车载移动变压器的抗震研究

车载移动变压器的抗震研究

陈美杏

中山ABB变压器有限公司

摘要：随着国内经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，社会各界对供电质量和不间断供电的要求日益强烈，需要电力企业进一步提高供电可靠性、减少停电时间，对车载移动变电站的需求也越来越多。移动变电站由于要频繁运输移动，且有时运输的路段比较复杂，车载移动变压器须达到更高的防震性能以及能够承受很高的冲击加速度。

关键词：移动变电站；车载移动变压器；可靠性；抗震型；加速度

1 引言

移动变压器，安装在车上或船舶上，可灵活、方便地移动到需要使用变压器的地方。车载移动变压器作为移动变电站的核心设备，长期运行在运输车上，在可靠性、抗震性、冷却方式、外形尺寸及重量方面有更高的要求。尤其是车载移动变压器在运输过程中所有的组附件都不拆卸，则变压器主体及附件的防振动结构与运行安全息息相关。变压器越重、尺寸越大变压器及其运输车的抗震能力必须相应增加。选择的运输车也要相应提高抗震能力，如果抗震性能低于运输限制，将直接影响整个变电站的顺利投运。因此变压器的抗震设计就显得犹为关键与重要。不同的结构设计会影响变压器的抗震能力以外，对成本的影响也非常大，如何从总体成本及性能可靠性方面来全面衡量选取合适的结构设计方式，是值得所有变压器设计人员探索及研究。

2移动变压器的抗震措施

移动变电站因电力调度需要频繁运输移动，且运输的路段复杂且不稳定，因而对核心设备车载移动变压器的防震性提出比常规变压器更高的要求；为防止在运输过程中移动变压器受到损伤，需要对车载移动变压器进行抗震型设计，使其能够承受至少3g的冲击、振动加速度。因此，必须采用稳固、可靠的设计方案：

2.1器身设计

（1）半压板强度：考虑到抗震性的特殊要求，将下部压板加厚，以保证压板的强度。

（2）半压板定位：在下夹件的内外压脚上焊接定位销，用于下部半压板的固定。下部半压板在相应位置开定位孔。

（3）压板及端圈打销：防止不同的绝缘结构件产生相对位移，应采用绝缘销将它们牢固的连接在一起。器身部分的上、下公共端圈与上、下托板，公共端圈垫块与上、下托板都应使用销钉相互对应销铆牢固。器身上下部的公共端圈同全压板、半压板同全压板要用螺纹销钉或圆杆销钉固定，高低压侧均匀布置。

（4）阶梯木固定：外阶梯木和旁阶梯木用螺栓和支座紧固定在一起。阶梯木与夹件间的缝隙需用玻璃纤维板填实，并用胶水将它们粘在一起。

2.2 线圈设计

（1）适当选用导线的宽厚比和合理的换位，降低涡流损耗，优质的线圈结构使之减少漏磁，采用线圈油导向结构，防止线圈的局部过热。

（2）高压绕组采用连续式半硬铜，采用合理换位以减少附加损耗；低压多采用自粘型换位导线。

（3）纸筒采用高密纸板成型纸筒，耐热撑条、垫块均采用高密纸板经高密化脱水处理。

（4）绕组由线圈和绝缘件合理组合，形成耐机械性和电气性的整体，抗短路能力强。

（5）线圈套装必须紧实而且同心。并且，每个线圈都要保持良好的放射状。

2.3引线设计

（1）引线和支架或夹子之间的间隙必须用整体的填料填满，以防止引线移动。跟开关相连的每一根引线应该额外的加一个支撑。这样可以增加该引线的抗震能力。

（2）引线夹持较常规变压器密集，夹持间距不超过500mm, 保证满足运输冲击力的作用。

2.4特殊的制造工艺

（1）所有的公共端圈、半压板、全压板使用前均必须经过干燥。

（2）下部全压板应用纸板调平，水平面的公差应不大于+/-1mm。

（3）器身干燥出炉后进行第一次器身紧固；器身浸油后进行第二次紧固。

（4）器身紧固后下箱，暂不安装高压套管，低压套管暂不接线，箱沿胶条使用密封胶条，箱沿暂不焊接，接地线暂不连接，片散、冷却器及连接的波纹管暂不安装，开关传动杆暂不安装，凡是影响拆卸箱盖起吊器身进行油紧固的不必要附件均可暂不安装。需先安装箱盖定位以及安装油枕，并将油枕与油箱连通。

（5）线圈的高度沿圆周方向必须保持平整，沿圆周选取8 个测量点测量线圈高度，如果相邻两个测量点之间的高度差不能超过3mm。级木和铁心、夹件之间的间隙必须要用fiberglass 薄片填充，并且用乐泰胶5699将其粘接成整体。

