ANSYS软件在电压互感器设计中应用

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GIS电容式电压互感器的电场数值计算

电力电容器POWER CAPACITOR2003年第1卷第4期 No.4Vol.1 2003GIS电容式电压互感器的电场数值计算曹庆文1，李宁1，董连文1，蔺跃宏2，邢新来2（1．西安交通大学电气工程学院，西安710049；2．西安西电电力电容器有限责任公司，西安710082）摘要：利用有限元分析软件ANSYS的电磁分析功能对220kV GIS电容式电压互感器（CVT）进行电场数值计算，并对计算过程中出现的一些问题进行了探讨。

关键词：有限元分析；电容式电压互感器；电场分析Electric Field Simulation ofThe Capacitor Voltage Transformer in GISCao Qingwen1，LiNing1，Dong Lianwen1，Lin Yuehong2，Xing Xinlai2（1．Xi＇an Jiaotong University，Xi＇an，710049，China；2．Xi＇an XDPower Capacitor Co．，Ltd，Xi＇an 710082，China）Abstract：Electric field distribution ofcapacitor voltage transformer（CVT）in a 220 kVGISis analyzed by using the electro－magnetic field analysis function of ANSYSfinite elementanalysis software，and some problems ofthe processing are discussed．Keywords：Finite element analysis；Capacitor voltage transformer（CVT）；Electric field analysis1 前言现今高压电网中，气体绝缘开关设备（GIS）已得到广泛的应用，随着经济和技术的发展，GIS也在不断的发展。

ANSYS在电力行业的分析应用

ANSYS在电力行业的分析应用摘要：本文主要介绍了大型分析软件ANSYS在电力行业的应用，包括零件静力场形变及应力的校核，绝缘子电场和压降情况的分析，最后主要分析介绍了母线安装板的涡流损耗情况，以准确的数据量化现场的各种问题。

关键词：ANSYS；应力；静电场；电磁场；涡流损耗；1 引言ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件,是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD）软件接口，实现数据共享和交换。

ANSYS软件功能强大，不仅可以在结构场，温度场，电磁场，流体场单独分析，还可以做多物理场耦合分析，因此可以很好的解决电力行业的很多问题，包括结构问题、绝缘问题，温升问题以及涡流损耗问题等。

2 ANSYS在结构场分析的应用2.1 问题的产生断路器是电柜的主要元件，其主要作用是开断和关合电流。

断路器结构比较复杂，质量高达几百千克。

导轨是用来承载断路器的，为保证断路器工作的稳定性，就需要对导轨的受力及变形量进行分析，看其是否满足最大形变量小于1mm 的要求。

将导轨的模型、材料（铝合金），受力约束导入ANSYS软件分析，计算结果如下：由分析可知，最大变形量为0.6mm，小于1mm，在弹性变形的范围内，导轨不会发生不可恢复的塑性变形，满足设计要求。

3 ANSYS在静电场分析的应用3.1 静电场分析的应用场合ANSYS静电场分析用以确定由电荷分布或外加电动势所产生的电场和电压分布，通过分析出的静电场和和各个截面的压降情况，结合电力行业的绝缘标准，判断产品的绝缘性能是否达到要求。

3.2 GIS绝缘子的静电分析GIS开关设备电压等级高达110KV以上，其绝缘性能相当关键。

如果绝缘性能达不到，将会对国家和个人的生命财产安全带来很大威胁。

本节将对承载高压母线的绝缘子做静电分析，分析其静电场和电压分布情况。

静电绝缘子的结构如下图所示：中部的三个凸起为高压母线，镶嵌在绝缘子里。

ANSYS Mechanical常用资料共享

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13.ANSYS 14.5 Mechanical APDL Feature Archive ANSYS 14.5 Mechanical APDL官方用户手册

浅析ANSYS技术在化工机械设计中的应用

浅析ANSYS技术在化工机械设计中的应用
ANSYS是一个广泛使用的有限元分析软件，可用于各种不同的工程设计和仿真应用。

在化工机械设计中，ANSYS在以下方面发挥了重要作用：
1. 应力和变形分析
化工机械设备通常承受高压力和高温度，因此必须经过应力和变形分析才能保证其安全性和可靠性。

