CN107967981A - 一种提升大型变压器抗震性能的加固方法及大型变压器 - Google Patents

Abstract

一种大型变压器，包括变压器箱体、变压器套管、升高座、抱箍、至少两条的支撑条，所述的升高座固定在变压器箱体的顶部或侧面，在变压器箱体的顶部和侧面分别设有多个平行均匀排列的加劲板和加强筋，所述的变压器套管与升高座固定连接；所述的抱箍套设并固定在升高座上，所述的支撑条两端分别与抱箍和加劲板或加强筋连接，从而对升高座形成限位支撑。优点是，填补目前针对大型变压器升高座防震加固方法或措施的空缺。

Description

一种提升大型变压器抗震性能的加固方法及大型变压器

技术领域

本发明涉及变压器抗震加固技术领域，具体涉及一种提升大型变压器抗震性能的加固方法及大型变压器。

背景技术

大型变压器是输变电工程中的关键变电站设备，起着在发电站端升高变压，在用户端降低电压，从而降低电能在输电环节的损耗，因此在输变电工程中发挥着重要作用。大型变压器通常由铁芯和线圈、装满矿物油的油箱和油枕、升高座、散热器、不同电压等级的套管等部件组成。其中小型变压器容量为500kVA及以下；中型变压器，容量范围为630-6300kVA；大型变压器，容量范围为8000-63000kVA；特大型变压器，容量范围为90000kVA以上，因此所述大型变压器为公知常识。大型变压器的套管通常由环形陶瓷绝缘包裹中心的导电杆组成，起着通过变压器箱体连接变压器箱体内部的线圈与外部变电站设备电流，同时保持中心导电杆与变压器箱体和地面间的绝缘作用。

然而，在过去和近期的国内外地震中，变压器遭受了多种类型的破坏，直接导致输变电工程停运、电网瘫痪，造成了不可估量的损失。变压器的破坏的主要类型之一是陶瓷套管破坏：大型变压器的基本振动模态为套管和升高座一体绕升高座根部法兰摇摆振动，基本频率在1-10Hz范围内，当其频率常与地震加速度卓越频率重合，变压器套管发生类共振破坏，并拉扯与之耦联的设备，造成邻近设备受损。变压器陶瓷套管的主要破坏形式有：陶瓷套管整体破碎、法兰断裂，陶瓷套管错位、橡胶垫圈挤出、漏油、陶瓷套管根部陶瓷局部压碎，地震中套管顶部位移过大致使其顶部的母线绷紧，套管被母线拉断破坏等。所以，利用变压器箱体表面的加强筋和加劲板，在不对油箱和升高座造成结构破坏的情况下，对现有抗震性能不足的大型变压器，安装支撑约束升高座顶部位移，设置法兰板控制升高座的面外扭转，从而减小套管的地震响应。

为提升变压器在地震中的抗震性能，已有研究者提出了一些抗震加固措施和隔震措施。中国专利CN202205540U提出了在变压器本体和底架之间设置缓冲和一定厚度的额软质橡胶垫。中国专利CN20276110U提出通过两根斜支梁连接变压器底垫脚支架，形成近似三角形支撑结构对变压器内部结构进行加固。在在中国专利CN10588815A通过设计受力骨架的空间框架改变变压器箱体的振动边界条件和振动频率。但上述的加固改造未对地震中变压器最薄弱环节升高座和套管进行加固，难以对变压器最大位移进行限制，由于最大位移往往发生在套管顶端，上述改造不能从根本上解决变压器在地震中由于位移量过大而造成套管断裂或拉扯耦联设备的问题。

发明内容

本发明的第一目的为提供一种提升大型变压器抗震性能的加固方法，采用简单的支撑结构对变压器进行加固，限制套管顶部位移，减小与邻近设备的耦联作用，降低设备在地震中受损风险。

本发明的第二目的是提供一种大型变压器，以限制大型变压器套管和升高座的摆动效应，减少套管的动力响应，防止套管因根部应力过大而发生破坏。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种提升大型变压器抗震性能的加固方法，所述的大型变压器包括变压器箱体、变压器套管和升高座，所述的升高座固定在变压器箱体的顶部和侧面，在变压器箱体的顶部和侧面分别设有多个平行均匀排列的加劲板和加强筋，所述的变压器套管与升高座固定连接，具体步骤如下：

步骤1.根据大型变压器的升高座的形状尺寸以及加劲板或加强筋的数量和位置，选取抱箍和支撑条的结构尺寸和安装位置；

步骤2.将抱箍套设并固定在所述的升高座上，通过支撑条连接抱箍和加劲板或加强筋，支撑条与抱箍配合实现对升高座的位移限制，提高升高座的刚度。

作为上述方案的改进，所述的步骤1中，抱箍的内径与升高座的外径匹配；所述的步骤2中，抱箍套设在升高座的上端，距离升高座顶部为升高座高度的1/5。

作为上述方案的改进，所述的步骤2中支撑条与加劲板或加强筋的连接方式，通过在加劲板或加强筋上安装连接板，所述的支撑条的两端分别与连接板、抱箍铰接。

作为上述方案的改进，所述的连接板在加劲板或加强筋的安装位置，通过建立抗震加固后大型变压器有限元模型进行有限元分析，选取常规的地震波作为输入，采用时程分析法，计算出变压器升高座套管顶部位移。按照加强筋和加劲板离升高座的距离由近及远一一选取作为支撑条一端的固定连接位置，分别进行计算，最终选定在相同地震波输入下使顶部位移最小的加强筋和加劲板作为支撑条一端的固定连接位置。

