电力变压器及并联电抗器铁轭夹紧螺栓扭矩计算原理探究

佐明 崔明兴

摘要：对于不同种类的变压器、电抗器，铁心扭矩计算方法各有不同，本文阐述了西门子换流变、常规电力变压器、并联电抗器的铁心扭矩计算原理并进行对比分析，得出更为精确的扭矩计算原则。

关键词：变压器;电抗器;铁心;扭矩计算

一、引言

随着国民生活水平的提高与相关环境保护政策的实施，各种变电站新建改建项目对环境保护格外重视。对于变电站来说，变压器噪声是一种主要的污染源，随着近年来城区电网改造项目日益增多，变压器噪声问题日益突出。

二、各型号变压器扭矩计算差异

变压器噪声主要由铁心硅钢片磁致伸缩产生。对磁致伸缩产生的噪声，主要解决办法是在铁心整体结构上采用一定的紧固措施，使其自身消耗振动能量避免传到至油箱等附件。为使变压器采用合理的紧固措施，本文对换流变压器、常规联络变压器、并联电抗器铁轭紧固扭矩计算方法进行对比探究。

目前西门子换流变、常规变压器产品采用内外拉带为主要压紧方式，并联电抗器产品采用M16穿心螺杆作为主要铁轭压紧方式。计算方式上换流变计算较严谨、复杂;并联电抗器铁轭压紧螺栓扭矩计算步骤较粗糙但忽略了侧梁对铁轭紧固作用;常规变压器产品铁轭压紧螺栓扭矩未计算，图纸中未计算每台紧固力矩，仅工艺文件上有固定扭矩。本文以换流变计算方式为出发点衡量并联电抗器产品及常规变压器产品压紧螺栓扭矩計算方法优缺点。

三、各型号变压器扭矩计算方法

1、同一夹件紧固施力点沿铁轭中心线分布不均的计算方式（西门子换流变）

（1）西门子换流变计算方法是通过内、外拉带施力点距铁轭中心距离折合计算出内外拉带分配力值。F=F1×L1/（L1+L2）/COSα，解决了夹件上下拉带（穿心螺杆）沿铁轭中心线不对称时力如何分配的解决办法。

（2）并联电抗器产品此项计算方法是按固定的系数折算，外部穿心螺杆为内部穿心螺杆的0.85倍。

电抗器产品穿心螺杆的施力点并非沿铁轭中心线对称，所以电抗器内、外穿心螺杆力的分配由各螺杆偏心程度关系决定。每台产品偏心程度并不相同，所以外部穿心螺杆不能仅通过一个固定系数折算出来。

（3）对于常规变压器产品，内外拉带力的大小分配也应采用换流变的方式进行，而目前常规变压器产品并未计算拉带扭矩，应采用上述换流变的方式进行计算。

2、紧固点距器身中心线距离不同导致的力的分配计算方式（西门子换流变为例）

（1）西门子计算方式是通过拉带之间的间距及拉带距夹件边缘的距离折算各处拉带提供紧固力的大小。

（2）并联电抗器产品此项未考虑，目前设计时所有铁心穿心螺杆受力均一致，理论上受力距中心距离不同应分配不同的力，如西门子换流变类似分配受力

（3）对于常规变压器产品同样未考虑，但通过分析西门子的计算方法可以知道拉带距器身中心线位置不同应分配不同的受力，而不是均采取同样的紧固力矩。

3、上梁、侧梁对铁轭紧固的影响（以西门子为例）

（1）西门子结构上梁不提供铁轭夹紧力，所以计算夹紧力时仅考虑了侧梁对铁轭夹紧的作用，计算时通过螺栓最大扭矩除以系数K，得出单个螺栓提供的夹紧力再乘以螺栓个数除以夹件面积，能够得到侧梁螺栓对铁轭夹紧单位面积提供了多大的夹件力。通过之前的换流变产品可以发现，侧梁提供的紧固力能够达到总力的10%左右。所以侧梁螺栓对铁轭紧固的影响是不可忽略的。

（2）并联电抗器产品未考虑侧梁紧固螺栓对铁轭夹紧的影响，而实际上侧梁螺栓为M24，最大扭矩较大，所以能够提供较大的铁轭夹紧力。如果不考虑侧梁螺栓扭矩对铁轭夹紧力的影响，最终计算结果将造成较大的偏差。

（2）常规变压器产品也未考虑上梁、侧梁的紧固作用。变压器产品一般3个上梁，两个侧梁，螺栓拧紧时提供了较大的铁轭夹紧力，如果不考虑此项，将造成较大的偏差。上述西门子结构侧梁提供了总夹紧力的10%左右，西门子结构侧梁共6个M20螺栓能够提供10%左右的夹紧力，而常规变压器上梁螺栓为M24，大于西门子结构的M20，拧紧时需要提供更大的扭矩，折合为铁轭夹紧力则越大。而且，常规变压器铁轭截面通常小于西门子换流变，则所需的铁轭总夹紧力就越小，但是螺栓的最大扭矩是不变的，从而导致常规变压器中的上梁、侧梁紧固螺栓提供的夹件夹紧力大于西门子结构的10%。

四、结论及建议

1.并联电抗器

（1）内外穿心螺杆按系数折算并不准确，较精确的算法是根据内、外穿心螺杆位置不同，计算内外螺杆提供夹紧力的比例关系。而且，电抗器产品振动与噪声通常较大，不同的夹紧力影响铁心中减震胶垫是否能够起到减震作用，所以电抗器内、外穿心螺杆扭矩大小分配建议通过铁轭宽度及穿心螺杆位置折算出扭矩分配关系。折算关系如下图

（2）穿心螺杆距器身中心距离不等时，需提供的夹件夹紧力理论上也应为不同值。由于电抗器产品穿心螺杆布置受上梁、M36拉杆、上横梁等结构的限制，导致穿心螺杆布置不均匀性较大，因此各穿心螺杆需提供的夹紧力也应不一致，由于扭矩提供了夹紧力所以各穿心螺杆在铁轭方向上应不一致，建议铁轭方向穿心螺杆扭矩应按公式折算其大小，设定不同的扭矩，已得到最优的夹紧力。

（3）由于侧梁螺栓规格较大，建议计算穿心螺杆扭矩时，考虑侧梁螺栓对铁轭夹紧力的影响，后期计算穿心螺杆扭矩时考虑侧梁的影响。

2.常规变压器产品

（1）由于铁轭单位面积夹紧力在一定产品中保持一致，但每台产品铁轭面积、夹件面积并不相同，所以建议针对不同产品采用不同的拉带扭矩。

（2）内外拉带扭矩提供的力并不相同，建议按相应公式进行折算。

（3）距离中心不同位置的拉带应提供不同的夹件夹紧力，因此不同位置的拉带扭矩应不同。

（4）由于侧梁螺栓提供的夹紧力占总夹紧力的10%左右，所以计算时不能忽略，建议后期计算时考虑侧梁螺栓扭矩对夹件夹紧力的影响。

五、结语

本文通过对比换流变、电力变压器、并联电抗器铁心扭矩计算方法，得出更为准确的铁心扭矩计算原则，为以后铁心扭矩计算提供了借鉴与参考。

参考文献

[1] 刘传彝.电力变压器设计方法与实践[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.

[2] 崔立君.特种变压器理论与设计[M].北京：科学技术文献出版社，1996.

[3] 路长柏.电力变压器理论与计算[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2007.