許永豐 丁敏

摘 要：并聯(lián)電抗器由于工作原理與設(shè)計等原因無法完全的規(guī)避其自身的振動。這種振動在實際的運行過程中容易造成噪聲污染、設(shè)備的損壞等安全生產(chǎn)事故。文章基于并聯(lián)電抗器的振動原理以及其減震的必要性對不同的減震方案進行測試。并確定不同方式的減震效果。為后續(xù)的研究與實踐生產(chǎn)中并聯(lián)電抗器的振動控制提供理論基礎(chǔ)與實踐方案。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)電抗器；振動原理；減震分析；控制

1 引言

并聯(lián)電抗器是一種重要的電氣設(shè)備，其在電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)方面起到至關(guān)重要的作用。由于并聯(lián)電抗器的結(jié)構(gòu)問題導(dǎo)致其在啟動與運行的過程中產(chǎn)生一定幅度的振動，此種振動在不加以規(guī)避與控制的情況下容易造成元件鏈接的松動、運行電阻的增加進而造成設(shè)備的過度產(chǎn)熱，在增加了產(chǎn)生生產(chǎn)事故發(fā)生概率的同時降低了設(shè)備的使用壽命。因此，在實踐的過程中對并聯(lián)電抗器的振動分析以及控制研究十分必要。

2 并聯(lián)電抗器的振動危害及其控制必要性分析

2.1 并聯(lián)電抗器的振動原理

在實踐生產(chǎn)過程中常規(guī)的并聯(lián)電抗器以選擇鐵芯電抗器為主。其振動產(chǎn)生的原理主要來源于其結(jié)構(gòu)振動。在運行的過程中鐵芯部分受到外部磁圈的電流干擾會產(chǎn)生一定的磁化現(xiàn)象，此種磁化現(xiàn)象的產(chǎn)生是不可避免的。同時由于其與外部磁圈的磁極相應(yīng)會產(chǎn)生一定的振動與噪聲。此種內(nèi)部振動由于鐵芯的固定效應(yīng)會無損耗的傳導(dǎo)到與之固定的電抗器外殼中去。同時有研究表明此種振動的幅度與鐵芯與磁圈之間的變頻以及電抗器外殼設(shè)計的本身振動頻率相關(guān)。在目前的設(shè)計中外殼的設(shè)計能夠有效的規(guī)避此種振動帶來的共振效應(yīng)，但是無法削弱磁極振動所帶來的振幅增加。與并聯(lián)電抗器運行參數(shù)相關(guān)電抗器的振動頻率與運行電路中交流電變頻頻率呈現(xiàn)2倍的關(guān)系。

綜上所述，并聯(lián)電抗器外殼設(shè)計無法有效的規(guī)避此種振動的存在。

2.2 并聯(lián)電抗器振動的危害及其控制必要性

由于并聯(lián)電抗器的振動是無法通過內(nèi)部設(shè)計進行規(guī)避的。因此，其在實際的運行與使用過程中振動帶來的危害是必然的。這種危害主要表現(xiàn)為噪聲危害、設(shè)備安全性危害以及設(shè)備使用壽命危害等三個方面：

在噪聲危害方面：主要表現(xiàn)為內(nèi)部噪聲以及外部噪聲兩個方面。內(nèi)部噪聲主要產(chǎn)生于鐵芯與外部磁圈在變頻過程中產(chǎn)生的變頻噪音。而在外部噪聲方面則主要是由于振動而產(chǎn)生的振動噪音與撞擊噪音兩個部分。振動噪音與整體的并聯(lián)電抗器設(shè)計相關(guān)，主要決定于變頻頻率與振動幅度兩個指標。撞擊噪聲主要是由于振動的電抗器與固定元件之間的微隙撞擊產(chǎn)生的。在噪音存在的過程中較低了工作區(qū)域的相關(guān)環(huán)境標準，同時產(chǎn)生噪聲污染。

在設(shè)備安全性危害方面：主要是由于設(shè)備的振動而導(dǎo)致其與外部鏈接元件的松動而產(chǎn)生的生產(chǎn)事故的概率的增加。具體表現(xiàn)為兩個方面：一方面是由于設(shè)備的振動而造成其與其他電網(wǎng)元件的鏈接脫離，此種危害容易導(dǎo)致電網(wǎng)無功補償?shù)膿p耗，另外在脫離電阻累積到一定程度的時候，容易產(chǎn)生整條供電線路的跳閘停機。危害整條線路的使用安全。另一方面是由于設(shè)備的振動而造成其與固定元件的脫離，此方面的危害容易造成設(shè)備脫離、設(shè)備噪聲增加，甚至是設(shè)備自身的傾覆等事故，嚴重的降低了設(shè)備的安全系數(shù)。

