劉均菲 曲光磊 邢軍強 王菲

摘 要：本文以三相五柱式電抗器結(jié)構(gòu)為例，對電抗器鐵心壓緊和器身壓緊過程后心柱的實際受力情況，以及心柱拉桿、旁軛拉桿、相間拉桿的受力情況進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：三相五柱式電抗器；鐵心壓緊力；拉桿受力

1 引言

帶氣隙電抗器的噪聲主要來源于交變磁通在各鐵心餅間的電磁力作用和硅鋼片的磁滯伸縮。那么對心柱施加適當(dāng)?shù)淖饔昧σ缘窒闹姶帕κ墙鉀Q噪聲問題的途徑之一。目前抵消心柱電磁力主要采用的方法是利用心柱中心的拉桿和旁軛、相間的拉桿對心柱進(jìn)行壓緊。但是因為在三相五柱式結(jié)構(gòu)中心柱、旁軛、相間拉桿所處位置不同、施力的過程也不同。本文將按照電抗器心柱實際加壓過程利用ANSYS軟件對心柱和各處拉桿的受力情況進(jìn)行分析，得到心柱和各處拉桿實際的受力情況，為后續(xù)心柱壓緊力的大小和各處拉桿強度的選取提供參考，并有針對性的優(yōu)化加壓過程。

2 心柱壓緊過程簡要說明

對心柱的加壓過程主要是以下幾個步驟：①鐵心餅在下鐵軛上疊裝后未套線圈前進(jìn)行預(yù)壓，主要目的是為了將各鐵心餅帶膠后預(yù)壓到要求的高度并粘牢。②線圈套裝、安裝上鐵軛。安裝完上鐵軛后，利用三個心柱中心的拉桿對心柱進(jìn)行加壓。在此過程中因為未插旁軛小片可以將上鐵軛看成是一個自由活動的部件。③加壓完成后，插旁軛小片，夾緊，再安裝旁軛和相間拉桿。相間拉桿暫不進(jìn)行加壓處理。④器身進(jìn)行干燥處理，干燥后利用心柱中心的拉桿對心柱進(jìn)行二次加壓。⑤心柱二次加壓后，對旁軛和相間拉桿進(jìn)行加壓，完成整個心柱的加壓過程。需要注意的是此時旁軛小片已經(jīng)夾緊，其摩擦力很大。⑥整個心柱加壓過程完成后，需對器身進(jìn)行加壓根據(jù)要求值壓緊器身。此時旁軛小片處于夾緊狀態(tài)，心柱拉桿與旁軛、相間拉桿也處于拉緊狀態(tài)。完成以上操作過程后，心柱與各處拉桿將處于一個平衡的受力狀態(tài)，這也將是產(chǎn)品運行時的最終狀態(tài)。

3 電抗器心柱和各處拉桿受力分析的仿真計算

仿真計算是力學(xué)分析的一個重要手段，本文采用ANSYS軟件的有限元分析方法，根據(jù)上述工藝步驟中的三個加壓過程，對心柱和各處拉桿的受力情況進(jìn)行分析，總體模型如圖1所示。模型中，心柱拉桿和旁軛、相間拉桿均為直接受力裝置，加壓后不會有反彈現(xiàn)象，所以設(shè)置為梁單元。心柱與器身加壓后會有反彈力，所以設(shè)置為彈簧單元。

3.1 通過心柱拉桿對每個心柱施加壓過程和計算結(jié)果

①通過心柱拉桿對每個心柱施加一定的壓力，本文以35噸壓力為例進(jìn)行仿真計算。此時的上鐵軛未插小片處于活動狀態(tài)，旁軛和相間拉桿也未安裝，計算模型如圖2所示；②此時心柱和心柱拉桿受力均為35噸。

3.2 通過旁軛和相間拉桿對心柱加壓過程和計算結(jié)果

①器身干燥后，通過旁軛和相間拉桿對心柱加壓，每根拉桿施加一定的壓力，本文以8.3噸為例進(jìn)行仿真計算。因為此時的上鐵軛已插小片處于固定狀態(tài)，當(dāng)給旁軛和相間拉桿加壓時，會出現(xiàn)上鐵軛的變形，變形趨勢如圖3所示；②通過計算得出心柱受力為A、C相42噸，B相48噸；心柱拉桿受力為A、C相33.6噸，B相32.2噸；旁軛和相間拉桿受力均為8.3噸。

3.3 通過器身加壓裝置對器身加壓過程和計算結(jié)果

①通過器身加壓裝置對器身施加一定的壓力，本文以每相施加14噸壓緊力為例進(jìn)行仿真計算。因為此時的上鐵軛已插小片處于固定狀態(tài)，心柱拉桿與旁軛、相間拉桿也處于拉緊狀態(tài)。當(dāng)給器身加壓時，會出現(xiàn)上鐵軛的變形，變形趨勢如圖4所示；②通過計算得出心柱最終受力為A、C相36噸，B相39噸；心柱拉桿受力為A、C相為34.3噸，B相為33.6噸；旁軛拉桿受力為8.2噸；相間拉桿受力為9.7噸。

4 結(jié)論

通過以上計算結(jié)果可以看出，心柱和旁軛、相間拉桿力和心柱加壓過程，心柱上最終達(dá)到平衡的力是不一樣的。也就是說當(dāng)電抗器運行時心柱雖然已處于壓緊狀態(tài)，但是由于壓緊力不同，那么它的形變量也是不同的，從而會影響電抗器的噪聲問題。同時，各處拉桿由于處在的位置不同，并且受到旁軛小片夾緊的影響，最終所受的拉力也不同，尤其是相間拉桿已達(dá)到原給定值的1.17倍。利用計算結(jié)果對拉桿的強度進(jìn)行校核，選取合適強度或直徑的拉桿避免拉桿產(chǎn)生塑形變形，導(dǎo)致?lián)p壞。借鑒以上計算結(jié)果，鐵心壓緊時需要適當(dāng)調(diào)整心柱壓緊力和各處拉桿拉力，保證三個心柱所受壓緊力一致，這是控制噪聲的重要環(huán)節(jié)。再通過計算和實踐摸索到一個心柱壓緊力的最佳值才會將心柱噪聲降到最低。

作者簡介：

劉均菲（1980- ），男，遼寧撫順人，特變電工沈陽變壓器集團(tuán)有限公司工程師，從事電抗器類產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)工作。