在地震荷载作用下，普通大型变压器的基本振动模态为套管和升高座一体绕升高座根部法兰摇摆振动，基本频率在1-10Hz范围内，地震波反应谱峰值区段多为1-10Hz，这使得变压器套管动力响应较大，套管容易发生类共振破坏。本发明通过设置支撑，支撑分别通过螺栓连接在箱体上，从而限制套管的摆动现象，从根部上增加了升高座刚度，使得套管安装基频升高，避免套管发生类共振破坏。

一种大型变压器，包括变压器箱体、变压器套管、升高座、抱箍、至少两条的支撑条，所述的升高座固定在变压器箱体的顶部或侧面，在变压器箱体的顶部和侧面分别设有多个平行均匀排列的加劲板和加强筋，所述的变压器套管与升高座固定连接；所述的抱箍套设并固定在升高座上，所述的支撑条两端分别与抱箍和加劲板或加强筋连接，从而对升高座形成限位支撑。

作为上述方案的改进，所述的抱箍抱箍套设在升高座的上端，距离升高座顶部为升高座高度的1/5。

所述抱箍为两个半圆环，其直径略大于升高座外径，总长度略小于升高座周长。抱箍通过两端螺栓紧固，向升高座施加一个围压力，从而使得抱箍与升高座紧密连接，防止抱箍与升高座在地震荷载作用下发生滑移。

作为上述方案的改进，所述的抱箍的内径与升高座的外径匹配，抱箍的外表面设有加劲肋和与支撑条连接配合的螺栓孔。

作为上述方案的改进，在所述的加劲板或加强筋上安装连接板，所述的连接板上设有连接孔，所述的支撑条分别与连接板的连接孔、抱箍的螺栓孔铰接。由于螺栓孔对加强筋的应力改变范围很小，对箱体整体刚度的减少基本可以忽略不计。

作为上述方案的改进，设置在变压器箱体侧面的升高座为L形。

本发明具有以下有益效果：

1.填补目前针对大型变压器升高座防震加固方法或措施的空缺。

2.通过设置抱箍连接升高座，保证了升高座的密封性，不会发生漏油破坏，不会造成其电器性能的损坏和影响其正常工作；同时不会对升高座结构发生破坏，导致其力学性能的降低。

3.通过在加强筋上设置螺栓孔，没有对箱体内壁造成损坏，不会破坏箱体的密封性，导致箱体漏油；由于螺栓孔相较加强筋面积小很多，由于螺栓孔对加强筋的应力改变范围很小，对箱体整体刚度的减少基本可以忽略不计。

4.本发明整体均采用螺栓连接，可对现有大型变压器现场施工安装，不需要焊接，保证了安装的便利与安全性。通常大型变压器箱体均设置有加强筋，以提高变压器的整体刚度，通过在加强筋上设置螺栓孔，不会影响变压器的电学性能和力学性能。

附图说明

图1为本发明的大型变压器的结构示意图。

图2为图1的A区域放大示意图。

图3为图1的B区域放大示意图。

图4为图1的C区域放大示意图。

附图标记说明：变压器箱体1、变压器套管2、升高座3、抱箍4、加劲板5、加强筋6、加劲肋7、螺栓孔8、连接板9、连接孔10、升高座11、支撑条12。

具体实施方式

实施例1

一种提升大型变压器抗震性能的加固方法，所述的大型变压器包括变压器箱体1、变压器套管2和升高座3，所述的升高座3固定在变压器箱体1的顶部和侧面，在变压器箱体1的顶部和侧面分别设有多个平行均匀排列的加劲板5和加强筋6，所述的变压器套管2与升高座3固定连接，具体步骤如下：

步骤1.根据大型变压器的升高座3的形状尺寸以及加劲板5或加强筋6的数量和位置，选取抱箍4和支撑条4的结构尺寸和安装位置；抱箍4的内径与升高座3的外径匹配；所述的步骤2中，抱箍4套设在升高座3的上端，距离升高座3顶部为升高座3高度的1/5。

