李志南，許建林，劉瑋(河北軌道運(yùn)輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)車系，河北 石家莊　052165)

0　引　言

隨著我國電力工業(yè)建設(shè)的迅速發(fā)展,電力系統(tǒng)容量不斷擴(kuò)大,為高壓互感器的制造業(yè)提供了廣闊的市場。由于澆注式電流互感器具有良好的絕緣性和可操作的形狀，并且其澆注絕緣具有獨(dú)特的電氣性能和機(jī)械性能，防火防潮，壽命長，制造簡單[1-2]，澆注式電流互感器在電流互感器發(fā)展過程中越來越受到重視。

目前,國內(nèi)有一些相關(guān)電流互感器輔助設(shè)計(jì)軟件的研究，如：1996年沈陽變壓器有限責(zé)任公司開發(fā)出了套管型電流互感器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，將電磁計(jì)算與繪圖結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)高級語言和AutoCAD交互繪圖軟件包實(shí)現(xiàn)了套管式電流互感器的電磁計(jì)算和參數(shù)繪圖；2000年，河北工業(yè)大學(xué)與天威集團(tuán)合作，開發(fā)出了電流互感器優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，結(jié)合工程實(shí)際確立了額定電壓為110 kV電流等級為2×50/5(1)A～2×1000/5(1)A的電流互感器的設(shè)計(jì)計(jì)算方法并根據(jù)具體情況選擇了合適的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[3]。但是基于澆注式電流互感器的設(shè)計(jì)軟件研究還未見相關(guān)報(bào)告。針對這一情況和電流互感器自動設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)吸取已有成果的優(yōu)點(diǎn)，研究開發(fā)針對澆注型電流互感器的自動設(shè)計(jì)軟件并進(jìn)行推廣應(yīng)用具有相當(dāng)重要且長遠(yuǎn)的意義。

1　系統(tǒng)組成

根據(jù)澆注式電流互感器設(shè)計(jì)一般過程[4]，本系統(tǒng)由初始參數(shù)輸入模塊、一二次繞組及鐵芯輸入模塊、誤差計(jì)算及動熱穩(wěn)定計(jì)算模塊、界面輸出模塊組成。

1.1　初始參數(shù)輸入模塊

此模塊是供用戶輸入設(shè)計(jì)必須的參數(shù)及性能指標(biāo)，如設(shè)備最高電壓、一二次電流、準(zhǔn)確級、準(zhǔn)確限值系數(shù)、短時熱電流、工頻耐受電壓等。

1.2　一、二次繞組及鐵芯輸入模塊

在此模塊用戶根據(jù)需要可以選擇一次繞組是扁銅線還是鋁線，同時選擇一二次繞組尺寸。在此軟件中存有常用的鐵芯庫，在此模塊中用戶根據(jù)需要可以選擇鐵芯類型。

一次繞組匝數(shù)=IN/I1，二次繞組匝數(shù)=IN/I2(IN為額定安匝數(shù)，I1、I2為額定一、二次電流)，繞組尺寸選擇時要盡量滿足熱穩(wěn)定性，軟件會給出相應(yīng)范圍提示，鐵芯尺寸選型時要考慮鐵芯繞上二次繞組后，給一次繞組及其絕緣留有足夠空間。所以軟件設(shè)計(jì)時要充分考慮繞組和鐵芯之間的制約關(guān)系。

1.3　誤差計(jì)算及動熱穩(wěn)定計(jì)算模塊

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于測量用電流互感器，在規(guī)定電流下，其電流誤差和相位誤差不應(yīng)超過規(guī)定允許限值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇出相應(yīng)準(zhǔn)確級所要進(jìn)行的誤差計(jì)算點(diǎn)，對這些誤差點(diǎn)進(jìn)行電流誤差和相位誤差的計(jì)算，同時進(jìn)行復(fù)合誤差計(jì)算[5-6]。

fL(%)(電流誤差)= - (IN)0×sin(a+θ)×100/[(IN)1nI1/I1N]

(1)

δ(ˊ)(相位差)=(IN)0×cos(a+θ)×3 440/[(IN)1nI1/I1N]

(2)

以上兩式中:a為阻抗角;θ為鐵芯損耗角;(IN)0為單位長度勵磁磁勢;(IN)1n為額定一次磁勢;I1為實(shí)際一次電流;I1N為額定一次電流。

如果電流誤差不符合要求，采用減匝補(bǔ)償fb(%)=(N2n-N2)×100/N2n補(bǔ)償后電流誤差為f(%)=fL(%)+fb(%)；ε(%)(復(fù)合誤差)=(f2+δ2)1/2。

計(jì)算完誤差后進(jìn)行動熱穩(wěn)定性計(jì)算，如果不滿足誤差或動熱穩(wěn)定性，提示用戶對繞組或鐵芯參數(shù)重新選擇。

1.4　界面輸出模塊

如果上述誤差及動熱穩(wěn)定性運(yùn)算滿足規(guī)定要求，則提示用戶所選參數(shù)滿足誤差及動熱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)合理，點(diǎn)擊完成設(shè)計(jì)按鈕會自動彈出輸出界面。界面顯示一、二次繞組匝數(shù)、鐵芯相關(guān)尺寸及絕緣厚度[7]等參數(shù)。完成澆注式電流互感器相關(guān)設(shè)計(jì)。

