油浸式變壓器的油箱是保護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、儲油柜、冷卻器（或片散）的骨架。因此油箱具有足夠的強度和密封性能。

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已有的經驗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行連接，而油箱升高座周圍加焊一定數量的加強筋。

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增加，因此油箱升高座周圍的加強筋在進行油箱真空度和正壓試驗時因應力集中而出現加強筋與升高座之間開裂的問題，若出現此問題，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筋數量。

作者針對以往大容量變壓器高壓出線處油箱結構利用ANSYS軟件進行強度分析，并根據計算結果對油箱結構進行大膽地改進，同時對于改進后的高壓出線處油箱結構也進行了強度分析。通過對比分析，改進后的高壓出線處油箱結構能夠滿足油箱真空度和正壓試驗時的要求，同時具有焊接方便、結構簡單、美觀的特點。

1. 大容量變壓器油箱的結構型式

目前，國內大容量變壓器油箱采用“桶式”結構的較為常見。油箱壁一般采用10mm普通熱軋鋼板制作，為了加強油箱的結構強度在箱壁縱向周圍加焊槽形加強鐵，并在油箱中心兩側設置起吊、運輸及千斤頂支架等。

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構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行連接。為了增加油箱升高座的強度在油箱升高座周圍增焊一定數量的加強筋。

2．變壓器油箱強度計算分析

根據以往大容量變壓器高壓出線處油箱結構建立油箱模型

2.1建立油箱強度計算數學模型

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

圖1 油箱外視圖（高壓側）

2.2 機械強度試驗條件下油箱強度計算結果

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，油箱高壓出線處的結構應力如圖2所示。最大應力出現在油箱高壓出線處升高座與升高座上部加強筋處，最大應力為344.55MPa。

圖2 油箱正壓應力分布圖（高壓側）

（2）油箱加載98kPa正壓時，油箱高壓出線處的結構變形如圖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）

根據上述結果可知，應力主要集中在高壓出線處油箱升高座與升高座加強筋之間，最大應力已經接近Q345鋼板的屈服極限。

2.3 建立油箱改進后的強度計算數學模型

從2.2油箱強度計算結果，對油箱高壓出線處結構進行改進，油箱縱向槽型加強鐵在高壓出線處斷開，并改進為 “口”字形槽型加強鐵，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。改進后的油箱強度計算模型見圖4。

圖4 油箱外視圖（高壓側）

2.4 機械強度試驗條件下油箱強度計算結果

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，油箱高壓出線處的結構應力如圖5所示。最大應力出現在油箱兩個高壓出線間的槽形加強鐵上，最大應力為145.52MPa。

圖5 油箱正壓應力分布圖（高壓側）

（2）油箱加載98kPa正壓時，油箱高壓出線處的結構變形如圖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）

2.5 油箱高壓出線處結構改進前后數據對比

油箱高壓出線處油箱結構改進前后的計算結果對比見表1。

表1

根據表1中高壓出線處油箱結構改進前后的數據對比可知，改進后油箱應力和變形明顯減小，并且油箱變形量小于企標規定的限值。

3．結論

本文中筆者通過對大容量變壓器高壓出線處油箱結構改進前后強度分析對比，改進后的高壓出線處油箱結構更簡單，更易于焊接，并在實際生產中采用此結構通過了試驗的檢驗，在很多高電壓、大容量變壓器得到推廣及應用。

本文編自《電氣技術》，標題為“大容量變壓器高壓出線處油箱強度分析及結構改進”，作者為齊紅育、李潔 等。