在設(shè)備使用壽命危害方面：此方面危害分為內(nèi)部使用壽命以及外部使用壽命兩個方面。設(shè)備振動的來源為內(nèi)部鐵芯與外部磁圈的磁極變頻振動。在內(nèi)部，此種振動無法進行有效衰減的話容易造成鐵芯脫落、鐵芯與磁圈碰撞等問題，進而造成設(shè)備的損壞。在外部，此種振動導(dǎo)致電力傳輸元件與并聯(lián)電抗器間的松動，增加了間隙電阻。在造成了一定的電力損耗的同時增加了電流產(chǎn)熱效應(yīng)，容易造成起火、元件老化等問題，進而減少了設(shè)備的使用壽命。

3 并聯(lián)電抗器的振動分析

本文基于并聯(lián)電抗器的振動原理，以降低其振動以及振動危害為目的。對并聯(lián)電抗器的振動進行了一系列控制優(yōu)化，此種優(yōu)化主要表現(xiàn)為對內(nèi)部設(shè)計的改進以及外部安裝條件的優(yōu)化。并針對優(yōu)化前后的設(shè)備運行振動進行監(jiān)控，希望通過本文的研究能夠為今后并聯(lián)電抗器振動控制提供可行方案。

3.1 并聯(lián)電抗器振動的監(jiān)控方法

對并聯(lián)電抗器振動的監(jiān)控與分析采用實際安裝運行，紅外線監(jiān)控的方式進行。并與未優(yōu)化設(shè)備的振動數(shù)據(jù)進行對比分析，確認振動控制優(yōu)化措施的有效性。振動的檢測時長為48小時，為后續(xù)設(shè)備的正常運行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 并聯(lián)電抗器的振動分析

并聯(lián)電抗器的振動控制主要從內(nèi)部設(shè)計以及外部固定等兩個方面進行。在內(nèi)部設(shè)計控制優(yōu)化的過程中，我們通過理論分析可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部鐵芯的振動頻率與運行線路變頻頻率成正比。因此，在減震處理過程中僅能夠從振幅的角度出發(fā)。在振幅優(yōu)化的過程中我們有理由相信內(nèi)部鐵芯餅狀間距具有決定性作用。而在外部振動優(yōu)化的過程中一方面是通過減震墊對并聯(lián)電抗器整體進行減震、另一方面是通過液壓減震器對并聯(lián)電抗器進行抬高操作，進而達到減震的目的。在分析的過程中分別監(jiān)測了不同優(yōu)化條件下與非優(yōu)化調(diào)價下的振動幅度，進而對其減震效果進行評估與判斷。為后續(xù)振動的控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2.1 鐵芯壓緊優(yōu)化測試

利用高密度的絕緣材料將內(nèi)部鐵芯鐵餅間的空隙填滿，并進行緊壓處理。使得鐵餅間的空隙降到最低。在相同條件下與非優(yōu)化電抗器進行并聯(lián)，檢測48小時內(nèi)的振動變化，具體結(jié)果如下圖（圖1）：

圖1 鐵芯緊壓降震處理結(jié)果圖

由圖1可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過鐵芯緊壓的降震處理內(nèi)部優(yōu)化后，并聯(lián)電抗器整體振動有大幅度削減，在設(shè)備啟動過程中振動峰值優(yōu)化后為86μm，與非優(yōu)化（140μm）相比降低了38.57%。設(shè)備平穩(wěn)運行后平均振動幅度為±40μm，與非優(yōu)化（65μm）相比降低了38.46%。說明通過內(nèi)部優(yōu)化能夠有效的降低并聯(lián)電抗器的整體振動幅度，對改善工作環(huán)境，增加設(shè)備的運行安全系數(shù)，延長設(shè)備的使用壽命具有積極的作用。同時，在試驗的過程中我們發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部鐵芯鐵餅間隙的填充物對減震效果具有一定的影響，內(nèi)部填充物的重量以及內(nèi)部間隙的擠壓程度與抗震效果成正比的關(guān)系。

