1引言
随着煤炭工业的高速发展 ，新型自动化采掘 设备使用矿用隔爆型干式变压器的需求量不断增 大 ，同时矿用隔爆型干式变压器的容量也越来越
大。国家标准 GB8286—2005((矿用隔爆型移动变电 站》中规定了额定容量 50kVA-4 0o0kVA，高压额定
电压6kV、lOkV，低压额定电压400V、693V、l 200V、 3 450V系列产品规格达40多个。
矿用隔爆型干式变压器电磁优化程序的目标是 在满足技术要求的前提下，提出系列产品{zj0}经济 性的设计方案，从而降低变压器制造成本。电磁优化
程序的开发首先要有合理的优化计算方法；其次是 满足变压器设计的实用性能。既能进行符合标准的
系列设计，又能进行受材料、模具限制的工程设计； {zh1}是程序界面，易于使用者操作并减少人机对话 输入量。
2优化程序实现方式
2．1
优化方法选取 变压器的优化设计，有很多种方法可以实现。穷 举法是在有限个变量中进行组合计算，从中选出最
优解，是目前应用xxx、最成熟和最广泛的优化方法。穷举法的缺点是在计算时易产生冗余计算，使计
算时间过长。因此，减少冗余计算是应用穷举法进行 变压器优化设计的关键。 2．2 变量和约束条件选择
本程序以铁心直径、低压绕组匝数、绕组高度、 高压绕组电流密度和低压绕组电流密度作为循环变 量。
变压器主要性能指标短路阻抗、空载损耗、空载 电流、负载损耗和绕组温升是约束条件的必然选择，
其它约束条件由工艺和材料决定，如导线宽厚比、铜 箔厚度等。 2．3 减少冗余计算主要方法 2．3．1 减少循环变量个数
每一个循环变量意味着一层循环，减少循环变 量个数，将一些次要参数作为循环变量的函数，就可 以减少循环嵌套的层数，显著降低冗余计算量。
2．3．2 循环变量的嵌套和迭代应遵循使产品成本由 低到高的原则 例如选取高低压绕组计算的循环嵌套方式时，
考虑到低压绕组辐向尺寸增大，将使高压绕组平均 直径增大，变压器的铜铁用量同时也会增加，因此， 高压绕组计算应作为低压绕组计算的内循环。
2．3．3 控制循环变量计算范围 在程序中采用逻辑判断中止无意义的计算和根 据约束条件由上层循环变量计算出下层变量范围等
方法，合理控制循环变量的计算范围，减少循环次 数。 2_3．4 绕组高度计算
设高压绕组电磁线宽度为 ，低压绕组电磁线 宽度为 ：。由高、低压绕组型式求出漏磁面积：
∑D=F(x1， 2) (1) 给定高压绕组电密l，l，由高压绕组型式求出 和绕组高度日的函数关系： (日) (2) 给定低压绕组电密
，由低压绕组型式求出 ： 和绕组高度日的函数关系： (日) (3) 由电抗计算公式： = 丝
(4) 式中， 、，、，v、K、e 是已知值，设洛氏系数p=0．95，即 可求得绕组高度日。
2_3．5 合理选取约束条件 在程序中设高、低压绕组电密取上限，根据初选 的铁心直径计算出空载损耗 (注意此时应使短路阻
抗、负载损耗和绕组温升等约束条件失效)，如空载 损耗大于限定值，则可直接选取下一铁心直径。 2．4 优化程序主体结构
电磁计算程序、数据存取程序和结果输出程序 构成了优化程序的主体。电磁计算程序实现了优化 计算；数据存取程序用于数据文件的读取和存储、数
据库的打开和显示；结果输出程序用于绘制计算单。 电磁计算程序由主程序和若干子程序构成，通过主
程序对子程序的调用完成整个计算过程。这些子程 序有： (1)绕组高度计算。 (2)高、低压绕组计算。 (3)绝缘半径计算。
(4)负载损耗计算。 (5)短路阻抗计算。 (6)高压绕组温升计算。 (7)低压绕组温升计算。 电磁计算主程序流程图如图
1所示。
3程序实用性能
3．1 系列产品优化 本程序可实现以下系列矿用隔爆型干式变压器
电磁优化设计。 额定容量 50kVA-4 000kVA，高压额定电压为 6kV的产品。 额定容量
50kVA~4 00OkVA，高压额定电压为 10kV的产品。 优化设计时高压绕组型式可选择多层圆筒式和
连续式；低压绕组型式可选择多层圆筒式和箔式。铁 心截面可以选择圆形和长圆形两种。本程序不仅可
