高压电能转换成适合分配和使用的低压电能。
然而，传统的电力变压器存在着一定的能源浪费和效率低下的问题。
为了提高能源利用效率，减少环境污染，节能改造和优化设计是必要的。
本文将探讨电力变压器的节能改造与优化设计的相关问题。
一、电力变压器的节能改造1. 环保材料的应用：在电力变压器的节能改造中，环保材料的应用是一项重要的措施。
传统的变压器绝缘材料多为油，油污染和电介质老化导致能效下降。
而采用环保的新型绝缘材料，如干式绝缘材料或酚醛纸板，可以降低能源损耗，提高效率。
2. 温度控制技术：电力变压器在工作过程中会产生热量，导致能源的浪费。
采用先进的温度控制技术可以有效降低能量损耗。
例如，安装温度传感器和控制回路，实时监测和调节变压器的温度，保持在最优工作状态。
3. 高效换热系统：电力变压器的换热系统也是一个重要的节能改造方向。
传统的冷却系统往往效率低下，造成能量的浪费。
采用高效的换热器和冷却系统，可以提高能源利用效率，减少能量损耗。
二、电力变压器的优化设计1. 合理选择变压器容量：在电力系统设计中，合理选择变压器的容量是至关重要的。
如果变压器的容量过大，会造成能源的浪费。
而容量过小则会引起电能不足的问题。
因此，在优化设计中，需要综合考虑电力需求、负载预测等因素，选择合适的变压器容量。
2. 优化变压器设计参数：变压器的设计参数对其工作效率和能源利用率有着重要影响。
通过优化设计参数，可以提高变压器的效率，减少能量损耗。
例如，合理设计变压器的磁路结构和线圈，优化铁芯材料的选择和处理工艺等。
3. 智能监测与维护：采用智能监测技术，可以实时监测变压器的工作状态和能效情况，及时发现问题并采取措施。
此外，定期进行维护和保养，例如清洗冷却系统、检查绝缘材料等，也是确保变压器能效的关键。
三、电力变压器的节能改造与优化设计的意义1. 节约能源资源：通过电力变压器的节能改造和优化设计，可以减少能源的浪费，实现能源资源的有效利用。
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变压器优化设计软件开发
摘要：本软件编程语言为Visual Basic和C++，编程语言和变压器设计原理相结合。
采用分层遗传算法实现变压器的优化设计，并以220kV两圈变压器为实例进行验证，改进的MLGA比单层传统GA成本节省了3.02%，比手工设计方案节约9.48%。
开发了10-220kV等级变压器的优化设计软件及界面，实现变压器设计人员由手工计算向计算机软件计算转变。
关键词：Visual Basic；变压器设计原理；分层遗传算法；变压器优化设计
1 概述
变压器优化设计软
件节约设计成本，提高设计质量，缩短产品的开发周期，将人工智能技术、数据库技术应用于设计中去，快速设计其结构方案，进一步提高公司的技术水平、企业形象和在市场中的核心竞争力。
研究基于知识工程的计算机集成系统对变压器制造企业在“以市场需求为中心”的激烈竞争中有着很强的应用价值，对我国变电设
备制造企业和国民经济的发展有重要的现实意义[1]。
2 分层遗传算法的原理
本软件采用改进的分层遗传算法进行优化设计，传统的遗传算法是将所有设计优化变量进行编码形成一个向量（染色体），然后由染色体组成一个种群进行进化操作；分层遗传算法的基本思想是将设计优化变量根据工程实际权重或优化先后顺序分类并进行独立编码，放置在不同的层中，每层中可以有多个种群进行并行的遗传操作，因此每个种群可以采用不同的遗传算子、不同的遗传参数，并行的设计。
不失一般性，这里以三层遗传优化算法为例，简要介绍分层遗传算法原理[2]。
如图1所示。
第一层GA1是控制其他模块的独立遗传算法，第二层GA2和第三层GA3分别由一系列的模块组成，每个模块对应一个子问题，每个子问题对应一个独立的GA，且同一层中的各个模块的编码相同。
一个独立的GA可以用以下格式来描述：
GA=（PO,PS,IS,FIT,SO,CO,MO）
(1)其中PO、PS、IS、FIT，分别表初始种群、种群大小、编码长度以及适应度值，SO、CO、MO分别代表选择、交叉、变异，故分层遗传算法可以用下式描述：
GAij=（POij,PSij,ISij,FITij,SOij,COij,MOij）
(2) 其中下标i和j表示分层遗传算法第i层第j个模块，GAij表示用独立遗传算法求解第i层第j个模块。
由于上层和下层以及同层相邻模块之间的影响，考虑上层和下层之间的影响，GAij可以表示为式(3)。
GAij={POij（GAi-1,j）,PSij（GAi-1,j）,ISij（GAi-1,j）,FITij（GAi-1,j）,SOij （GAi-1,j）,COij（GAi-1,j）,MOij（GAi-1,j）}（3）
如果考虑同层相邻模块的影响则GAij表示为式(4)。
GAij={POij（GAi-1,j,GAi-1,j,GAi-1,j）,PSij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,
ISij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,FITij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,
SOij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,COij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,
MO（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）}（4）
可以看出GAij除了受到自身的变量数目、变量变化范围以及目标解的精度的影响外，还受到上层GAi-1,j或者同层模块GAi,j-1和GAi,j +1的影响。
分层遗传算法的优点在于：
1) 动态编码：下层染色体的编码长度、设计变量的变化范围和精度等随着上层染色体的编码动态的调节变化。
2) 抑制早熟：同层中不同模块进行并行的遗传操作，且相对独立，能有效增强群体的多样性，如果其中一个子模块陷入局部最优，可以通过其它模块的进化跳出局部搜索，在全局范围内进行搜索.
