電力變壓器及并聯(lián)電抗器鐵軛夾緊螺栓扭矩計(jì)算原理探究

佐明 崔明興

摘要：對(duì)于不同種類的變壓器、電抗器，鐵心扭矩計(jì)算方法各有不同，本文闡述了西門子換流變、常規(guī)電力變壓器、并聯(lián)電抗器的鐵心扭矩計(jì)算原理并進(jìn)行對(duì)比分析，得出更為精確的扭矩計(jì)算原則。

關(guān)鍵詞：變壓器;電抗器;鐵心;扭矩計(jì)算

一、引言

隨著國民生活水平的提高與相關(guān)環(huán)境保護(hù)政策的實(shí)施，各種變電站新建改建項(xiàng)目對(duì)環(huán)境保護(hù)格外重視。對(duì)于變電站來說，變壓器噪聲是一種主要的污染源，隨著近年來城區(qū)電網(wǎng)改造項(xiàng)目日益增多，變壓器噪聲問題日益突出。

二、各型號(hào)變壓器扭矩計(jì)算差異

變壓器噪聲主要由鐵心硅鋼片磁致伸縮產(chǎn)生。對(duì)磁致伸縮產(chǎn)生的噪聲，主要解決辦法是在鐵心整體結(jié)構(gòu)上采用一定的緊固措施，使其自身消耗振動(dòng)能量避免傳到至油箱等附件。為使變壓器采用合理的緊固措施，本文對(duì)換流變壓器、常規(guī)聯(lián)絡(luò)變壓器、并聯(lián)電抗器鐵軛緊固扭矩計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比探究。

目前西門子換流變、常規(guī)變壓器產(chǎn)品采用內(nèi)外拉帶為主要壓緊方式，并聯(lián)電抗器產(chǎn)品采用M16穿心螺桿作為主要鐵軛壓緊方式。計(jì)算方式上換流變計(jì)算較嚴(yán)謹(jǐn)、復(fù)雜;并聯(lián)電抗器鐵軛壓緊螺栓扭矩計(jì)算步驟較粗糙但忽略了側(cè)梁對(duì)鐵軛緊固作用;常規(guī)變壓器產(chǎn)品鐵軛壓緊螺栓扭矩未計(jì)算，圖紙中未計(jì)算每臺(tái)緊固力矩，僅工藝文件上有固定扭矩。本文以換流變計(jì)算方式為出發(fā)點(diǎn)衡量并聯(lián)電抗器產(chǎn)品及常規(guī)變壓器產(chǎn)品壓緊螺栓扭矩計(jì)算方法優(yōu)缺點(diǎn)。

三、各型號(hào)變壓器扭矩計(jì)算方法

1、同一夾件緊固施力點(diǎn)沿鐵軛中心線分布不均的計(jì)算方式（西門子換流變）

（1）西門子換流變計(jì)算方法是通過內(nèi)、外拉帶施力點(diǎn)距鐵軛中心距離折合計(jì)算出內(nèi)外拉帶分配力值。F=F1×L1/（L1+L2）/COSα，解決了夾件上下拉帶（穿心螺桿）沿鐵軛中心線不對(duì)稱時(shí)力如何分配的解決辦法。

（2）并聯(lián)電抗器產(chǎn)品此項(xiàng)計(jì)算方法是按固定的系數(shù)折算，外部穿心螺桿為內(nèi)部穿心螺桿的0.85倍。

電抗器產(chǎn)品穿心螺桿的施力點(diǎn)并非沿鐵軛中心線對(duì)稱，所以電抗器內(nèi)、外穿心螺桿力的分配由各螺桿偏心程度關(guān)系決定。每臺(tái)產(chǎn)品偏心程度并不相同，所以外部穿心螺桿不能僅通過一個(gè)固定系數(shù)折算出來。

（3）對(duì)于常規(guī)變壓器產(chǎn)品，內(nèi)外拉帶力的大小分配也應(yīng)采用換流變的方式進(jìn)行，而目前常規(guī)變壓器產(chǎn)品并未計(jì)算拉帶扭矩，應(yīng)采用上述換流變的方式進(jìn)行計(jì)算。

2、緊固點(diǎn)距器身中心線距離不同導(dǎo)致的力的分配計(jì)算方式（西門子換流變?yōu)槔?/p>

（1）西門子計(jì)算方式是通過拉帶之間的間距及拉帶距夾件邊緣的距離折算各處拉帶提供緊固力的大小。

（2）并聯(lián)電抗器產(chǎn)品此項(xiàng)未考慮，目前設(shè)計(jì)時(shí)所有鐵心穿心螺桿受力均一致，理論上受力距中心距離不同應(yīng)分配不同的力，如西門子換流變類似分配受力

（3）對(duì)于常規(guī)變壓器產(chǎn)品同樣未考慮，但通過分析西門子的計(jì)算方法可以知道拉帶距器身中心線位置不同應(yīng)分配不同的受力，而不是均采取同樣的緊固力矩。

