1、    某核電站主變中性點套管結構設計缺陷分析及改進    李志強 馮偉崗 武咪咪【摘 要】某核電站500kv升壓變壓器在檢修完成后在進行本體抽真空處理時，多次發生純瓷型中性點套管瓷套斷裂造成變壓器絕緣油外漏的事件，針對此狀況，結合變壓器油箱結構、中性點套管結構、安裝固定方式、抽真空期間變壓器油箱應力分布及箱壁變形情況等進行綜合分析和計算，提出改進方案，并在現場進行了實施和驗證。【abstract】after completing the overhaul of the 500kv boost transformer in a nuclear power

2、 station， when carrying out the body evacuation treatment， the insulating oil leakage of transformer， which caused by the fracture of the porcelain sleeve of the neutral bushing of pure porcelain type， occurs many times. in view of this situation， combined with the structure of transformer fuel tank

3、， the structure of neutral point bushing， the installation and fixing mode， the stress distribution of transformer oil tank during vacuum pumping and the deformation of tank wall， the comprehensive analysis and calculation are carried out. the improvement scheme is put forward and implemented and ve

4、rified in the field.【關鍵詞】油箱；中性點套管；瓷套；應力【keywords】 oil tank； neutral point bushing； porcelain bushing； stress施英杰te931.2 【文獻標志碼】a 1673-1069（2018）07-0170-021 引言根據套管結構分類，可分為電容性和純瓷兩種類型，電容性套管重點需要關注電容層的性能，包括電容量和介損，避免由于運行期間其內部持續的局部放電或過熱導致電容失效；對于純瓷型套管而言，在運行期間則需要重點關注其機械性的損傷，機械性的損傷同樣會對其絕緣性能造成影響，進而產生嚴重后果。2 原始設計

5、結構受力及變形狀況分析2.1 背景信息介紹該變壓器為某核電站一期核電廠發電機出口升壓變壓器，運行期間中性點采用直接接地的方式，中性點套管接線板通過銅片軟連接直接與接地母排相連和接入地網，在考慮中性點絕緣和爬距的前提下，選擇的中性點套管型號為type 45n2000，額定電壓45kv，額定電流2000a，爬電距離1090mm。該變壓器油箱為鐘罩式油箱，變壓器頂部為平頂結構，中性點套管布置在油箱頂部西側，套管的安裝采用在變壓器頂部焊接固定螺栓后，利用環型鋼圈將套管瓷套固定在焊接的載絲螺桿上，同時起到固定套管和對開口部位進行密封的作用。套管結構圖如下所示：如上圖所示，瓷套與變壓器油箱載絲螺桿連接的部

6、位，同時具有套管緊固和確保密封面壓緊力的作用，如果瓷瓶自身產生破裂等損傷的情況，將導致絕緣性能下降變壓器絕緣油做為變壓器絕緣和冷卻的重要介質，如果在運行期間發生不可控的滲漏，將導致變壓器強迫推出運行，在監控不嚴的情況下，甚至可能導致重大的設備損壞事故。在變壓器檢修過程中，按照變壓器檢修相關標準的要求，在進行變壓器排油檢修，工作結束后，再次注入變壓器油之前，都需要對變壓器進行抽真空，在進行主變油箱抽真空期間，多次發生套管底部瓷套破裂導致中性點法蘭密封面滲油的現象。2.2 受力及變形量分析計算現場條件確認：該變壓器為鐘罩式結構，變壓器頂部為平頂結構，在水平方向跨度較大，頂部鋼板缺少額外的支撐；按照

7、變壓器檢修規程的要求，在進行變壓器抽真空期間，要求變壓器內部真空度為4mbar以下，變壓器內部各處壓力均相等，并且要求保持真空至少48h；套管處于緊固的狀態，螺桿按照力矩要求進行緊固；對套管瓷套表面受力情況進行分析，在變壓器抽真空期間（在真空度為4mbar以下的狀態下），計算是按照變壓器內部為絕對真空進行計算，油箱承受101kpa（約為1個大氣壓）的內外壓差，變壓器油箱的材料為q235b的鋼板，厚度約為20mm厚，利用力學分析中常用的方法，采用pro/engineer wildfire建立的模型，結構強度分析采用ansys軟件，在進行數值分析時，部分單元格采用ansys的mesh模型結構和計算

8、機硬件系統設定合適的單元劃分。根據三維模型分析結果，在變壓器本體抽真空期間，等效于在箱壁內側時間-101kpa的載荷，在假定箱壁邊沿不發生位移的情況下，套管底座箱蓋所受應力最大值為116.77mpa，其最大變形量可達到1.6403mm；即在變壓器抽真空期間，油箱頂部的鋼板會向變壓器油箱內側方向最大產生1.6403mm的形變量（在套管安裝固定的圓周范圍內，由于現場條件可能產生不同的形變量，最大形變量計算為1.6403mm）。3 改進方案的確定及受力分析中性點套管采用鋼壓塊壓接瓷套的固定方式，在變壓器抽真空期間，油箱頂部變形較大，變形產生的應力通過鋼制壓板直接作用在套管的瓷套上，超過瓷套的機械強度

9、后將導致其出現裂紋，甚至斷裂。結合三維模型的計算結果以及對套管瓷套斷裂原因的分析，要從根本上解決此問題，重點在于減少變壓器箱壁的變形或改善瓷套表面所受應力的分布狀況， 考慮改變套管安裝結構，并利用加大的法蘭來減少應力分布，起到加強油箱壁局部壓強的作用。方案分析：在中性點套管法蘭處局部焊接升高座過渡的方案。采用此方案，利用加大的法蘭來改善應力分布，同時對油箱壁起到局部加強的作用，需要通過計算，確認改進后形變量是否滿足要求。現場條件設定：抽真空至絕緣真空，相當于期間油箱壁內施加載荷為-101kpa，模型中加大的法蘭采用16mng鋼板制成，箱蓋采用q235b鋼板焊接制成。計算方法與原始結構分析方法一

10、致，采用pro/engineer wildfire建立的模型，結構強度分析采用ansys軟件，在進行數值分析時，部分單元格采用ansys的mesh模型結構和計算機硬件系統設定合適的單元劃分，假定箱壁邊沿在全載荷過程中位移為零。從計算結果可以看出，在采用新的結構和連接方式后，套管法蘭安裝部位的應力分布和抽真空期間的變形量都得到了明顯的改善，套管底座箱蓋所受應力最大值由116.77mpa降低為73.049mpa，其最大變形量可由1.6403mm縮小為0.36561mm，屬于安全變形量。同時，為匹配新設計結構帶來的裝配尺寸的差異，為確保與外部連接部件的可靠連接，對套管也進行了重新選型，新舊套管參數對比如下所示（新套管的所有電氣性能參數均不低于原套管）：bfw-46/2000，爬電距離1255mm。4 項目創新點及結語本項目的創新點在于在變壓器本體結構存在設計缺陷的情況下，通過對中性點套管安裝部位應力狀態的清晰分析和精確的計算，采用創新的方法對中性點套管安裝部分的結構強度進行局部加強，消除了變壓器