張海栓

【摘 要】本文以一臺(tái)SFSZ10-240000/220大型電力變壓器為例，對(duì)其結(jié)構(gòu)件承受抗短路能力進(jìn)行分析，為從事電力變壓器設(shè)計(jì)人員提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】短路能力；受力分析

一、引言

近年來，承受短路能力被認(rèn)為是電力變壓器的一個(gè)重要特性。因此，IEC和IEEE以及其他的國(guó)家都規(guī)定電力變壓器必須進(jìn)行短路試驗(yàn)和如何檢驗(yàn)這一性能。然而短路引起的故障仍然在變壓器故障類型中占據(jù)主要原因?，F(xiàn)今國(guó)家和地區(qū)的電力需求增長(zhǎng)非常快，這些地區(qū)發(fā)電能力和電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)增長(zhǎng)迅速，這就增加了電網(wǎng)的短路容量，導(dǎo)致電力變壓器耐受短路能力的要求更為嚴(yán)格，以達(dá)到電網(wǎng)無事故運(yùn)行的迫切需要，因此對(duì)變壓器結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗短路能力進(jìn)行分析計(jì)算是很有必要的。

二、不同結(jié)構(gòu)件分析過程

在利用Pro/E分析之前，我們?cè)谇捌跍?zhǔn)備中計(jì)算出了最大線圈軸向力為108000kg，主柱器身壓緊力為69570kg，器身重為17000kg。接下來，通過以上數(shù)據(jù)對(duì)該臺(tái)變壓器進(jìn)行受力分析計(jì)算。

（一）主柱器身壓板強(qiáng)度計(jì)算

主柱器身壓板壓板厚度為90mm，由層壓木制成，應(yīng)用Pro/E建立其受力計(jì)算模型，利用有限元方法對(duì)主柱器身壓板物理模型進(jìn)行求解，設(shè)定器身壓板上部10個(gè)墊塊所處位置為零位移，壓板下部高壓、中壓、低壓線圈所處位置施加向上的力：

F1=1080009.8+695709.8=1740186 N。

器身壓板受力分析結(jié)果如圖1所示，壓板的應(yīng)力最大值為37.36N/mm2，小于設(shè)計(jì)控制許用應(yīng)力57N/mm2。

（二）主柱器身托板強(qiáng)度計(jì)算

主柱器身托板厚度為50mm，由層壓紙板制成，應(yīng)用Pro/E建立其受力計(jì)算模型，利用有限元方法對(duì)主柱器身托板物理模型進(jìn)行求解，設(shè)定器身托板上部10個(gè)墊塊所處位置為零位移，托板上部高壓、中壓、低壓線圈所處位置施加向下的力：

F2=1080009.8+695709.8+17000*9.8=1906786 N。

器身托板受力分析結(jié)果如圖2所示，托板的應(yīng)力最大值為44.1N/mm2，小于設(shè)計(jì)控制許用應(yīng)力57N/mm2。

（三）鐵心拉板強(qiáng)度計(jì)算

主柱鐵心拉板采用低磁鋼板20MN23AL制成，厚度為20mm，應(yīng)用Pro/E建立其受力計(jì)算模型，利用有限元方法對(duì)主柱鐵心拉板物理模型進(jìn)行求解，設(shè)定鐵心拉板吊軸孔所處位置為零位移，將鐵心拉板受力施加在鐵心拉板端面上：

F=（1080009.8+695709.8）/2=870093 N。

鐵心拉板受力分析結(jié)果如圖3所示，拉板的應(yīng)力最大值為313.6N/mm2，小于拉板材料低磁鋼板20MN23AL的345MPa，根據(jù)應(yīng)力分析計(jì)算結(jié)果，鐵心拉板能夠承受短路力的作用。

（四）鐵心吊軸強(qiáng)度計(jì)算

主柱鐵心吊軸采用Q235圓鋼制成，應(yīng)用Pro/E建立其受力計(jì)算模型，利用有限元方法對(duì)主柱鐵心吊軸物理模型進(jìn)行求解，設(shè)定鐵心吊軸孔所處位置為零位移，將鐵心吊軸受力施加在鐵心吊軸上端面上：

F=（1080009.8+695709.8）/2=870093 N。

鐵心吊軸受力分析結(jié)果如圖4所示，吊軸的應(yīng)力最大值為713.5N/mm2（瞬間應(yīng)力極限1000N/mm），分布在吊軸根部，但絕大部分應(yīng)力小于拉板材料Q235鋼板的許用應(yīng)力235MPa，由于吊軸焊在腹板上，所以可忽略，根據(jù)應(yīng)力分析計(jì)算結(jié)果，鐵心吊軸能夠承受短路力的作用。

三、結(jié)論

根據(jù)以上分析，器身壓板、托板、鐵心拉板、鐵心吊軸機(jī)械強(qiáng)度能夠耐受線圈短路力作用，滿足設(shè)計(jì)要求。但是變壓器由很多物理性能不同的不均勻材料組成，其制造過程仍有大量的手工操作，這些因素對(duì)產(chǎn)品有很大影響，所以只有將基于實(shí)際假定的理論研究與給定范圍、明確制造過程的試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，才是解決電力變壓器承受抗短路能力問題的唯一途徑。