2　軟件結(jié)果與手工運(yùn)算結(jié)果對比

2.1　手工運(yùn)算設(shè)計(jì)

根據(jù)國標(biāo)和訂貨條件技術(shù)條件，選擇了一套澆注型電流互感器相關(guān)參數(shù)。如表1所示。

表1　電流互感器參數(shù)

表2為通過手工運(yùn)算得到以下符合誤差要求的相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

表2　手工運(yùn)算設(shè)計(jì)結(jié)果

2.2　軟件設(shè)計(jì)步驟及結(jié)果

根據(jù)澆注式電流互感器設(shè)計(jì)一般過程，利用VC++語言編寫界面及計(jì)算程序，進(jìn)行一、二次繞組及鐵芯和絕緣的設(shè)計(jì)[8]，澆注型電流互感器自動設(shè)計(jì)軟件的流程如圖1所示。

圖1　軟件設(shè)計(jì)流程圖

軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)澆注型電流互感器第一步是進(jìn)行基本參數(shù)的輸入，然后根據(jù)輸入的參數(shù)進(jìn)行熱穩(wěn)定計(jì)算判定出符合要求的一次繞組最小截面積，進(jìn)行相應(yīng)提示。第二步，在各種規(guī)格繞組中，軟件根據(jù)提示的最小截面積選擇相應(yīng)符合要求的一次繞組參數(shù)，用戶選擇二次繞組規(guī)格尺寸，接下來判斷選擇鐵芯的構(gòu)造。第三步對選擇好的鐵芯和繞組再一次進(jìn)行動熱穩(wěn)定性判定，如果不滿足誤差或者動熱穩(wěn)定性，軟件會給出相應(yīng)提示，回到繞組規(guī)格選擇原始位置重新選擇。如果所選參數(shù)、繞組和鐵芯的數(shù)據(jù)全部符合誤差及動熱穩(wěn)定運(yùn)算，則會給出根據(jù)用戶選擇設(shè)計(jì)出的澆注型電流互感器的繞組匝數(shù)、選用繞組的規(guī)格、尺寸和鐵芯尺寸以及澆注絕緣厚度。將2.1中同等電流互感器參數(shù)輸入自動設(shè)計(jì)軟件初始頁面中，設(shè)計(jì)結(jié)果顯示如圖2所示。

圖2　人機(jī)交互界面

手工運(yùn)算和自動軟件設(shè)計(jì)兩種設(shè)計(jì)方法結(jié)果對比可得出以下結(jié)論：

(1)手工運(yùn)算設(shè)計(jì)除查詢相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范外，需要進(jìn)行大量復(fù)雜繁瑣的運(yùn)算，而且會有誤算的發(fā)生，還要從頭算起，工作量巨大。而由軟件設(shè)計(jì)，過程直觀明了，最重要的是快速、精確?？梢酝ㄟ^上一步下一步的操作對設(shè)計(jì)進(jìn)檢查確認(rèn)，軟件還會給出相應(yīng)具體步驟的問題提示，使問題更具有針對性，大大優(yōu)化了澆注型電流互感器的設(shè)計(jì)過程。

(2)手工運(yùn)算設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)結(jié)果對比基本達(dá)到了一致，證明了軟件設(shè)計(jì)的可信度。

3　結(jié)束語

本軟件不僅能夠進(jìn)行高精度、快速的運(yùn)算，人機(jī)交互界面簡單明了，還可以更加直觀地進(jìn)行參數(shù)輸入及修改。在軟件設(shè)計(jì)之前，依據(jù)電流互感器設(shè)計(jì)規(guī)則手工運(yùn)算進(jìn)行了一套澆注型電流互感器的設(shè)計(jì)。詳細(xì)地掌握了設(shè)計(jì)流程，然后進(jìn)行軟件開發(fā)研究，在軟件上進(jìn)行了此套電流互感器的設(shè)計(jì)校驗(yàn)，基本上實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、完整的優(yōu)化設(shè)計(jì)。使用此軟件可以實(shí)現(xiàn)戶內(nèi)戶外澆注式電流互感器的自動設(shè)計(jì)，使用起來方便快捷。能為企業(yè)提高市場競爭力，也可以為國家電網(wǎng)建設(shè)和改造自動化、信息化、智能化發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

由于現(xiàn)階段只是實(shí)現(xiàn)了澆注型電流互感器設(shè)計(jì)過程中最基本的繞組匝數(shù)、鐵芯尺寸和主絕緣的設(shè)計(jì)，對于完備的澆注型電流互感器設(shè)計(jì)還不充分，還有進(jìn)一步開發(fā)的空間。此外，在鐵芯設(shè)計(jì)方面，由于搜集的鐵芯資料有限尚不完備，以后搜集詳盡后，可以建立數(shù)據(jù)庫，利用VC訪問數(shù)據(jù)庫的功能實(shí)現(xiàn)更加合理廣泛的設(shè)計(jì)。

目前，該軟件還沒有進(jìn)行相關(guān)企業(yè)的推廣應(yīng)用，待軟件完善以后在互感器設(shè)計(jì)企業(yè)進(jìn)行相關(guān)推廣，可以給企業(yè)節(jié)省大量的人力物力，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)價值同時提高企業(yè)的競爭力。并且可以把相關(guān)技術(shù)運(yùn)用到變壓器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，為電力行業(yè)的智能自動化發(fā)展作出相應(yīng)貢獻(xiàn)。

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