摘要：對(duì)一種典型的220KV電力變壓器油箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析改進(jìn)，以保證油箱強(qiáng)度，進(jìn)而從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、制作工藝、產(chǎn)品檢驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)幾個(gè)方面提出了保證油箱強(qiáng)度的關(guān)鍵點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：變壓器變形強(qiáng)度

1 概述

油箱是大型電力變壓器中重要組成部分，是變壓器整體裝配的殼體，在變壓器中起著重要作用。油箱應(yīng)有可靠的強(qiáng)度，能夠承受住真空度為133Pa和正壓力為98kPa的機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，油箱不得有損傷和不允許的永久變形，滿足變壓器真空注油的負(fù)壓力和運(yùn)行中的正壓力；油箱應(yīng)有嚴(yán)格的密封性，滿足變壓器注油后無滲漏要求；油箱應(yīng)有精確的形位精度，滿足變壓器整體裝配質(zhì)量要求。油箱強(qiáng)度決定著油箱密封性和安裝精度，當(dāng)油箱強(qiáng)度不足產(chǎn)生變形時(shí)，法蘭盤、管路、定位件等會(huì)產(chǎn)生變形，密封性和安裝精度都會(huì)受到影響。變壓器油箱強(qiáng)度是油箱質(zhì)量、變壓器質(zhì)量的重要指標(biāo)，是油箱設(shè)計(jì)、油箱生產(chǎn)工藝、油箱檢查和油箱試驗(yàn)的重點(diǎn)考慮內(nèi)容，本文以一臺(tái)SFP11-400000/

242/20型變壓器油箱強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，箱蓋、箱壁發(fā)生變形進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)為實(shí)例，從設(shè)計(jì)、工藝、試驗(yàn)、生產(chǎn)等方面討論如何保證變壓器油箱強(qiáng)度。

2 變壓器油箱結(jié)構(gòu)分析

常見電力變壓器油箱結(jié)構(gòu)分為鐘罩式油箱、桶式油箱和殼式油箱，本文討論的油箱為典型的220kV鐘罩式油箱，圖1所示。

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2.1 油箱結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度分析 油箱采用Q235B-16鋼板折彎梯形箱蓋，梯形箱蓋總體強(qiáng)度較高，具有較強(qiáng)的承受正壓、負(fù)壓的能力，低壓法蘭盤處箱蓋為低磁鋼板20Mn23Al材質(zhì)，箱蓋寬度超出箱壁480mm，低磁箱蓋上有三個(gè)開孔φ735mm的法蘭盤，減弱了箱蓋強(qiáng)度，需要重點(diǎn)關(guān)注。箱壁采用Q235B-10鋼板焊接槽形加強(qiáng)鐵結(jié)構(gòu)；箱沿采用Q235B-36鋼板。油箱帶有低壓盒壁結(jié)構(gòu)，此部位是整個(gè)油箱強(qiáng)度的薄弱點(diǎn)，第一，低壓法蘭盤處箱蓋為低磁鋼板20Mn23Al材質(zhì)，箱蓋寬度超出箱壁480mm，低磁箱蓋上有三個(gè)開孔φ735mm的法蘭盤，減弱了箱蓋強(qiáng)度；第二，槽鋼加強(qiáng)鐵被盒壁阻斷，沒有直接連接到箱蓋處，加強(qiáng)作用大大削弱；第三，槽鋼加強(qiáng)鐵上部三角形板式加強(qiáng)鐵上部窄下部寬，加強(qiáng)作用較小；第四，此結(jié)構(gòu)對(duì)槽鋼加強(qiáng)鐵與水平加強(qiáng)鐵、水平加強(qiáng)鐵與三角形加強(qiáng)鐵之間的角焊縫強(qiáng)度要求很高，油箱做正壓試驗(yàn)時(shí)承受很大的拉應(yīng)力。

2.2 油箱強(qiáng)度分析 油箱使用Pro/Engeer Wildfire建立模型，對(duì)油箱進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變分析，彈性變形見圖2，在低壓盒壁部位焊接處變形值最大，且集中在加強(qiáng)鐵上端部位，彈性變形最大處超過35mm，超出正常彈性變形量。

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2.3 油箱強(qiáng)度試驗(yàn) 按照GB/T6451-1999規(guī)定變壓器油箱應(yīng)承受住真空度為133Pa和正壓力為98kPa的機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，油箱不得有損傷和超過表1的永久變形。

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油箱焊裝檢驗(yàn)合格后，按照技術(shù)要求和試驗(yàn)方法進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)前分析油箱強(qiáng)度薄弱點(diǎn)為盒壁部位，試驗(yàn)過程中對(duì)其進(jìn)行密切關(guān)注。油箱打正壓時(shí)，當(dāng)壓力值為60kPa左右時(shí)，盒壁部位發(fā)出響聲，出現(xiàn)明顯變形，即刻關(guān)閉進(jìn)氣閥，打開排氣閥，解除壓力后，對(duì)油箱檢查發(fā)現(xiàn)盒壁部位項(xiàng)2、項(xiàng)3之間焊縫開裂、低磁箱蓋超出箱壁部位向上彎曲變形、槽鋼加強(qiáng)鐵上部連同盒壁整體向外突出變形。經(jīng)過對(duì)焊縫檢查焊腳高度符合標(biāo)準(zhǔn)、焊縫熔合良好，未發(fā)現(xiàn)缺陷。停止強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)油箱結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度進(jìn)行分析，結(jié)論是盒壁部位強(qiáng)度不足。