使用ANSYS，可以通过建立三维模型来模拟化工机械设备中的应力分布和变形情况。

通过该分析，可以确定设备是否强度足够并预测其寿命。

2. 流体动力学分析
许多化工机械设备需要处理液体或气体，液体或气体的流动特性对机械设备性能和效率影响很大。

使用ANSYS，可以对液体或气体进行流体动力学分析，从而优化机械设备的设计。

例如，对于一个化学反应器，可以通过使用ANSYS进行模拟来评估反应速率和受热程度，并确定反应器的最佳尺寸和几何形状。

3. 热传递分析
化工机械设备通常需要处理高温度和高压力环境，因此热传递分析对于设计和优化化工机械设备至关重要。

使用ANSYS，可以模拟热通量、热传递和温度分布，以便优化设备的热设计，并确定所需的冷却系统和能量消耗。

4. 组装和拆卸分析
化工机械设备通常由多个部件组成，因此组装和拆卸分析也是非常重要的。

使用ANSYS，可以模拟化工机械设备各个部件的装配或拆卸过程，并检查可能的冲突和干涉。

这有助于确保设备在操作和维修中的可靠性和安全性。

总之，ANSYS在化工机械设计中的应用是非常广泛的，并且该软件可以帮助工程师进行精确而可靠的设计和分析。

解析法与有限元分析软件ANSYS计算分析油浸倒立式电流互感器主绝缘

解析法与有限元分析软件ANSYS计算分析油浸倒立式电流互感器主绝缘作者：韩旭东徐宏武来源：《科技创新与应用》2016年第27期摘要：对倒立式电流互感器的主绝缘结构进行分析，根据此型互感器的特点，分别对绝缘的各个部分建立物理与数学模型，并依据模型进行分析计算。

关键词：电流互感器；绝缘；计算；电场分布1 解析法计算倒立式电流互感器的器身主绝缘如图1所示。

二次绕组组装后装入铝壳内置于产品上部。

二次引线经屏蔽管引至产品下部接线盒内。

在铝壳及铝管外包扎主绝缘。

运行时铝壳及铝管接地构成产品地屏，主绝缘外包扎屏材料构成高压屏。

依据其特点，通常将其分成环部及直线部分两部分计算。

1.1 环部电容计算1.2 直线部分直线部分的绝缘由运行时接地的铝管和最外侧连续包扎的半导体屏材料构成同轴电容。

为改善电场分布，在高压屏与地屏之间设置了等梯差、等屏长的数量不等的端屏。

如图1所示。

设计中由于端屏材料很薄，其厚度不计。

真空的介电常数ε0，油纸绝缘的相对介电常数ε，r 为端屏半径，则屏间电容为：直线部分高压屏长为h，则直线部分总电2 用ANSYS软件分析依据油浸倒立式电流互感器结构特点，环部结构在以z轴为旋转体的圆柱体坐标中，轴对称旋转场的场量与z无关，故只要考察xy平面内的情况即可。

在平面内，采用PLANE121单元，对计算模型采用自由网格划分。

对图形内边界和外边届分别施加地电位和试验电压395kV。

对环部绝缘内部电场强度分布情况和直线部分场强进行计算。

得到环部绝缘屏间最大场强分别为13.069kV/mm，直线部分屏间最大场强为11.542kV/mm。

3 结束语通过以上采用数值法与ANSYS仿真解析法结合实例对倒立式电流互感器的主绝缘场强进行分析，可以很容易分析确定主绝缘内部场强分布情况。

对优化设计，降低倒立式电流互感器内部绝缘场强有很大帮助。

参考文献[1]肖耀荣，高祖棉.互感器原理与设计基础[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2003.[2]阎秀阁，孙阳，于存湛，等.油浸倒立式电流互感器主绝缘电场分析与优化设计[J].电工技术学报，2014，29（1）：27-43.[3]魏朝晖.油浸倒立式电流互感器设计[J].变压器，2000，37（9）：6-9.[4]张伟明，王子凯.500kV气体绝缘电流互感器的设计[J].电气技术，2008（5）：107-110.[5]王如璋，黄维枢.一种新型干式高压电流互感器[J].电力设备，2001，2（2）：24-26.作者简介：韩旭东（1979-），男，辽宁沈阳人，特变电工沈阳变压器集团有限公司总经理助理，主要从事互感器设备制造等工作。