3) 动态调整遗传因子：每个子模块之间的关系相对独立，所以选择、交叉、变异、种群大小、进化代数等遗传操作可以在程序实现时动态的变化。
3 数据流程图
变压器设计涉及大量的数据，各种材料的数据，初始参数以及最后输出数据等，故需要合理、有序的加以管理，图2为数据流程图。
4 电力变压器电磁优化设计软件开发
本文完成了35kV、63kV、110kV、220kV四个电压等级油浸式电力变压器的电磁优化设计程序，并通过与手工设计的计算结果比较，验证了程序的正确性和有效性。
1) 电压等级选择模块
设计者进入软件后首先需要选择电压等级，如图3所示，使用者在四个子模块中进行具体的参数设置，以便进一步计算优化，在子模块中用户也可以重新选择电压等级从而跳到另一个电压等级的子模块设计中去。
2) 数据库管理
不同电压等级变压器的数据库是不一样的，故各自有独立的数据库，数据库所包含的内容如图4所示。
用户可以对数据库里的参数进行修改，比如图4对35kV等级变压器饼式线圈和层式线圈的材料数据进行了分开管理，所有的管理都是基于文本文件操作完成，减少数据冗余度，以便于优化程序计算时候读取，提高计算速度。
3) 主界面模块
主界面如图5所示，在主界面中，用户可以管理所选择的电压等级的数据库、进行变压器设计、产品管理等，此时其它电压等级的数据库则被软件自动屏蔽。
4) 变压器主要性能指标输入模块
由于不同电压等级的变压器优化计算的参数设置不尽相同，且每种电压等级的计算模块是相互独立运行的，每次用户只能看到和操作所选电压等级的计算参数设置子界面，其它界面则自动屏蔽，如图6和7所示。
5)优化计算和结果查看
参数设置全部完成后才可以进行优化计算，只要有数据没输入即会自动提示，优化计算完成后可以以文本格式和EXCEL电子表格两种形式查看优化结果，如图8所示，其中文本形式的结果方便设计人员快速查看优化结果的优劣，而电子表格形式的结果是以变压器厂常用的模版输出的，方便设计人员找出各个变量所在的位置，同时也方便公司做出快速的竞标报价等商业性质的活动。
5 实例验证
本文是在满足所有约束条件下取成本最少为最佳方案。
以220 kV两圈无载变压器优化，取单层GA种群个体数300，迭代次数为70，双层GA取第一层种群个体为10，第一层迭代次数为10，第二层种群个体为21，第二层迭代次数也
为10。
如表1所示改进的MLGA比单层传统GA成本节省了3.02%，比手工设计方案节约9.48%。
图9为单层遗传算法和分层遗传算法的适应度值比较，可以看出双层GA跟单层GA相比更早收敛和找到较优解。
6 结论
本文研究了分层遗传算法的原理，将分层遗传算法应用于电力变压器优化的问题中，结合两圈变压器的设计实例，将该算法与传统遗传算法及手工设计方案进行比较，可以看出分层GA在成本上优于传统GA和手工设计方案，比手工设计时间节约更加明显，这给企业带来可观的经济效益。
其次，本文给出软件各个模块的介绍，可以看出此软件具有操作简单、界面美观的特点。
参考文献
[1] 尹克宁，变压器设计原理[M]，中国电力出版社,2002.
[2]Li Q S, Liu D K, Leung A Y T, et al. A multilevel genetic algorithm for the optimum design of structural control systems[J]. INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN ENGINEERING, 2002; 55:817-834 .。