3、上梁、側(cè)梁對(duì)鐵軛緊固的影響（以西門子為例）

（1）西門子結(jié)構(gòu)上梁不提供鐵軛夾緊力，所以計(jì)算夾緊力時(shí)僅考慮了側(cè)梁對(duì)鐵軛夾緊的作用，計(jì)算時(shí)通過螺栓最大扭矩除以系數(shù)K，得出單個(gè)螺栓提供的夾緊力再乘以螺栓個(gè)數(shù)除以夾件面積，能夠得到側(cè)梁螺栓對(duì)鐵軛夾緊單位面積提供了多大的夾件力。通過之前的換流變產(chǎn)品可以發(fā)現(xiàn)，側(cè)梁提供的緊固力能夠達(dá)到總力的10%左右。所以側(cè)梁螺栓對(duì)鐵軛緊固的影響是不可忽略的。

（2）并聯(lián)電抗器產(chǎn)品未考慮側(cè)梁緊固螺栓對(duì)鐵軛夾緊的影響，而實(shí)際上側(cè)梁螺栓為M24，最大扭矩較大，所以能夠提供較大的鐵軛夾緊力。如果不考慮側(cè)梁螺栓扭矩對(duì)鐵軛夾緊力的影響，最終計(jì)算結(jié)果將造成較大的偏差。

（2）常規(guī)變壓器產(chǎn)品也未考慮上梁、側(cè)梁的緊固作用。變壓器產(chǎn)品一般3個(gè)上梁，兩個(gè)側(cè)梁，螺栓擰緊時(shí)提供了較大的鐵軛夾緊力，如果不考慮此項(xiàng)，將造成較大的偏差。上述西門子結(jié)構(gòu)側(cè)梁提供了總夾緊力的10%左右，西門子結(jié)構(gòu)側(cè)梁共6個(gè)M20螺栓能夠提供10%左右的夾緊力，而常規(guī)變壓器上梁螺栓為M24，大于西門子結(jié)構(gòu)的M20，擰緊時(shí)需要提供更大的扭矩，折合為鐵軛夾緊力則越大。而且，常規(guī)變壓器鐵軛截面通常小于西門子換流變，則所需的鐵軛總夾緊力就越小，但是螺栓的最大扭矩是不變的，從而導(dǎo)致常規(guī)變壓器中的上梁、側(cè)梁緊固螺栓提供的夾件夾緊力大于西門子結(jié)構(gòu)的10%。

四、結(jié)論及建議

1.并聯(lián)電抗器

（1）內(nèi)外穿心螺桿按系數(shù)折算并不準(zhǔn)確，較精確的算法是根據(jù)內(nèi)、外穿心螺桿位置不同，計(jì)算內(nèi)外螺桿提供夾緊力的比例關(guān)系。而且，電抗器產(chǎn)品振動(dòng)與噪聲通常較大，不同的夾緊力影響鐵心中減震膠墊是否能夠起到減震作用，所以電抗器內(nèi)、外穿心螺桿扭矩大小分配建議通過鐵軛寬度及穿心螺桿位置折算出扭矩分配關(guān)系。折算關(guān)系如下圖

（2）穿心螺桿距器身中心距離不等時(shí)，需提供的夾件夾緊力理論上也應(yīng)為不同值。由于電抗器產(chǎn)品穿心螺桿布置受上梁、M36拉桿、上橫梁等結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致穿心螺桿布置不均勻性較大，因此各穿心螺桿需提供的夾緊力也應(yīng)不一致，由于扭矩提供了夾緊力所以各穿心螺桿在鐵軛方向上應(yīng)不一致，建議鐵軛方向穿心螺桿扭矩應(yīng)按公式折算其大小，設(shè)定不同的扭矩，已得到最優(yōu)的夾緊力。

（3）由于側(cè)梁螺栓規(guī)格較大，建議計(jì)算穿心螺桿扭矩時(shí)，考慮側(cè)梁螺栓對(duì)鐵軛夾緊力的影響，后期計(jì)算穿心螺桿扭矩時(shí)考慮側(cè)梁的影響。

2.常規(guī)變壓器產(chǎn)品

（1）由于鐵軛單位面積夾緊力在一定產(chǎn)品中保持一致，但每臺(tái)產(chǎn)品鐵軛面積、夾件面積并不相同，所以建議針對(duì)不同產(chǎn)品采用不同的拉帶扭矩。

（2）內(nèi)外拉帶扭矩提供的力并不相同，建議按相應(yīng)公式進(jìn)行折算。

（3）距離中心不同位置的拉帶應(yīng)提供不同的夾件夾緊力，因此不同位置的拉帶扭矩應(yīng)不同。

（4）由于側(cè)梁螺栓提供的夾緊力占總夾緊力的10%左右，所以計(jì)算時(shí)不能忽略，建議后期計(jì)算時(shí)考慮側(cè)梁螺栓扭矩對(duì)夾件夾緊力的影響。

五、結(jié)語

本文通過對(duì)比換流變、電力變壓器、并聯(lián)電抗器鐵心扭矩計(jì)算方法，得出更為準(zhǔn)確的鐵心扭矩計(jì)算原則，為以后鐵心扭矩計(jì)算提供了借鑒與參考。

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