145 kv sf6电流互感器的ansys有限元软件仿真分析

可以确定设计场强耳=19.69 kV/mm,也就是当电
压U和线心绝缘半径/已知时，即可求得绝缘外半径A
U
R = r^
⑶
式中，耳为设计允许场强，kV/mm；卩为线心半径，mm; R为绝缘外半径，mm; J7为一次绕组电压，V。
通过设计场强求出绝缘外径后，即可确定产品的结构尺寸，以此类推求出其他部分的结构尺寸
1设计场强
此产品为145 kV SF6倒置式电流互感器，绝缘水平为145kV、275 kV^ 650 kV,主绝缘介质为SFe气体。由于SFe气体的冲击系数较小，因此主绝缘设计时主
收稿日期：2019-11-06
作者简介：张本帅（1983-）,男，辽宁普兰人，工程师，从
事互感器研究设计工作。
要以保证雷电冲击电压下的耐电强度为原则。按气压
估算，雷电冲击电压下的允许场强为：
E=75 防'
（1）
式中p为SFe气体的绝对压力，MPa=
按产品补气压力（20七）0.35 MPa （相对压力），
计算电场强度为E=23.17 kV/mm。考虑产品制造的分散
性和运行中的种种不利因素，设计允许场强耳（2）
式中，K为设计经验及制造经验数据，K=0.85。
Abstract： Here it describes how to use ANSYS finite element software to do some product? s overall simulation analysis> how to establish the models, and indicates dielectric constant value of each part, divides into grids, adds boundary limited conditions and etc. Finally get the electric field intensity of each part which will be compared with the preliminary estimated value, then repeatedly optimized. The internal electric field strength concentrated in the arc portion of inner screen tube can be reached to 17.4kV through analysis. The external point distribution is related to the height of shielding tube in the porcelain bushing. Finite element simulation analysis can solve simulation calculation of uneven electric field and provide practical experience・ 145kV SF6 current transformer is special for foreign markets, integrated design adopts post bushing insulator as support structure.

ANSYS在“电器学”课程教学中的应用

1. 前处理前处理指的是用建模软件来创建所需的三维实体模型。它包括建立或导入几何模型、定义材料属性、划分网格等几项内容。它自带实体建模功能，用户可以用它构造有限元模型或者直接导入由其他软件建立的模型。 2. 加载并求解 ANSYS Workbench 中的加载指的是，对所需要分析的实体模型或节点单元施加所预定的各种外在条件，各种加载条件种类罗列如下。包括结构静力学分析（线性静力分析）、结构动力学分析（模态分析、频谱分析、随机振动分析）、热力学分析、接触分析、电磁场分析、疲劳分析、结构优化分析、复合材料分析、以及多物理场的耦合分析。（1）面载荷（包括线载荷）—作用在模型表面的分布载荷（2）惯性载荷—由于结构体的惯性所引起的载荷（3）体积载荷—作用区域位于体积上或场域内的载荷（4）自由度 DOF—定义节点的自由度（DOF）值 3. 后处理（1）通用后处理：用来观看整个模型的瞬时分析结果。（2）时间历程后处理：用来观看不一样的时间间隔或载荷步骤上的模型的结果，通常应用于解决瞬态分析和动力分析过程。（3）可以用多种颜色等值线、梯度、矢量、粒子流迹、立体切片、透明及半透明（可看到结构内部）等图形方式显示计算结果，也可以以图表、曲线形式显示或输出计算结果。三、三工位灭弧室建模 1. 灭弧室建模方法三工位灭弧室就是集合闸、隔离、接地三种功能为一体的专用性灭弧室。根据三工位灭弧室 CAD 二维图（如图 2），通过一系列特征操作（如图 3），得到每一部分零件的模型，再通过装配完成三工位灭弧室的三维立体模型（如图 4）。 2. 固封极柱固封极柱就是将真空灭弧室和断路器相关的导电零件同时嵌入到环氧树脂这类容易固化的固体绝缘材料中形成极柱，使整个断路器极柱成为一个整体的部件，它能够避免外力和外界环境对真空灭弧室的影响，增强了外绝缘强度，减少了装配工作量，最大限度地减少了装配过程出现的差错。根据草图进行

