[00944402]特快速暂态过电压下大型变压器绕组的建模及优化设计

在国家科技部、河北省科技厅等科技部门的资助下，河北工业大学联合保定天威集团通过产学研合作，提出了VFTO下特高压电力变压器绕组的建模及优化设计算法，该技术的优势在于不拘泥于某一方面的暂态分析，提出了时域+频域+散射参数+混合模型的综合暂态建模算法，并采用自适应变步长计算方法以提高暂态计算精度。时域-将时域有限差分法、Lax-wendroof差分法用于多导体传输线波动方程的求解，在该基础上提出了基于频变参数的暂态算法，并给出时域算法的稳定性区域；频域-分析特高压电力变压器绕组的谐振机理，实现击穿定位；散射参数-采用网络测试仪+理论推导方法，建立基于散射参数的高频暂态模型，利用矢量匹配法对电压传输函数进行有理函数逼近，运用最优Pade算法降阶及网络综合技术建模；混合模型-采用单导体+多导体传输线模型，缩减计算量。暂态建模算法的精度取决于分布参数的计算结果，该项目为提高计算精度，采取了电磁场正逆问题的求解方法，将支持向量机应用于电磁场正问题模型的离线函数拟合的研究，以该模型代替电磁场逆问题求解过程中需要大量的利用有限元法求解电磁场正问题。依据综合暂态建模计算的结果，可很大程度上减少特高压电力变压器绕组绝缘设计的成本，结合支持向量机的正逆问题求解结论，同时可对绕组绝缘结构进行优化。项目“特快速暂态过电压对变压器绝缘的影响”、“基于支持向量机的电磁场优化设计及应用研究”的研究成果已于2009年经专家鉴定，均达到国际领先水平；“基于支持向量机的电磁场正逆问题求解方法的研究”已于2009年完成验收结题。该技术于2008年开始投入超高压变压器绕组的绝缘设计的应用：2008年初在保定天威集团技术中心完成了整体算法的测试，2009年在保定天威集团特变电气有限公司开始应用，主要用于高压变压器及特型变压器绝缘结构设计，通过优化分析，可提高产品绝缘性能或绝缘裕度20%，近三年的应用形成的新增利润总计706万元，新增税收176.5万元。并在2009年申请河北省自然科学基金项目(E2009000068，5万，已验收)，2010年完成与保定天威集团的横向项目(6万，已验收)，2011年完成河北工业大学博士基金专项项目(4万，已验收)，2012年完成天津市自然科学基金项目(09JCYBJC01900，10万，已验收)，取得了较大的经济效益。该项目科研成果的推广和应用，对于高压变压器绕组绝缘成本的降低，及绝缘结构的优化和改进，起到了极大的促进作用，在该基础上有力地促进和带动了中国高压输变电技术的进步和发展，在国内外变压器制造领域产生了较为深远的影响，由此带来了可观的社会效益。