(特变电工衡阳变压器有限公司 湖南衡阳 421007)
摘要：本文基于数值仿真软件对一大容量发电机变压器油箱强度问题展开计算，研究了油箱强度改进方案，并最终通过实际试验，彻底解决了大容量发电机变压器油箱强度问题。
关键词：发电机变压器；强度；仿真
1 引言
目前，国家电网实施以建设特高压电网为骨干网架的坚强智能电网，促进大煤电、大水电、大核电和大型可再生能源发电基地的集约化发展，实现更大范围内能源资源优化配置的“一特四大”战略。该战略的实施这对提高供电可靠性、提高资源利用率和保护环境有着积极的意义，而发电机作为电源项目的“主心脏”也正朝着大机组方向发展。
发电机变压器作为大机组的配套设备，容量也越来越大，造成变压器的油箱外形尺寸也越来越大，这对大容量发电机变压器油箱强度的加强方式提出了新的考验。本文主要研究了大容量发电机变压器油箱强度的相关影响因子，并通过采用数值仿真软件对油箱强度进行仿真计算研究，最后结合某实际案例分析并提出有效的解决措施。
2 计算说明
现有一台应用于我国西北地区某电厂型号为SFP-1230000/750的发电机变压器，外形结构如图1所示。外形尺寸为：17.5m（长）×12m（宽）×15m（高），变压器总重约784吨。
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图1 型号为SFP-1230000/750变压器外部三维图
对于该电压等级的变压器，按照国标GB1094及产品技术协议要求，本发电机变压器油箱应能承受真空度为133Pa和正压强度为98kPa的强度试验。
3 对变压器强度仿真验证分析
3.1 变压器各处应力分析
变压器各处应力仿真验证结果如下图2所示
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图2 变压器各处应力仿真验证结果
根据应力仿真验证结果，变压器油箱上最大应力为327MPa，常规油箱钢板材料为牌号Q235碳素钢板不满足要求，应将油箱钢板材料改为Q345钢板。
3.2 变压器油箱各处变形量分析
变压器油箱初步设计之后，通过对变压器油箱建模仿真验真，变压器外部各侧计算结果如下：
图8 开关侧箱壁变形情况
表1 仿真验证后，变压器各侧计算强度汇总表
通过对上表的分析，油箱初步设计阶段，强度最好的部分是箱盖，变形量只有4.5mm，四周箱壁强度相当，均在17mm左右，其中变形量最大的部分为18.2mm。因变形量超过了1.5倍壁厚（壁厚为10mm），初步设计的油箱箱壁强度不满足要求，需进行加强改进设计。
4 油箱方案改进方案及实测
根据初步设计仿真验证结果，应对变压器四周箱壁进行加强。选择的加强方案是，在现有的基础上，在箱壁中部竖向间加强铁上加两道横向加强铁。实物如下图9所示：
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图9 箱壁增加两道横向加强铁实物图
表2 油箱改进加强后变形实测值
加强后，油箱各侧实际变形量均小于15mm（1.5倍壁厚值），因此加强后强度满足要求。
5结论
通过对本实际大容量发电机变压器产品的油箱设计强度改进过程分析，得出如下结论：
1）大容量发电机变压器的油箱尺寸会随变压器容量增大而增大，常规油箱加强方案会不满足强度要求，应对变压器油箱强度进行加强改进设计。
2）变压器油箱在常规加强方案的基础上增加两道加强铁后，变压器油箱变形量减小，变压器强度得到改进，实际强度满足要求。此方案可推广使用到类似大容量发电机变压器上。
3）对于大容量发电机变压器油箱所使用的原材料，建议根据实际应力情况，可用Q345牌号钢板替代常规的Q235牌号钢板。
参考文献
[1]尹克宁.变压器设计原理[M]，北京：中国电力出版社，2003.
[2]朱英浩.新编变压器实用技术问答[M]，沈阳：辽宁科学技术出版社，1999.
[3]谢毓城.[M]，电力变压器手册，北京：机械工业出版社，2008.