基于ANSYS分析的典型500 kV电流互感器电场分布计算

基于ANSYS分析的典型500 kV电流互感器电场分布计算王宇;李丽;汤龙华;黄成吉;王圆圆【摘要】叙述了如何通过ANSYS分析计算典型500 kV电流互感器电场分布的方法,并得出典型500 kV电流互感器的电场分布。

计算结果表明,接地屏蔽管与 SF6气体间隙分界面、一次绕组与 SF6气体间隙分界面、悬浮电位和高压电位屏蔽罩表面与 SF6气体间隙分界面均是最大电场强度较大的区域,最大电场强度分别达到7.85 kV/mm、6.57 kV/mm和5.81 kV/mm,相对来说更容易称为气体绝缘的薄弱部位。

在这些区域如果出现金属突出物、金属碎屑等物质时容易导致严重的电场畸变,从而造成严重的安全隐患。

在涉及500 kV典型电流互感器的故障模拟试验中,可以针对这些薄弱环节进行故障模拟试验。

%This paper describes method how to analyze and calculate electric field distribution of typical 500 kV current trans-former by using ANSYS and gains a result.The calculation result indicates that the interface between grounding screen tube and SF6 gas gap,the interface between primary winding and SF6 gas gap and the interface between screen tubes of suspended potential and high voltage potential and SF6 gas gap are major areas of maximum electric field intensity.The maximum elec-tric field intensity is respectively reaching to 7.85 kV/mm,6.57 kV/mm and 5.81 kV/mm which comparatively means weak part for gas insulation.If there are some substances such as metal protrusions and fragments in these areas,it is easy to cause serious electric field distortion which may result in serious potential safety hazard.In fault simulation testing for 500 kV typical current transformer,it is suggested to proceed fault simulation testing for these weak links.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】6页(P73-78)【关键词】六氟化硫;电流互感器;电场计算;故障模拟【作者】王宇;李丽;汤龙华;黄成吉;王圆圆【作者单位】广东电网公司电力科学研究院，广东广州510080;广东电网公司电力科学研究院，广东广州510080;广东电网公司电力科学研究院，广东广州510080;广东电网公司电力科学研究院，广东广州510080;西安交通大学，陕西西安710018【正文语种】中文【中图分类】TM152随着国民经济的发展，全社会对电力系统可靠性的要求不断提高，电流互感器作为主要的电气设备之一，其运行可靠性直接影响着电网的安全稳定运行。

ANSYS Maxwell助力电力变压器设计和仿真

◦ ETK的建模对象？
ETK用于建立工作频率在100kHz范围内的铁氧体磁芯变压器和电感（但不包括50-50Hz 范围内的油浸变压器）
• ETK易用性?
Python有3个输入面板，所有参数可以在10吗？
在当前发布的ETK版本中，包含Philips和Ferroxcube各15种大类的磁芯形状。另外用户可以手动修改一个特定Excel文件以加入更多的磁性形状和材料。
对于圆导线用户需要指定圆周分段数maxwelldesign求解设置模型所有的几何尺寸数据在maxwelldesign中都以参数化的形式指定几何尺寸可手动修改丌需要重新运行python脚本几何尺寸在maxwell中可以手动修改但如果要修改线圈层数或线圈匝数则必须重新运行脚本文件设计全参数化maxwell求解结果plots通过simplorer中的dynamiceddycurrent链接可以把求解结果以频变状态空间模型的形式输入到simplorer中用于电路仿真频变网表模型也可以通过networkdataexplorerndewindowclickexportbroadbandchoosepspicerenormalizeohmmaxwell求解结果matrixnetlistmaxwellsimplorermaxwell通过点击etk界面上的help按钮获得查看html格式的文件
• 通过点击ETK界面上的“Help” 按钮获得 • 查看html格式的文件: C:\Program
Files\AnsysEM\AnsysEM16.1\Win64\Maxwell\syslib\UserDefined Models \Lib\CoreUDM\Help\ElectronicTransformerKit_help.html • 在相同的文件位置查看PDF文件