以进行特定型式绕组的产品优化设计，还能通过不 同的绕组型式和铁心截面的组合，实现系列产品的 {zy}设计。 3．2 定材料产品优化
企业在生产运营过程中，因材料价格波动、标准 变化等原因进行产品改型，会造成部分材料如铜箔、
电磁线的浪费。为节约企业流动资金、减少浪费，设 计人员有时需要利用现有的铜箔、电磁线设计产品。
本程序的工程设计模块提供了定低压导线规格、定 高压导线规格和同时定高、低压导线规格 3种定材 料产品优化设计。 3．3
定模具产品优化干式变压器绕组的绕制模具制造周期长、成本 高，设计人员在进行工程设计时，往往希望能利用现
有的模具，减少工程设计产品的综合成本。使用本程 序设计人员可以在给定模具情况下进行优化设计。 3．4 定材料和模具产品优化
在干式变压器工程设计中，同时利用现有材料 和模具在很多情况下能降低产品的综合成本。例如 指定低压模具外径、低压铜箔规格和高压电磁线规
格进行的工程设计。本程序能确定上述条件下是否 有解，并列出满足要求的方案组合。
4程序的界面和操作
4．1 程序界面
程序开发使用了可视化编程工具 VB6．0。界面 外观和风格均采用 Windows标准风格，操作非常简
单。数据的输入和输出均用电子表格形式实现，使用 快速方便。该程序的操作界面如图2所示。 4．2 设计数据输入
设计数据输入是设计人员进行程序优化设计的 主要工作。程序要实现通用性，就必须将变压器绝缘 数据、结构数据和经验系数
等设计数据全部列出，这样 就增加了设计数据的输入 量，同时也会增加输入错误 的概率。在系列产品优化设 计时，需要变动的设计数据
往往只有产品的额定容量 和经验系数等。 考虑以上因素，本程序 将所有设计数据输入储存 在一个输入文件中。使用程 序时，只要打开输入文件
， 就可以将所有设计数据 自 动输入程序，通过人机对话 界面，使用者只需要改动个 别数据，就可完成设计数据
输入，减小了输入量和出错的概率。 4．3 结果输出 本程序用插值法保留成本{zd1}的前 5O个方案，
以电子表格的形式在程序本身的窗口输出，方便使 用者查看。选定某一方案后，可将计算结果按变压器 电磁计算单形式输出并保存为电子表格文件。
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5应用实例
本程序中高压绕组为多层圆筒式和连续式；低压绕组为箔式和多层圆筒式；铁心截面为圆形和长 圆形，使用者可以在
3min～5min内计算出几千个设 计方案。进行系列产品优化设计时，采用了不同的 高、低压绕组型式与铁心截面的组合。下面以额定容 量
2 000kVA；电压组合 10~5％／3．45kV；联结组标号 为 Yyn0的产品为例介绍优化程序计算结果。 表
1列出了产品采用不同组合方式计算的主要 性能参数和材料数据。 原方案是未进行优化前的数据，方案 1～5是优 化后的结果。从表
1中数据可以看出，在绕组型式和 铁心截面相同时，方案 1比原方案成本下降6％。当 铁心截面是圆形时，高压绕组用多层圆筒式比连续
式成本下降 l％；低压绕组用箔式比多层圆筒式成 本下降0．8％。绕组型式相同时，铁心截面采用长圆
形与圆形相比较，成本下降6．8％。通过优化程序综 合分析上述组合，采用长圆形铁心截面、高压多层圆
筒式绕组和低压多层圆筒式绕组时最节约材料，可 实现系列产品的{zy}设计。
6结束语
本文中介绍了变压器电磁优化程序的基本设计 思路、方法及程序的主要功能。使用该程序可以大幅 降低矿用隔爆型干式变压器的材料成本，进行定材
料和模具的工程优化设计，缩短设计周期。利用优化 程序，还可以对影响产品成本的因素进行专项和综
合的分析，有利于提高设计人员对电磁计算影响因 素的理解。使用该程序设计的矿用隔爆型系列干式变压器已顺利通过防爆性能试验，并获得国家煤矿
防爆安全产品质量监督检验中心颁发的防爆合格证 书。综上所述 ，矿用隔爆型干式变压器电磁优化程序
的开发和应用对提高企业的竞争力具有重要意义。
