油浸式變壓器的油箱是保護(hù)變壓器器身的外殼和盛油的容器，又是裝配變壓器外部套管、儲(chǔ)油柜、冷卻器（或片散）的骨架。因此油箱具有足夠的強(qiáng)度和密封性能。

對于大容量變壓器高壓出線一般在油箱中部偏下位置出線的根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)在油箱上采用一定高度的升高座過渡，并與可卸式引線升高座進(jìn)行連接，而油箱升高座周圍加焊一定數(shù)量的加強(qiáng)筋。

隨著變壓器容量的不斷增大和油箱高度增加，高壓出線位置距離油箱底部的高度相應(yīng)增加，因此油箱升高座周圍的加強(qiáng)筋在進(jìn)行油箱真空度和正壓試驗(yàn)時(shí)因應(yīng)力集中而出現(xiàn)加強(qiáng)筋與升高座之間開裂的問題，若出現(xiàn)此問題，一般是在滿足升高座與可卸式引線連接的情況下，增焊升高座周圍的加強(qiáng)筋數(shù)量。

作者針對以往大容量變壓器高壓出線處油箱結(jié)構(gòu)利用ANSYS軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對油箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行大膽地改進(jìn)，同時(shí)對于改進(jìn)后的高壓出線處油箱結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了強(qiáng)度分析。通過對比分析，改進(jìn)后的高壓出線處油箱結(jié)構(gòu)能夠滿足油箱真空度和正壓試驗(yàn)時(shí)的要求，同時(shí)具有焊接方便、結(jié)構(gòu)簡單、美觀的特點(diǎn)。

1. 大容量變壓器油箱的結(jié)構(gòu)型式

目前，國內(nèi)大容量變壓器油箱采用“桶式”結(jié)構(gòu)的較為常見。油箱壁一般采用10mm普通熱軋鋼板制作，為了加強(qiáng)油箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在箱壁縱向周圍加焊槽形加強(qiáng)鐵，并在油箱中心兩側(cè)設(shè)置起吊、運(yùn)輸及千斤頂支架等。

油箱鋼板通常采用Q235及Q345鋼板，Q345B鋼板的屈服極限為345 Mpa（345 N/mm2），抗拉強(qiáng)度為550 Mpa（550 N/mm2）； Q235的鋼板，鋼板的屈服極限為235 Mpa（235 N/mm2），抗拉強(qiáng)度為450 Mpa（450 N/mm2）。

大容量變壓器高壓出線一般在線圈中部出線，并通過成型引線與高壓套管相連接。對于高壓出線處油箱結(jié)構(gòu)通常采用一定高度的升高座過渡，并與可卸式引線升高座進(jìn)行連接。為了增加油箱升高座的強(qiáng)度在油箱升高座周圍增焊一定數(shù)量的加強(qiáng)筋。

2．變壓器油箱強(qiáng)度計(jì)算分析

根據(jù)以往大容量變壓器高壓出線處油箱結(jié)構(gòu)建立油箱模型

2.1建立油箱強(qiáng)度計(jì)算數(shù)學(xué)模型

利用ANSYS軟件，建立油箱強(qiáng)度分析模型，由于ANSYS軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)具有中心對稱的特點(diǎn)。因此在建立油箱模型時(shí)只建立1/4模型即可，圖1為模型示意圖。

圖1 油箱外視圖（高壓側(cè)）

2.2 機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)條件下油箱強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

利用ANSYS軟件對模型施加對稱約束和正壓98kPa的加載。

（1）油箱加載98kPa正壓時(shí)，油箱高壓出線處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力如圖2所示。最大應(yīng)力出現(xiàn)在油箱高壓出線處升高座與升高座上部加強(qiáng)筋處，最大應(yīng)力為344.55MPa。

圖2 油箱正壓應(yīng)力分布圖（高壓側(cè)）

（2）油箱加載98kPa正壓時(shí)，油箱高壓出線處的結(jié)構(gòu)變形如圖3所示。最大變形量為12.389mm分布在油箱高壓出線處升高座法蘭蓋板上。

圖3 油箱正壓變形分布圖（高壓側(cè)）

根據(jù)上述結(jié)果可知，應(yīng)力主要集中在高壓出線處油箱升高座與升高座加強(qiáng)筋之間，最大應(yīng)力已經(jīng)接近Q345鋼板的屈服極限。

2.3 建立油箱改進(jìn)后的強(qiáng)度計(jì)算數(shù)學(xué)模型

從2.2油箱強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，對油箱高壓出線處結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，油箱縱向槽型加強(qiáng)鐵在高壓出線處斷開，并改進(jìn)為 “口”字形槽型加強(qiáng)鐵，高壓出線處與可卸式引線升高座之間連接的法蘭采用較厚的嵌入式法蘭盤。改進(jìn)后的油箱強(qiáng)度計(jì)算模型見圖4。

圖4 油箱外視圖（高壓側(cè)）

2.4 機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)條件下油箱強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

利用ANSYS軟件對模型施加對稱約束和正壓98kPa的加載。

（1）油箱加載98kPa正壓時(shí)，油箱高壓出線處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力如圖5所示。最大應(yīng)力出現(xiàn)在油箱兩個(gè)高壓出線間的槽形加強(qiáng)鐵上，最大應(yīng)力為145.52MPa。

圖5 油箱正壓應(yīng)力分布圖（高壓側(cè)）

（2）油箱加載98kPa正壓時(shí)，油箱高壓出線處的結(jié)構(gòu)變形如圖6所示。最大變形量為10.914mm分布在油箱高壓出線處法蘭蓋板上。

圖6 油箱正壓變形分布圖（高壓側(cè)）

2.5 油箱高壓出線處結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對比

油箱高壓出線處油箱結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的計(jì)算結(jié)果對比見表1。

表1

根據(jù)表1中高壓出線處油箱結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)對比可知，改進(jìn)后油箱應(yīng)力和變形明顯減小，并且油箱變形量小于企標(biāo)規(guī)定的限值。

3．結(jié)論

本文中筆者通過對大容量變壓器高壓出線處油箱結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后強(qiáng)度分析對比，改進(jìn)后的高壓出線處油箱結(jié)構(gòu)更簡單，更易于焊接，并在實(shí)際生產(chǎn)中采用此結(jié)構(gòu)通過了試驗(yàn)的檢驗(yàn)，在很多高電壓、大容量變壓器得到推廣及應(yīng)用。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“大容量變壓器高壓出線處油箱強(qiáng)度分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)”，作者為齊紅育、李潔 等。