电子第4章-ANSYS 在家用电器及电器设备设计中的应用

第四章 ANSYS 在家用电器及电器设备设计中的应用ANSYS 的热、结构、流体、电磁场仿真优化分析功能，以及解决各物理场之间的耦合作用问题的能力，为开发设计各种机电产品、家用电器等提供了优秀的分析仿真和优化手段。

从而保障产品的稳定性、可靠性与耐用性，争取产品在市场中的优势与地位。

目前在机电系统、家电产品整体性能评估等各个领域都有广泛的应用。

一. 家电的耦合场分析功能具有温度和位移自由度的耦合场单元，温度载荷与机械载荷可分别或同时施加，分析高频或低频加热时，结构中的热分布及其由此产生的应力和变形。

解决如芯片发热失效、电子系统散热、PCB 板的热疲劳、热变形及其电子结构的整体刚度与稳定性等研究设计中系列问题。

美国Maytag 现代科技集团冰箱生产部运用ANSYS 进行冰箱概念化设计，冰箱每个部件都要经过ANSYS 严格的数值分析模拟，考察冰箱在堆放、运输、门摆动、甚至向搁板上丢东西时各部件的可靠性，并降低能耗、材料和制造成本，使新开发的新型冰箱电耗降低30％，只相当于75W 灯泡，仅1998年，保守估计使用ANSYS 进行产品开发和优化设计给Maytag 带来了超过2亿美元的商业利润，图（a）为冰箱有限元模型，图（b）为冰箱热应力分布，图（c）为冰箱抽屉垂直挠曲变形，图（d）为冰箱箱门中间铰链应力分布。

Whirlpool 公司利用ANSYS 进行优化分析设计，不但显著提高了产品性能，而且大大降低了物理样机、测试以及材料成本等费用。

（a）双门冰箱门的热变形；（b）冰箱箱体静载下的变形。

图4-1 SONY电视机机箱及内部的散热分析（a）（b）（c）（d）图 4-2 Maytag 公司冰箱分析设计（a ）（b ）图 4－3 Whirlpool 冰箱分析信息产业部第12研究所利用ANSYS 软件对国家“八五”重点项目“HDTV 投影管玻壳”进行了分析，发现应力集中部位发生在玻屏侧面，而锥部应力分布均匀（图4－4），并提出了玻壳优化设计方案，使我国玻壳生产成品率（防炸裂比例）达到了国际先进水平，这对于我国开发高清晰度大屏幕电视有着重要价值。

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０引言产品设计是决定产品性能、质量、成本和经济效益的重要环节，电压互感器的设计必须建立在对互感器内部所发生的各种现象作出的合理科学分析基础上，其核心工作是研究互感器的电磁场和损耗分布［１］。

人工设计计算在效率和经济等方面显然不能满足目前设计技术发展的要求，因此采用现代设计方法对电磁式电压互感器进行设计计算是十分必要的。

有限元法是一种求解微分方程的系统化数值计算方法，现已成为电磁场问题求解的主要方法之一［２－３］。

有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据［４］。

本文将有限元技术应用到电压互感器电磁场分析中，在初步设计的结构尺寸基础上，运用ＡＮＳＹＳ软件对３５ｋＶ电磁式电压互感器内部电磁场分布进行仿真计算，通过分析影响互感器内部磁场分布的因素，对电压互感器的线圈结构进行了优化，并对优化前后的结果进行了比较。

