论文总字数：25717字

摘 要

Abstract 2

第一章 绪论 3

1.1 本文研究背景和意义 3

1.1.1 研究背景 3

1.1.2 研究意义 3

1.2电力变压器电磁设计程序的发展及现状 3

1.3 本文研究主要内容 4

第二章 110kV电力变压器电磁设计程序构成 6

2.1 专家管理系统 6

2.2 计算程序开发 7

2.3 计算优化程序开发 7

第三章 开发环境简介 9

3.1 Java以及MyEclipse简介 9

3.1.1 Java简介 9

3.1.2 MyEclipse简介 9

3.2为何选择Java 10

第四章 计算程序开发 11

4.1程序设计思路 11

4.2设计手册程序实现 11

4.2.1铁心计算程序 12

4.2.2线圈计算程序 12

4.2.3阻抗计算程序 13

4.2.4负载损耗计算程序 14

4.2.5附加计算程序 15

4.2.6输入参量程序 15

4.2.7计算实例展示 16

第五章 程序检验 18

5.1 自我校验 18

5.2 设计书校验 18

5.2.1设计书校验思路 18

5.2.2计算结果对比 20

第六章 总结 24

致 谢 25

参考文献 26

摘 要

本文主要讨论110kV电力变压器电磁设计在结构参数一定的情况下对变压器的各项电磁性能进行计算，涉及到空载损耗、空载电流、直流电阻损耗、涡流损耗、环流损耗、杂散损耗、短路阻抗、短路电动力、机械应力、铜油温升、噪音等的计算。讨论电力变压器电磁性能参数通用类函数的开发。本文中采用Java作为软件编译语言，使用MyEclipse作为开发平台，编写了大量、适用于不同情况下的电力变压器设计所需参数的计算函数，为前台110kV电力变压器的优化设计软件提供标准的子程序调用接口，并且拥有较强的程序健壮性，对不同的设计类型和情况有一定的区分能力，可以在不同情况下调用不同的参数或计算公式。并且程序的空间复杂度较低，各个函数的功能、参数注释详尽，为后续程序更新、完善、调用以及更改提供了极大的便利。成功使得电力变压器设计过程中复杂、繁琐的计算过程交由计算机软件来完成计算。大大降低了电力变压器设计人员的工作复杂度，可以从繁复的计算中抽出身来。

本程序经过全面而仔细多多次检验，可以确保所编写的计算函数满足要求，并且有良好的精确度，并且在最后通过实例验证的方式，成功的与某110kV SFRNZ电力变压器的设计书相互检验，确保了程序的正确、完整性。

关键词：电力变压器电磁设计；计算程序开发；Java。

Abstract

This paper mainly discusses the calculation of the electromagnetic design of 110kV power transformer on the electromagnetic performance of the transformer in the certain structural parameters, which relates to the calculation of no-load loss, no-load current, DC resistance loss, eddy current loss, loss of circulation, stray loss, short circuit impedance, a short circuit of electric power, machinery, copper oil temperature rise,noise and etc.,and the development of general function for electromagnetic performance parameters of power transformer. In this article, I use Java as the software compiled language, use MyEclipse as a development platform, compile the calculation function being needed for power transformer design,which is large and applicable to different situation,provide a standard subroutine call interface for optimization design software of the front desk 110kV power transformer.This can make the software possess the strong robustness of the program,have a certain distinguish ability to different design types and situations,and call for different parameters or computing formula.In this design,the space complexity of the program is low,the function of each function and parameter annotation is detailed,which provide a great convenience for the follow-up program update, perfect, call and change and successfully put the complicated calculation process of the power transformer design process over computer software to complete the calculation and greatly reduces the work complexity of the power transformer design staff.After a comprehensive and carefully repeatedly test,this procedure can ensure that meet the requirements of written calculation function, and has good accuracy.This paper finally through examples, successfully achieve mutual inspection book with a 110kV SFRNZ power transformer , and guarantee the correctness and completenessof the program.

Key words: Electromagnetic design for power transformer；Calculation program development；Java

第一章 绪 论

1.1 本文研究背景和意义

1.1.1 研究背景

随着我国经济的飞速发展，对电力能源的需求与日俱增。电力能源供应中的主要环节输电，要求采用高效率、远距离、大容量、低损耗的特高电压、超高压传输方式。电力变压器是输电过程中至关重要的设备。近年来，电力变压器的产量增大，品种规格增多，级别越来越高。国家对于110kV级别的电力变压器需求量持续增涨，而与此同时电力变压器的设计质量备受关注。随着110kV级电力变压器发展的变得越来越迅速，所以开发一款关于电力变压器电磁设计的计算机辅助设计系统也变得十分必要。

变压器电磁设计计算的任务主要是确定变压器的电磁负荷以及主要尺寸，计算的结果必须满足有关技术标准的规定和使用部门的要求。110kV电力变压器电磁设计是在变压器结构参数一定的情况下，对变压器的各项电磁性能进行计算，涉及空载损耗、空载电流、直流电阻损耗、涡流损耗、环流损耗、杂散损耗、短路阻抗、短路电动力、机械应力、铜油温升、噪音等的计算。