3 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1 油箱結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案 按照對(duì)強(qiáng)度薄弱的低壓盒壁部位幾方面的分析，唯一能夠改進(jìn)的是加強(qiáng)鐵加強(qiáng)方式，也是最關(guān)鍵的因素，改進(jìn)方案一是將槽鋼頂部的水平加強(qiáng)鐵去除，更換一根Q345B-30mm，寬度150mm的板式加強(qiáng)鐵，兩端焊接于吊軸槽鋼加強(qiáng)鐵上，將槽鋼加強(qiáng)鐵焊接成整體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；方案二是將槽鋼加強(qiáng)鐵去短增加一根橫向槽鋼加強(qiáng)鐵。經(jīng)過應(yīng)力分析，板式加強(qiáng)鐵滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)改動(dòng)較小，作為最終方案，更改后油箱結(jié)構(gòu)圖見圖3。

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3.2 改進(jìn)后應(yīng)力分布 油箱改進(jìn)結(jié)構(gòu)后進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，見圖4，油箱最大彈性變形量22mm，低壓側(cè)箱壁整體受力均勻，未出現(xiàn)嚴(yán)重應(yīng)力集中部位，變形明顯減小，油箱強(qiáng)度良好。

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3.3 改進(jìn)后強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù) 對(duì)油箱改進(jìn)結(jié)構(gòu)后進(jìn)行油箱強(qiáng)度試驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表2、表3。箱壁允許變形量：15mm，實(shí)際永久變形量：5mm。加強(qiáng)鐵允許變形量：10mm，實(shí)際永久變形量：4mm，通過強(qiáng)度試驗(yàn)。

4 保證油箱質(zhì)量的焊接工藝和無損檢測(cè)

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是保證油箱強(qiáng)度的前提，同時(shí)油箱焊接接頭設(shè)計(jì)和焊接工藝確定也起著決定作用。改進(jìn)結(jié)構(gòu)的油箱焊接工藝注意以下要點(diǎn)：①第1條T型單面焊接角焊縫，油箱打正壓時(shí)彈性變形較大，焊縫承受較大的拉應(yīng)力，易出現(xiàn)開裂，此條焊縫應(yīng)在槽鋼加強(qiáng)鐵上開單V型坡口，采用單面焊雙面成形技術(shù)，保證焊透。②第2條T形接頭較短，油箱強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)承接較大的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，易出現(xiàn)開裂，此條焊縫應(yīng)開雙面單V型坡口，雙面焊接保證焊透，保證焊腳高度。③第3條焊縫連接加強(qiáng)鐵和盒壁，可不開坡口，但在上部1/4范圍需要加強(qiáng)焊接，焊腳高度由8mm增大為10mm。④以上三條焊縫要根據(jù)母材、坡口選擇適合的焊接材料和焊接參數(shù)，保證焊接質(zhì)量，特別不應(yīng)存在咬邊、未熔合、未焊滿等易出現(xiàn)應(yīng)力集中和焊縫開裂的缺陷，尤其注意保證加強(qiáng)鐵端部開圓角處的封焊質(zhì)量。⑤對(duì)強(qiáng)度薄弱的低壓盒壁部位焊縫進(jìn)行100%表面滲透無損檢測(cè)，檢查焊縫無超標(biāo)缺陷。

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5 結(jié)束語

本文通過對(duì)一種典型的220kV油箱強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)改進(jìn)進(jìn)行了分析討論，同時(shí)對(duì)焊接工藝和焊縫檢測(cè)要點(diǎn)進(jìn)行了討論，變壓器油箱強(qiáng)度和質(zhì)量的保證取決于以下四個(gè)方面：①油箱具有科學(xué)合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，油箱結(jié)構(gòu)、選材決定著油箱加工工藝，是保證油箱強(qiáng)度的首要條件。②制定科學(xué)合理的加工工藝，焊接工藝是保證油箱強(qiáng)度的重要手段，變壓器油箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊接接頭較多，需要對(duì)油箱各類焊接接頭進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，制定合理的焊接工藝，投產(chǎn)前技術(shù)方案的確定是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。③按照油箱工藝方案、檢驗(yàn)方案，對(duì)受力焊縫、強(qiáng)度薄弱部位焊縫和特殊材質(zhì)的焊縫需要進(jìn)行無損檢測(cè)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臒o損檢測(cè)是檢查焊接質(zhì)量是否合格的重要手段。④規(guī)范的油箱強(qiáng)度試驗(yàn)也很關(guān)鍵，通過油箱強(qiáng)度試驗(yàn)檢定油箱強(qiáng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，油箱強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，油箱本體上應(yīng)安裝兩塊麥?zhǔn)险婵沼?jì)或兩塊壓力表，防止一塊表失靈出現(xiàn)油箱承受超壓情況異常損傷。⑤嚴(yán)謹(jǐn)生產(chǎn)管理，規(guī)范強(qiáng)度試驗(yàn)、真空注油操作，嚴(yán)格按照工藝守則和操作規(guī)程進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)和抽真空注油操作，避免誤操作油箱承受超壓出現(xiàn)異常損傷。

本文對(duì)變壓器油箱油箱強(qiáng)度、油箱質(zhì)量從油箱結(jié)構(gòu)、焊接工藝、無損檢測(cè)、強(qiáng)度試驗(yàn)等方面進(jìn)行了分析，針對(duì)一起典型的220KV變壓器油箱的薄弱點(diǎn)進(jìn)行了案例分析，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和變形情況確定了油箱結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，改進(jìn)后油箱通過了強(qiáng)度試驗(yàn)；同時(shí)對(duì)保證油箱強(qiáng)度的幾個(gè)方面進(jìn)行了討論。

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作者簡(jiǎn)介：馬四龍（1978-），男，河北保定人，工程師，研究方向：電力變壓器油箱、夾件制造工藝研究和質(zhì)量管理。