运用该方法可实现从磁路计算到电磁场分析计算的转变［５－６］，计算精度高，设计周期短，达到改善产品性能、提高产品运行可靠性的目的。

１有限元分析过程１．１建立模型ＡＮＳＹＳ软件的前处理模块提供了一个强大的实体建模工具［７］，实体单元ＬＩＮＫ６８、ＰＬＡＮＥ５３、ＳＯＬＩＤ５等多种类型，本文采用ＰＬＡＮＥ５３单元模拟绞线型线圈，建立了电压互感器的二维模型，由于磁场分布是对称的，只建立了１／２模型，并定义单元的实常数来描述绞线型线圈导体，几何模型图如图１所示（图中，ｗ１－１、ｗ１－２分别为一次绕组相同的２个部分、ｗ２为二次绕组，Ａ为铁心）。

由于互感器内部结构较为复杂，在分析时对其结构作了一定简化，结构的简化不会影响内部电磁场的分布情况［８－９］。

１．２材料特性电压互感器内部所用材料性能参数如下［１０］：空气的相对磁导率μｒ１＝１．０；铁心的相对磁导率μｒ２＝５０００；绕组的相对磁导率μｒ３＝１．０；绕组的电阻率ρ＝１．８６×１０－８Ω・ｍ。

１．３网格剖分采用智能网格剖分对模型进行划分，网格划分后，将有限元模型中一次线圈和二次线圈分别定义成组件ｐ－ｓｉｄｅ（单元＋节点）和ｓ－ｓｉｄｅ（单元＋节点）。

１．４场路耦合［１１］场路耦合问题属于谐波分析问题，故电磁场仿真计算过程按２－Ｄ谐波磁场分析类型进行［１２］。

在资料①中，当选用二维电路耦合绞线型线圈选项，建立电路单元后，可用ＰＬ－ＡＮＥ５３绞线型线圈单元中的一个节点作为ＣＩＲＣＵ１２４绞线型线圈元件的Ｋ点来实现耦合，电路和电磁区域的自由度ＣＵＲＲ（电流）和ＥＭＦ（电势降）就耦合在一起。

按照此方法得到的电路－电磁耦合图如图２所示，图中Ｎ１、Ｎ２为ＣＩＲＣＵ１２４绞线型线圈单元；Ｕ１为独立电压源；Ｒ１为电阻。

１．５施加边界条件求解从边界条件的施加方面看，资料②给出除了将ＡＮＳＹＳ软件在电压互感器设计中应用高艳丰１，苏秀苹２，闫红艳１，张魁龙１（１．河北工程大学水电学院，河北邯郸０５６０２１；２．河北工业大学电器研究所，天津３００１３０）摘要：运用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ建立了３５ｋＶ电磁式电压互感器的有限元分析模型，并对模型内部的电磁场分布情况进行了分析、计算。

应用ＡＮＳＹＳ有限元分析中的优化设计技术，对电压互感器的电磁结构（二次绕组匝数及一、二次绕组导线的截面积）进行优化，通过比较优化前后的结果，可以看出优化后电压互感器内部磁场分布更为合理，线圈中磁场的增强有助于进一步减小铁心的体积。

关键词：电压互感器；ＡＮＳＹＳ软件；优化设计；有限元方法中图分类号：ＴＭ４５１文献标识码：Ｂ文章编号：１００６－６０４７（２００８）０８－０１１０－０３收稿日期：２００７－０７－０３；修回日期：２００７－０９－１８基金项目：河北省教育厅博士基金项目（Ｂ２００２２０２）电力自动化设备ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔＶｏｌ．２８Ｎｏ．８Ａｕｇ．２００８第２８卷第８期２００８年８月ｗ１－１ｗ２ｗ１－２Ａ图１几何模型图Ｆｉｇ．１Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌ①ＡｎｓｙｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ＡＮＳＹＳ耦合场分析指南．２００２．②ＡｎｓｙｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ＡＮＳＹＳ电磁场分析指南．２０００．图２电路－电磁耦合图Ｆｉｇ．２Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ－ｃｉｒｃｕｉｔｃｏｕｐｌｉｎｇｍａｐＲ１Ｕ１Ｎ１Ｎ２＋－每个独立回路中的一个节点约束ＶＯＬＴ自由度为零外，还需要在有限元模型外边施加磁力线平行边界条件来模拟真实结构。

