應用Pro/E分析一臺SFSZ10—240000/220變壓器部分結構件承受短路能力的計算報告

張海栓

【摘 要】本文以一臺SFSZ10-240000/220大型電力變壓器為例，對其結構件承受抗短路能力進行分析，為從事電力變壓器設計人員提供參考和借鑒。

【關鍵詞】短路能力；受力分析

一、引言

近年來，承受短路能力被認為是電力變壓器的一個重要特性。因此，IEC和IEEE以及其他的國家都規定電力變壓器必須進行短路試驗和如何檢驗這一性能。然而短路引起的故障仍然在變壓器故障類型中占據主要原因。現今國家和地區的電力需求增長非常快，這些地區發電能力和電力系統聯絡增長迅速，這就增加了電網的短路容量，導致電力變壓器耐受短路能力的要求更為嚴格，以達到電網無事故運行的迫切需要，因此對變壓器結構進行抗短路能力進行分析計算是很有必要的。

二、不同結構件分析過程

在利用Pro/E分析之前，我們在前期準備中計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，通過以上數據對該臺變壓器進行受力分析計算。

（一）主柱器身壓板強度計算

主柱器身壓板壓板厚度為90mm，由層壓木制成，應用Pro/E建立其受力計算模型，利用有限元方法對主柱器身壓板物理模型進行求解，設定器身壓板上部10個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果如圖1所示，壓板的應力最大值為37.36N/mm2，小于設計控制許用應力57N/mm2。

（二）主柱器身托板強度計算

主柱器身托板厚度為50mm，由層壓紙板制成，應用Pro/E建立其受力計算模型，利用有限元方法對主柱器身托板物理模型進行求解，設定器身托板上部10個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果如圖2所示，托板的應力最大值為44.1N/mm2，小于設計控制許用應力57N/mm2。

（三）鐵心拉板強度計算

主柱鐵心拉板采用低磁鋼板20MN23AL制成，厚度為20mm，應用Pro/E建立其受力計算模型，利用有限元方法對主柱鐵心拉板物理模型進行求解，設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果如圖3所示，拉板的應力最大值為313.6N/mm2，小于拉板材料低磁鋼板20MN23AL的345MPa，根據應力分析計算結果，鐵心拉板能夠承受短路力的作用。

（四）鐵心吊軸強度計算

主柱鐵心吊軸采用Q235圓鋼制成，應用Pro/E建立其受力計算模型，利用有限元方法對主柱鐵心吊軸物理模型進行求解，設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果如圖4所示，吊軸的應力最大值為713.5N/mm2（瞬間應力極限1000N/mm），分布在吊軸根部，但絕大部分應力小于拉板材料Q235鋼板的許用應力235MPa，由于吊軸焊在腹板上，所以可忽略，根據應力分析計算結果，鐵心吊軸能夠承受短路力的作用。

三、結論

根據以上分析，器身壓板、托板、鐵心拉板、鐵心吊軸機械強度能夠耐受線圈短路力作用，滿足設計要求。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，這些因素對產品有很大影響，所以只有將基于實際假定的理論研究與給定范圍、明確制造過程的試驗結果相結合，才是解決電力變壓器承受抗短路能力問題的唯一途徑。