应用Pro/E分析一台SFSZ10—240000/220变压器部分结构件承受短路能力的计算报告

张海栓

【摘 要】本文以一台SFSZ10-240000/220大型电力变压器为例，对其结构件承受抗短路能力进行分析，为从事电力变压器设计人员提供参考和借鉴。

【关键词】短路能力；受力分析

一、引言

近年来，承受短路能力被认为是电力变压器的一个重要特性。因此，IEC和IEEE以及其他的国家都规定电力变压器必须进行短路试验和如何检验这一性能。然而短路引起的故障仍然在变压器故障类型中占据主要原因。现今国家和地区的电力需求增长非常快，这些地区发电能力和电力系统联络增长迅速，这就增加了电网的短路容量，导致电力变压器耐受短路能力的要求更为严格，以达到电网无事故运行的迫切需要，因此对变压器结构进行抗短路能力进行分析计算是很有必要的。

二、不同结构件分析过程

在利用Pro/E分析之前，我们在前期准备中计算出了最大线圈轴向力为108000kg，主柱器身压紧力为69570kg，器身重为17000kg。接下来，通过以上数据对该台变压器进行受力分析计算。

（一）主柱器身压板强度计算

主柱器身压板压板厚度为90mm，由层压木制成，应用Pro/E建立其受力计算模型，利用有限元方法对主柱器身压板物理模型进行求解，设定器身压板上部10个垫块所处位置为零位移，压板下部高压、中压、低压线圈所处位置施加向上的力：

F1=1080009.8+695709.8=1740186 N。

器身压板受力分析结果如图1所示，压板的应力最大值为37.36N/mm2，小于设计控制许用应力57N/mm2。

（二）主柱器身托板强度计算

主柱器身托板厚度为50mm，由层压纸板制成，应用Pro/E建立其受力计算模型，利用有限元方法对主柱器身托板物理模型进行求解，设定器身托板上部10个垫块所处位置为零位移，托板上部高压、中压、低压线圈所处位置施加向下的力：

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

器身托板受力分析结果如图2所示，托板的应力最大值为44.1N/mm2，小于设计控制许用应力57N/mm2。

（三）铁心拉板强度计算

主柱铁心拉板采用低磁钢板20MN23AL制成，厚度为20mm，应用Pro/E建立其受力计算模型，利用有限元方法对主柱铁心拉板物理模型进行求解，设定铁心拉板吊轴孔所处位置为零位移，将铁心拉板受力施加在铁心拉板端面上：

F=（1080009.8+695709.8）/2=870093 N。

铁心拉板受力分析结果如图3所示，拉板的应力最大值为313.6N/mm2，小于拉板材料低磁钢板20MN23AL的345MPa，根据应力分析计算结果，铁心拉板能够承受短路力的作用。

（四）铁心吊轴强度计算

主柱铁心吊轴采用Q235圆钢制成，应用Pro/E建立其受力计算模型，利用有限元方法对主柱铁心吊轴物理模型进行求解，设定铁心吊轴孔所处位置为零位移，将铁心吊轴受力施加在铁心吊轴上端面上：

F=（1080009.8+695709.8）/2=870093 N。

铁心吊轴受力分析结果如图4所示，吊轴的应力最大值为713.5N/mm2（瞬间应力极限1000N/mm），分布在吊轴根部，但绝大部分应力小于拉板材料Q235钢板的许用应力235MPa，由于吊轴焊在腹板上，所以可忽略，根据应力分析计算结果，铁心吊轴能够承受短路力的作用。

三、结论

根据以上分析，器身压板、托板、铁心拉板、铁心吊轴机械强度能够耐受线圈短路力作用，满足设计要求。但是变压器由很多物理性能不同的不均匀材料组成，其制造过程仍有大量的手工操作，这些因素对产品有很大影响，所以只有将基于实际假定的理论研究与给定范围、明确制造过程的试验结果相结合，才是解决电力变压器承受抗短路能力问题的唯一途径。