采用波前求解器对所建模型进行求解，求解过程中，ＡＮＳＹＳ程序自动将电路电压载荷传递到有限元模型区域中绞线圈上。

求解后得到的磁场强度、磁通密度等值线图分别如图３、４所示。

图中用不同的颜色表示磁场强度及磁通密度的大小，ＭＸ为最大值，ＭＮ为最小值。

磁场强度的单位为Ａ／ｍ，磁通密度的单位为Ｔ。

２优化设计基于ＡＮＳＹＳ有限元分析的优化设计技术就是在满足设计要求的条件下搜索最优设计方案［１３］。

下面介绍所采用的优化方法和设计量［１４－１５］。

２．１优化方法采用零阶方法对参数化的模型进行优化。

在优化过程中，ＡＮＳＹＳ程序通过对目标函数逼近加罚函数的方法将问题转化为非约束问题，因为后者的最小化方法比前者更有效率。

该方法是通用的方法，可以有效处理大多数工程问题［１６］。

２．２设计变量一次绕组匝数ｎ１＝３２１２６￣３２２００，一次绕组导线截面积Ｓ１＝３．４６×１０－８￣４．９１×１０－８ｍ２；二次绕组导线截面积Ｓ２＝４．２６５×１０－６￣１．７２×１０－５ｍ２。

２．３状态变量在沈阳变压器研究所１９９３年编写的互感器设计资料中指出，当互感器二次侧短路时，铜导线的电流密度不应大于１．６×１０８Ａ／ｍ２。

因此，选用此条件为状态变量来计算。

２．４目标函数目标函数为所用导线材料为最省，即导线的体积Ｖ＝ｆ（ｘ）最小。

综上所述，该问题的优化数学模型为Ｍｉｎｆ（ｘ）＝ｎ１ｌ１Ｓ１＋ｎ２ｌ２Ｓ２ｘ＝［ｘ１，ｘ２，ｘ３］＝［ｎ１，Ｓ１，Ｓ２］ｓ．ｔ．Ｊｚｉ≤１６０ｉ＝１，２式中ｌ１、ｌ２分别为一、二次绕组折合长度；Ｊｚｉ为电流密度。