3.2.2 外部液壓優(yōu)化測試

在外部液壓優(yōu)化測試過程中采用內(nèi)部結(jié)果相同的兩部并聯(lián)電抗器并聯(lián)入輸電線路進行同步測試的方式進行。外部液壓減震裝置采用液壓千斤頂將設(shè)備整體抬起的方式進行，在實際的實驗環(huán)節(jié)采用五柱式的抬起方式進行，液壓千斤頂?shù)姆植紴樗慕桥c中央共同支撐的模式來進行。在設(shè)備運行的48小時內(nèi)分別對不同設(shè)備的振動幅度進行監(jiān)測，獲得數(shù)據(jù)如圖2：

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，通過外部液壓降震處理具有顯著的效果。對比優(yōu)化前后的振動幅度我們可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后并聯(lián)電抗器整體振動有大幅度削減，在設(shè)備啟動過程中振動峰值優(yōu)化后為31μm，與非優(yōu)化（140μm）相比降低了77.85%。設(shè)備平穩(wěn)運行后平均振動幅度為±32.7μm，與非優(yōu)化（65.0μm）相比降低了49.69%。說明通過外部液壓減震能夠有效的降低并聯(lián)電抗器的整體振動幅度。同時對比外部減壓以及內(nèi)部優(yōu)化的減震幅度我們可以發(fā)現(xiàn)，外部液壓減震效果更為顯著，此種顯著效果表現(xiàn)為對啟動振動以及后續(xù)平穩(wěn)振動的降低幅度均顯著高于內(nèi)部優(yōu)化方式。

3.2.3 外部減震墊優(yōu)化測試

在外部減震墊優(yōu)化的處理過程中，在設(shè)備的安裝過程中鋪設(shè)減震墊以作為整體并聯(lián)電抗器的外部減震措施，減震墊厚度選擇為5cm。并在減震墊鋪設(shè)的基礎(chǔ)上進行固定。將優(yōu)化與非優(yōu)化設(shè)備同時并聯(lián)入輸電線路，在同等條件下監(jiān)測其48小時內(nèi)的振動幅度，為后續(xù)的減震效果分析提供數(shù)據(jù)來源。具體的減震效果如下圖（圖3）：

圖3 外部減震墊降震處理結(jié)果圖

由圖3我們可以發(fā)現(xiàn)，在增加減震墊的優(yōu)化處理過程中能夠有效的降低并聯(lián)電抗器的振動幅度。其中在設(shè)備啟動過程中振動峰值優(yōu)化后為±84μm，與非優(yōu)化（±140μm）相比降低了40.00%。設(shè)備平穩(wěn)運行后平均振動幅度為±36.8μm，與非優(yōu)化（±65.0μm）相比降低了43.38%。由此可見，在外部減震過程中鋪設(shè)減震墊的處理模式同樣可以有效的降低并聯(lián)電抗器的振動幅度，與外部液壓減震模式相比較，啟動振動峰值有明顯的增加，而運行平均振動無顯著性差異。由此，我們可以發(fā)現(xiàn)，在外部減震優(yōu)化的過程中，外部液壓減震的減震效果相對優(yōu)秀。

4 并聯(lián)電抗器的振動控制

并聯(lián)電抗器的振動控制可以從內(nèi)部優(yōu)化以及外部優(yōu)化兩個方面來進行。通過本文的研究我們可以發(fā)現(xiàn)外部優(yōu)化以及內(nèi)部優(yōu)化對于振幅的降低均具有顯著效果。在具體的并聯(lián)電抗器的振動控制可以從如下兩個方面進行：

4.1 并聯(lián)電抗器內(nèi)部設(shè)計的振動控制

并聯(lián)電抗器內(nèi)部設(shè)計的振動控制主要可以從如下三個方面入手：

（1）從振動原理來看內(nèi)部鐵芯鐵餅間隙所產(chǎn)生的力差是振動產(chǎn)生的原因之一。在實際的內(nèi)部振動控制設(shè)計過程中可以采用填充、壓實的方式來降低這種間隙所產(chǎn)生的振動。在具體的實踐過程中我們發(fā)現(xiàn)，填充物質(zhì)的密度（即重量）與振動幅度呈反比關(guān)系。因此在實際的振動控制過程中可以選取高密度的絕緣材料進行填充，并進行高壓壓實的方式進行。