如此繁复庞杂的计算，全部由人工完成，显然会有不小的难度。计算机辅助技术（CAD）是指以计算机作为主要技术手段，来生成、运用各种数字信息与图形信息，从而能够帮助设计人员从事产品的开发、修改、分析和优化设计的一门技术。应用该系统不仅可以把设计人员从繁重的设计和绘图工作中解放出来，而且节省材料。用户可根据原料价格的变化，随时进行优化设计，以便获得最节省成本方案。系统能迅速计算众多合格方案，并能方便地寻找到既节省原材料又容易制造的电磁设计方案，达到最优设计目的。可以应用到实际发展生产中去，大大提高变压器设计人员的设计效率和准确度，缩短设计时间，降低产品的成本。

1.1.2 研究意义

在我国的变压器设计与开发的行业中，开发一款适合于电力变压器设计领域的CAD系统，使其能够具有高集成度的界面、拥有图文并茂的参数化、较高智能化并且可扩充的系统，具有着非常重要意义，这能方便自如的体现设计者思想，最大限度地提高设计效率。随着计算机技术的发展，应用软件的一个发展趋势是由通用CAD系统拓宽到专用CAD系统，软件的开发手段也从面向过程的设计方法发展到面向对象的设计方法。可以看出，软件开发正向着专业化、集成化、立体化和智能化发展。逐渐的真正把设计人员从繁复冗杂的设计工作中解放出来。

1.2电力变压器电磁设计程序的发展及现状

在我国变压器行业中，变压器电磁设计计算机辅助设计虽然已经发展多年，但是优化设计的实际应用率还是较低，其主要原因是有以下几点：一，变压器电磁设计涉及到很多方面的数据和数据操作，当软件的开发手段采用面向过程的设计方法时，这些数据和数据操作往往难以做到全部协调一致，设计结果不可靠；二，软件往往不具备良好的用户界面，用户使用频繁，输入数据量大，且对使用人员要求较高，容易造成人为差错；三，不能直接得到可应用于指导生产的设计计算单，而只能得到数据文件，数据的后续处理比较麻烦。目前变压器CAD软件尚有一些欠缺之处：通用性不够强，应用范围不够广，对于新产品的开发不能满足市场以及设计的需要；结构还是比较松散凌乱，集成度不很高，接口功能不完善，进行进一步的系统维护、升级较为困难。因此设计人员不愿意使用这些操作不很方便的系统，导致设计系统发展也很困难。绝大多数小型电力变压器制造厂，更倾向于只用机械CAD软件绘制图纸，然而人工操作太多，绘图过程中比较容易出错。国内很多中小型电力变压器企业，通常只针对小型配变进行开发和设计，对于110kV级及以上的大型电力变压器CAD，并没有十分细致的研究与应用。而我国国内大型变压器制造厂，对110KV以上的电力变压器CAD，虽然也有一定的开发，但是功能还不够完善，涉及的输入输出数据多，非常容易出错。

计算机技术在变压器设计中的应用始于50年代初期，最早应用的是美国，随后美国及一些发达国家使用多种方法都取得了良好的效果，比如集合规划法，Monte Carlo搜索法，DFP法，SUMT法，分枝定界法等，80年代以来，世界上一些大的变压器制造商都取得了新的突破。我国则是从70年代中期开始，也取得了一些成果，但总体来看，在深度与广度上，与发达国家相比还存在着不小的差距，自主版权的计算机辅助设计软件商品化程度还比较低，可靠性较差、功能单一、集成化程度低，技术的推广应用还不是很普遍。

1.3 本文研究主要内容

本文主要讨论110kV电力变压器电磁设计在结构参数一定的情况下对变压器的各项电磁性能进行计算，涉及到 空载损耗、空载电流、直流电阻损耗、涡流损耗、环流损耗、杂散损耗、短路阻抗、短路电动力、机械应力、铜油温升、噪音等的计算，讨论电力变压器电磁性能参数通用类函数的开发，能为前台110kV电力变压器 的优化设计软件提供标准的子程序调用接口。

整体程序开发设计的思路，参考了沈阳变压器研究所的 《变压器设计手册电磁计算部分》中的计算方法和思路，以及中电电气集团顾小虎的110kV  SFRNZ电力变压器的设计书的计算顺序。将他们的算法及思路重新归类、统一，从而完成程序设计。经过作者及同组成员的思考与讨论，将本课题计算部分分为了以下8大部分：

1.Calculate类

其主要内容是包含了电流电压计算、电压比较核、线圈绕组分接头数以及部分温升计算。这些计算类型在沈阳变压器研究所的《变压器设计手册电磁计算部分》中并没有明确的分类，所以将这些零散的函数统一归入此类，方便后期查找、调用。

2.Com类

此类包含各个计算函数中经常使用到的一些算法程序。比如累加计算，双曲正弦函数及保留X位有效数字等，在各个计算部分中经常需要用到的函数。将此类计算函数统一放在Com类下，可以减少程序的冗余，使其看上去清晰简洁，避免了大段重复语句的出现。此外，还将铜线铝线等导线电阻系数等固定参数作为公共变量放入此类，方便其它计算函数调用。这样做可以避免多次重复定义同一参量，减小了程序的空间复杂度，也使得编译起来更加清晰明确。

3.In类

此类主要包含一些输入变量的定义。比如需要设计的电力变压器的器额定容量SN、变压器联结组标号、变压器相数、额定频率f、冷却方式等设计初期需要提出的要求。将它们输入后，作为一个参量放入In类下。再后续计算中，此类参量常常作为判断条件，来选择不同的算法或者参数，进行后续计算。同时，此类还定义了一些需要查表得到的参数变量，比如在硅钢片类型确定后，由查表所得的叠片系数等参量，也定义在此类中。

4.Out类

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