执行完优化程序后，可得到目标函数的可行性优化设计方案序列ＳＥＴ１￣６如表１所示，目标函数与设计序列号的关系如图５所示（图中Ｖ为导线体积）。

对电压互感器优化求解后得到其内部的磁力线分布图、磁场强度和磁通量密度等值线图分别如图６￣８所示。

从上面的关系曲线图和计算数据列表不难看出，ＳＥＴ６方案的设计结果为最优。

通过比较１．０６×１０－３０．８７×１０－３０．６８×１０－３Ｖ／ｍ３１２３４５６ＳＥＴ１￣６图５目标函数与设计序列号的关系Ｆｉｇ．５Ｄｅｓｉｇｎｓｅｔｎｕｍｂｅｒｖｓ．ｗｉｒｅｖｏｌｕｍｅ序列Ｊｚ１／［Ａ・（ｍ２）－１］Ｊｚ２／［Ａ・（ｍ２）－１］ｎ１Ｓ１／ｍ２Ｓ２／ｍ２Ｖ／ｍ３ＳＥＴ１０．５２６８２×１０７０．４１２２６×１０８３２１２６０．３４６００×１０－７０．５１４５０×１０－５０．６９６６７×１０－３ＳＥＴ２０．６３５５４×１０７０．４９６１７×１０８３２１８９０．４１２２９×１０－７０．９２８３７×１０－５０．９１６１６×１０－３ＳＥＴ３０．６４３２６×１０７０．５０１９８×１０８３２１７７０．４２３９５×１０－７０．１２２５８×１０－４０．１０１４７×１０－２ＳＥＴ４０．６３５６５×１０７０．４９５３２×１０８３２１８９０．３４６４８×１０－７０．１０３３３×１０－４０．８３７９２×１０－３ＳＥＴ５０．６４５５５×１０７０．５０４０７×１０８３２１５００．４６０９５×１０－７０．１１７９５×１０－４０．１０６１４×１０－２ＳＥＴ６０．４９３６８×１０７０．３８６５９×１０８３２１８００．３４６２３×１０－７０．４４９１５×１０－５０．６８０４３×１０－３表１所有设计序列表Ｔａｂ．１Ｐｒａｃｔｉｃａｌｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｓｅｔｓ图６磁力线分布图Ｆｉｇ．６Ｆｌｕｘｌｉｎｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍａｐ高艳丰，等：ＡＮＳＹＳ软件在电压互感器设计中应用第８期Ｒ１Ｕ１Ｎ１Ｎ２ＨＳＵＭ（ＡＶＧ）ＭＮ＝．００５８８６ＭＸ＝１１０５４７．００５８８６１２２８３２４５６６３６８４９４９１３２６１４１５７３６９８８５９８１９８２６４１１０５４７图３磁场强度等值线图Ｆｉｇ．３Ｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｏｐｌｅｔｈｍａｐ图４磁通密度等值线图Ｆｉｇ．４ＭａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｄｅｎｓｉｔｙｉｓｏｐｌｅｔｈｍａｐＲ１Ｕ１Ｎ１Ｎ２ＨＳＵＭ（ＡＶＧ）ＭＮ＝．３７７０Ｅ－０４ＭＸ＝．１３８９１７．３７０Ｅ－０４．０１５４６８．０３０８９９．０４６３３．０６１７６１．０７７１９２．１０８０５５．１２３４８６．１３８９１７＋－＋－图７磁场强度等值线图Ｆｉｇ．７ＯｐｔｉｍｉｚｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｏｐｌｅｔｈｍａｐＲ１Ｕ１Ｎ１Ｎ２ＨＳＵＭ（ＡＶＧ）ＭＮ＝．００４５０３ＭＸ＝１８７５２０．００４５０３２０８３６４１６７１６２５０７８３３４２１０４１７８１２５０１３１４５８４９１６６６８４１８７５２０图８磁场密度等值线图Ｆｉｇ．８ＯｐｔｉｍｉｚｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｄｅｎｓｉｔｙｉｓｏｐｌｅｔｈｍａｐＲ１Ｕ１Ｎ１Ｎ２ＨＳＵＭ（ＡＶＧ）ＭＮ＝．２２９Ｅ－０４ＭＸ＝．２３５６４４．２２９Ｅ－０４．０２６２０３．０５２３８３．０７８５６３．１０４７４３．１３０９２４．１５７１０４．１８３２８４．２０９４６４．２３５６４４＋－＋－ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡＮＳＹＳｉｎｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｄｅｓｉｇｎＧＡＯＹａｎｆｅｎｇ１，ＳＵＸｉｕｐｉｎｇ２，ＹＡＮＨｏｎｇｙａｎ１，ＺＨＡＮＧＫｕｉｌｏｎｇ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｄａｎ０５６０２１，Ｃｈｉｎａ；２．ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＡｐｐｌｉａｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆ３５ｋＶｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄｉｔｓｉｎｔｅｒｉｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｔｕｒｎｓｏｆｓｅｃｏｎｄａｒｙｗｉｎｄｉｎｇ，ｔｈｅｗｉｒｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｐｒｉｍａｒｙａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｙｗｉｎｄｉｎｇｓ，ｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｉｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｗｈｉｃｈｅｎｈａｎｃｅｓｉｔｓｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎｄｒｅｄｕｃｅｓｉｔｓｓｉｚｅ．ＴｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＤｏｃｔｏｒＦｕｎｄＩｔｅｍｏｆＨｅｂｅｉＥｄｕｃａｔｉｏｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ（Ｂ２００２２０２）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅ；ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ可知，当采用ＳＥＴ６方案时，可以得到如下结论：ａ．电压互感器内部的磁场强度得到一定改善，绕组周围空间的漏磁场减少，线圈中磁场的增强有助于进一步减小铁心的体积；ｂ．电压互感器内部的磁通密度分布更为合理，磁通密度的最大值（０．２３５６４４Ｔ）远小于工程要求的１．２Ｔ，能够满足工程需要，磁通密度的合理分布可有效地防止铁磁谐振的产生，提高产品运行的可靠性。