步骤2.将抱箍4套设并固定在所述的升高座3上，通过支撑条4连接抱箍4和加劲板5或加强筋6，支撑条4与抱箍4配合实现对升高座3的位移限制，提高升高座3的刚度。所述的支撑条4通过在加劲板5或加强筋6上安装连接板，所述的支撑条4的两端分别与连接板、抱箍4铰接。所述的连接板在加劲板5或加强筋6的安装位置，通过建立抗震加固后大型变压器有限元模型进行有限元分析，选取应用场地的地震波作为输入，采用时程分析法，计算出变压器升高座3套管顶部位移。按照加强筋6和加劲板5离升高座3的距离由近及远一一选取作为支撑条4一端的固定连接位置，分别进行计算，最终选定在相同地震波输入下使顶部位移最小的加强筋6和加劲板5作为支撑条4一端的固定连接位置。在地震荷载作用下，普通大型变压器的基本振动模态为变压器套管2和升高座3一体绕升高座3根部法兰摇摆振动，基本频率在1-10Hz范围内，地震波反应谱峰值区段多为1-10Hz，这使得变压器套管2动力响应较大，变压器套管2容易发生类共振破坏。本实施例通过设置支撑，支撑分别通过螺栓连接在箱体上，从而限制变压器套管2的摆动现象，从根部上增加了升高座3刚度，使得变压器套管2安装基频升高，避免套管发生类共振破坏。

实施例2

一种大型变压器，包括变压器箱体1、变压器套管2、升高座3、抱箍4、至少两条的支撑条4，所述的升高座3固定在变压器箱体1的顶部或侧面，在变压器箱体1的顶部和侧面分别设有多个平行均匀排列的加劲板5和加强筋6，所述的变压器套管2与升高座3固定连接；所述的抱箍4套设并固定在升高座3上，所述的支撑条4两端分别与抱箍4和加劲板5或加强筋6连接，从而对升高座3形成限位支撑。所述的抱箍4套设在升高座3的上端，距离升高座3顶部为升高座3高度的1/5。所述的抱箍4为两个半圆环，其直径略大于升高座3的＝外径，总长度略小于升高座3的周长。抱箍4通过两端螺栓紧固，向升高座3施加一个围压力，从而使得抱箍4与升高座3紧密连接，防止抱箍4与升高座3在地震荷载作用下发生滑移。所述的抱箍4的内径与升高座3的外径匹配，抱箍4的外表面设有加劲肋7和与支撑条4连接配合的螺栓孔8。在所述的加劲板5或加强筋6上安装连接板9，所述的连接板9上设有连接孔10，所述的支撑条4分别与连接板9的连接孔10、抱箍4的螺栓孔8铰接。由于螺栓孔8对加强筋6的应力改变范围很小，对箱体整体刚度的减少基本可以忽略不计。设置在变压器箱体1侧面的升高座11为L形。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.一种提升大型变压器抗震性能的加固方法，所述的大型变压器包括变压器箱体、变压器套管和升高座，所述的升高座固定在变压器箱体的顶部和侧面，在变压器箱体的顶部和侧面分别设有多个平行均匀排列的加劲板和加强筋，所述的变压器套管与升高座固定连接，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1.根据大型变压器的升高座的形状尺寸以及加劲板或加强筋的数量和位置，选取抱箍和支撑条的结构尺寸和安装位置；

步骤2.将抱箍套设并固定在所述的升高座上，通过支撑条连接抱箍和加劲板或加强筋，支撑条与抱箍配合实现对升高座的位移限制，提高升高座的刚度。

2.根据权利要求1所述的一种提升大型变压器抗震性能的加固方法，其特征在于，所述的步骤1中，抱箍的内径与升高座的外径匹配；所述的步骤2中，抱箍套设在升高座的上端，距离升高座顶部为升高座高度的1/5。

3.根据权利要求1所述的一种提升大型变压器抗震性能的加固方法，其特征在于，所述的步骤2中支撑条与加劲板或加强筋的连接方式，通过在加劲板或加强筋上安装连接板，所述的支撑条的两端分别与连接板、抱箍铰接。

4.根据权利要求3所述的一种提升大型变压器抗震性能的加固方法，其特征在于，所述的连接板在加劲板或加强筋的安装位置，通过建立抗震加固后大型变压器有限元模型进行有限元分析，选取应用场地的地震波作为输入，采用时程分析法，对受力情况进行仿真并得出最佳安装位置。

5.一种大型变压器，包括变压器箱体、变压器套管和升高座，所述的升高座固定在变压器箱体的顶部或侧面，在变压器箱体的顶部和侧面分别设有多个平行均匀排列的加劲板和加强筋，所述的变压器套管与升高座固定连接；其特征在于，还包括抱箍、至少两条的支撑条，所述的抱箍套设并固定在升高座上，所述的支撑条两端分别与抱箍和加劲板或加强筋连接，从而对升高座形成限位支撑。

6.根据权利要求5所述的一种大型变压器，其特征在于，所述的抱箍抱箍套设在升高座的上端，距离升高座顶部为升高座高度的1/5。

7.根据权利要求5所述的一种大型变压器，其特征在于，所述的抱箍的内径与升高座的外径匹配，抱箍的外表面设有加劲肋和与支撑条连接配合的螺栓孔。

8.根据权利要求7的一种大型变压器，其特征在于，在所述的加劲板或加强筋上安装连接板，所述的连接板上设有连接孔，所述的支撑条分别与连接板的连接孔、抱箍的螺栓孔铰接。

9.根据权利要求5至8任一项所述的一种大型变压器，其特征在于，设置在变压器箱体侧面的升高座为L形。