（2）設(shè)備的油箱分布對于設(shè)備整體的振動具有一定的整幅效果。在根據(jù)前人研究資料的總結(jié)與分析中我們發(fā)現(xiàn)，油箱針對內(nèi)部元件的相對距離與振動幅度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。另外，在實際的設(shè)備運行過程中油箱的內(nèi)部油料分布以及充實程度也在一定程度上對振動產(chǎn)生影響?；谌缟蠗l件，設(shè)備在設(shè)計以及實際的使用過程中應(yīng)該保障油箱對于設(shè)備的最小有效具體。同時保障油箱處于滿溢的狀態(tài)。

（3）鐵芯固定工藝對設(shè)備整體振動具有一定的影響。在實踐生產(chǎn)過程中鐵芯多以澆筑的方式與設(shè)備進行連接，此種連接方式保障了振動的正常傳導(dǎo)，同時避免了由于內(nèi)部振動而導(dǎo)致的鐵芯脫落。在優(yōu)化的過程中可以適當?shù)脑阼F芯與外部磁圈間增加適當?shù)臏p震材料?？梢燥@著的提高設(shè)備內(nèi)部的振動產(chǎn)生。

4.2 并聯(lián)電抗器外部抗震優(yōu)化控制

在并聯(lián)電抗器外部抗震優(yōu)化控制中主要可以通過緊固、液壓減震以及減震墊減震等三種方式來進行。

在緊固處理過程中主要是通過增加并聯(lián)電抗器的固定位點將其與地面或其他固定元件進行緊密固定，此種方式在短時間內(nèi)能夠有效的降低設(shè)備的振動幅度。但是，隨著設(shè)備使用年限的延長，緊固的固定位點會出現(xiàn)松動、擴孔等物理現(xiàn)象而使得緊固效果失效。在利用此種模式的進行抗震的過程中需要加大對設(shè)備維護與維修的力度，進而保障此種減震方式的有效。

在液壓減震處理中需要考慮液壓元件的位點配置問題。通過本文的研究我們可以發(fā)現(xiàn)五點液壓減震元件的分布能夠有效的降低設(shè)備整體的振動幅度。同時，此種減震方式能夠長期的有效。但是，在實際的操作過程中此種減震方式對于設(shè)備的安裝成本以及設(shè)備的自身長提高較大，不適宜于大規(guī)模的推廣與應(yīng)用。另外，利用液壓減震處理對設(shè)備進行減震安裝的過程中不同位點的液壓平衡也是關(guān)鍵問題之一。如果在安裝與調(diào)試的過程中無法很好的進行把握，容易造成設(shè)備整體形態(tài)的傾覆，無法達到合理的減震效果。

在減震墊減震處理中我們可以發(fā)現(xiàn)，減震墊能夠有效的降低設(shè)備整體的振動幅度。且其安裝成本相對較低，可以進行大范圍的推廣與應(yīng)用。同時，由于減震墊減震效果與減震幅度與液壓減震相比具有相對的劣勢，對于嚴密的減震環(huán)境而言相對適用性較低。另外，減震墊的厚度以及減震變量對于整體的減震效果具有積極的影響。通過本文的實驗以及對前人研究的總結(jié)我們發(fā)現(xiàn)減震墊的厚度在5-8cm為最佳。

5 結(jié)束語

本文從并聯(lián)電抗器的振動原理角度出發(fā)，結(jié)合并聯(lián)電抗器振動的危害以及振動控制的必然性對并聯(lián)電抗器振動分析以及減震控制進行研究。通過本文研究我們發(fā)現(xiàn)利用內(nèi)部優(yōu)化以及外部減震優(yōu)化均能夠有效的降低并聯(lián)電抗器的整體振動。且減震效果為：外部液壓減震>內(nèi)部鐵芯優(yōu)化>外部減震墊減震?？紤]到實際的減震成本以及安裝維護成本建議在后續(xù)的實際生產(chǎn)與運行過程中采用內(nèi)部鐵芯優(yōu)化以及外部減震墊的方式來進行。此外，在安裝與運行的過程中應(yīng)該加強對設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控以及對設(shè)備的保養(yǎng)與維護，進而增加減震措施的有效性。希望通過本文的研究能夠為今后并聯(lián)電抗器的振動控制提供理論基礎(chǔ)與實踐指導(dǎo)。

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