（6）器身下箱完成后抽真空至30Pa 保持24 小时并真空注油及静放。

2.5内部铁芯与油箱之间设计连接件；

    移动变在运输过程中会受到运输车加减速或路面不平颠簸时产生的垂直和水平方向的震动，这种震动对变压器的内部铁芯产生较大影响，会使其相对于油箱产生位移。当在铁芯与油箱之间设计连接件时，可以保证铁芯在受到冲击力时不发生移位。

（1）器身的上下定位：增加器身上下部定位钉数量，采用比常规设计多1.5~2倍的结构定位钉数量。

（2）器身的侧部定位：移动变压器需要增加器身与油箱的额外连接，连接点尽量在夹件上部；根据变压器油箱的外形特点，在变压器对角位置增加器身与油箱的侧部连接。对其结构的要求是：夹件不能和油箱导通，结构简单，有一定的调节量，利于车间工人操作。

（3）器身下部与箱底之间采用柔性连接。

2.6外部设计

（1）油箱壁强度分析

利用有限元对特殊结构的升高座油箱壁进行强度分析，选用强度满足要求的设计方案；采用 Q355钢，分析结果确保最大变形量满足变压器强度要求。

图1  升高座油箱壁强度分析

（2）高压升高座的设计

高压套管升高座的形式确定：从油箱侧壁的三个折弯面各设计一个独立的升高座。优点是：可以减少升高座的装油量。缺点是 ：1）不利于高压引线的连接，2）升高座内径按标准升高座470mm设计，变压器油箱较窄，布置空间不足。

       从油箱侧壁一体向外延伸，在鼓包的上部布置高压升高座，这种方案有利于引线的连接及套管尾屏的电气距离保证。

（3）油箱与箱盖连接方案

    根据移动变压器的特点，设计中应尽量使用焊接连接而减少紧固件的使用，油箱与箱盖焊死结构，避免运输产生渗漏。

（4）储油柜的形状选取

    综合以上各种储油柜的特点以及厂家的实际生产情况，可采用胶囊式储油柜，制作简单。设计要求储油柜高度不能超过500mm，采用标准圆桶式储油柜不能满足油体积膨胀要求，因此需要采用异型储油柜，初步选定的形状有椭圆形，六边形，八角形。考虑到加工的难度，六边形的容易加工，因此选定储油柜的形状为六边形。

（5）箱盖与储油柜的连接

产品限高严格，采用传统的储油柜支架无法满足高度要求。因此直接焊接安装板于箱盖。

2.7附件的选取

     为提高变压器的抗震能力，所有附件包括开关、套管、主体气体继电器、压力释放阀、油位计等均增加3g运输加速度的要求。

2.8变压器底板与车版的固定：

（1）变压器箱底与车板采用螺栓可靠固定，严防运输过程中倾斜或位移。先在挂车底板上焊接钢板，预留间隙，变压器就位后填满间隙，安装压紧螺栓。

箱底与车板间螺栓数量及连接示意如下所示：

图2  变压器箱底与车板螺栓连接

连接工况分析：

（a）车载移动垂直加速度3g；

（b）水平方向主要靠焊接块承载，垂直方向靠螺栓压紧的压块承载；

（c）螺栓动载安全系数选6.5；

（d）主变总重：46.2T；

（e）预紧力对轴向载荷影响系数1.3；

       根据计算结果，连接螺栓强度满足本项目抗震要求；

（2）变压器箱底与车板间放置橡胶垫，提高抗震性。

图3  变压器箱底与车板间橡胶板布置

2.9运输及组装

    移动变压器上配备运输三维冲撞记录仪，在整个运输及运行的过程中记录仪都安装在变压器箱体上。如果在实际运输过程中承受的震动大于3g时，立即对所有设备进行全面的检查，并进行必要的试验，保证移动变电站的可靠运行。

3总结

    通过对移动变压器结构及附件等抗震能力的分析，采用各种严谨、可靠的设计方案及改进措施，可有效增强了移动变压器的抗震性能，从而保证移动变电站的安全、可靠运行。

参考文献：

[1] GB1094.1-2013 电力变压器[S]

[2] GB/T 6451-2008 三相油浸式电力变压器技术参数和要求[S]

[3] 包红旗.大型车载移动变电站[M]。北京：中国水利水电出版社，2013

[4] 谢毓城.电力变压器手册[M]。北京：机械出版社，2003

[5] IEEE 693- Recommended Practice for Seismic Design of Substations[S]

[6] 吴宗泽主编，机械结构设计[M]。北京：机械工业出版社，1988