電力變壓器及并聯電抗器鐵軛夾緊螺栓扭矩計算原理探究

佐明 崔明興

摘要：對于不同種類的變壓器、電抗器，鐵心扭矩計算方法各有不同，本文闡述了西門子換流變、常規電力變壓器、并聯電抗器的鐵心扭矩計算原理并進行對比分析，得出更為精確的扭矩計算原則。

關鍵詞：變壓器;電抗器;鐵心;扭矩計算

一、引言

隨著國民生活水平的提高與相關環境保護政策的實施，各種變電站新建改建項目對環境保護格外重視。對于變電站來說，變壓器噪聲是一種主要的污染源，隨著近年來城區電網改造項目日益增多，變壓器噪聲問題日益突出。

二、各型號變壓器扭矩計算差異

變壓器噪聲主要由鐵心硅鋼片磁致伸縮產生。對磁致伸縮產生的噪聲，主要解決辦法是在鐵心整體結構上采用一定的緊固措施，使其自身消耗振動能量避免傳到至油箱等附件。為使變壓器采用合理的緊固措施，本文對換流變壓器、常規聯絡變壓器、并聯電抗器鐵軛緊固扭矩計算方法進行對比探究。

目前西門子換流變、常規變壓器產品采用內外拉帶為主要壓緊方式，并聯電抗器產品采用M16穿心螺桿作為主要鐵軛壓緊方式。計算方式上換流變計算較嚴謹、復雜;并聯電抗器鐵軛壓緊螺栓扭矩計算步驟較粗糙但忽略了側梁對鐵軛緊固作用;常規變壓器產品鐵軛壓緊螺栓扭矩未計算，圖紙中未計算每臺緊固力矩，僅工藝文件上有固定扭矩。本文以換流變計算方式為出發點衡量并聯電抗器產品及常規變壓器產品壓緊螺栓扭矩計算方法優缺點。

三、各型號變壓器扭矩計算方法

1、同一夾件緊固施力點沿鐵軛中心線分布不均的計算方式（西門子換流變）

（1）西門子換流變計算方法是通過內、外拉帶施力點距鐵軛中心距離折合計算出內外拉帶分配力值。F=F1×L1/（L1+L2）/COSα，解決了夾件上下拉帶（穿心螺桿）沿鐵軛中心線不對稱時力如何分配的解決辦法。

（2）并聯電抗器產品此項計算方法是按固定的系數折算，外部穿心螺桿為內部穿心螺桿的0.85倍。

電抗器產品穿心螺桿的施力點并非沿鐵軛中心線對稱，所以電抗器內、外穿心螺桿力的分配由各螺桿偏心程度關系決定。每臺產品偏心程度并不相同，所以外部穿心螺桿不能僅通過一個固定系數折算出來。

（3）對于常規變壓器產品，內外拉帶力的大小分配也應采用換流變的方式進行，而目前常規變壓器產品并未計算拉帶扭矩，應采用上述換流變的方式進行計算。

2、緊固點距器身中心線距離不同導致的力的分配計算方式（西門子換流變為例）

（1）西門子計算方式是通過拉帶之間的間距及拉帶距夾件邊緣的距離折算各處拉帶提供緊固力的大小。

（2）并聯電抗器產品此項未考慮，目前設計時所有鐵心穿心螺桿受力均一致，理論上受力距中心距離不同應分配不同的力，如西門子換流變類似分配受力

（3）對于常規變壓器產品同樣未考慮，但通過分析西門子的計算方法可以知道拉帶距器身中心線位置不同應分配不同的受力，而不是均采取同樣的緊固力矩。

3、上梁、側梁對鐵軛緊固的影響（以西門子為例）

（1）西門子結構上梁不提供鐵軛夾緊力，所以計算夾緊力時僅考慮了側梁對鐵軛夾緊的作用，計算時通過螺栓最大扭矩除以系數K，得出單個螺栓提供的夾緊力再乘以螺栓個數除以夾件面積，能夠得到側梁螺栓對鐵軛夾緊單位面積提供了多大的夾件力。通過之前的換流變產品可以發現，側梁提供的緊固力能夠達到總力的10%左右。所以側梁螺栓對鐵軛緊固的影響是不可忽略的。

（2）并聯電抗器產品未考慮側梁緊固螺栓對鐵軛夾緊的影響，而實際上側梁螺栓為M24，最大扭矩較大，所以能夠提供較大的鐵軛夾緊力。如果不考慮側梁螺栓扭矩對鐵軛夾緊力的影響，最終計算結果將造成較大的偏差。

（2）常規變壓器產品也未考慮上梁、側梁的緊固作用。變壓器產品一般3個上梁，兩個側梁，螺栓擰緊時提供了較大的鐵軛夾緊力，如果不考慮此項，將造成較大的偏差。上述西門子結構側梁提供了總夾緊力的10%左右，西門子結構側梁共6個M20螺栓能夠提供10%左右的夾緊力，而常規變壓器上梁螺栓為M24，大于西門子結構的M20，擰緊時需要提供更大的扭矩，折合為鐵軛夾緊力則越大。而且，常規變壓器鐵軛截面通常小于西門子換流變，則所需的鐵軛總夾緊力就越小，但是螺栓的最大扭矩是不變的，從而導致常規變壓器中的上梁、側梁緊固螺栓提供的夾件夾緊力大于西門子結構的10%。

四、結論及建議

1.并聯電抗器

（1）內外穿心螺桿按系數折算并不準確，較精確的算法是根據內、外穿心螺桿位置不同，計算內外螺桿提供夾緊力的比例關系。而且，電抗器產品振動與噪聲通常較大，不同的夾緊力影響鐵心中減震膠墊是否能夠起到減震作用，所以電抗器內、外穿心螺桿扭矩大小分配建議通過鐵軛寬度及穿心螺桿位置折算出扭矩分配關系。折算關系如下圖

（2）穿心螺桿距器身中心距離不等時，需提供的夾件夾緊力理論上也應為不同值。由于電抗器產品穿心螺桿布置受上梁、M36拉桿、上橫梁等結構的限制，導致穿心螺桿布置不均勻性較大，因此各穿心螺桿需提供的夾緊力也應不一致，由于扭矩提供了夾緊力所以各穿心螺桿在鐵軛方向上應不一致，建議鐵軛方向穿心螺桿扭矩應按公式折算其大小，設定不同的扭矩，已得到最優的夾緊力。

（3）由于側梁螺栓規格較大，建議計算穿心螺桿扭矩時，考慮側梁螺栓對鐵軛夾緊力的影響，后期計算穿心螺桿扭矩時考慮側梁的影響。

2.常規變壓器產品

（1）由于鐵軛單位面積夾緊力在一定產品中保持一致，但每臺產品鐵軛面積、夾件面積并不相同，所以建議針對不同產品采用不同的拉帶扭矩。

（2）內外拉帶扭矩提供的力并不相同，建議按相應公式進行折算。

（3）距離中心不同位置的拉帶應提供不同的夾件夾緊力，因此不同位置的拉帶扭矩應不同。

（4）由于側梁螺栓提供的夾緊力占總夾緊力的10%左右，所以計算時不能忽略，建議后期計算時考慮側梁螺栓扭矩對夾件夾緊力的影響。

五、結語

本文通過對比換流變、電力變壓器、并聯電抗器鐵心扭矩計算方法，得出更為準確的鐵心扭矩計算原則，為以后鐵心扭矩計算提供了借鑒與參考。

參考文獻

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