并联电抗器的振动分析及控制

许永丰 丁敏

摘 要：并联电抗器由于工作原理与设计等原因无法完全的规避其自身的振动。这种振动在实际的运行过程中容易造成噪声污染、设备的损坏等安全生产事故。文章基于并联电抗器的振动原理以及其减震的必要性对不同的减震方案进行测试。并确定不同方式的减震效果。为后续的研究与实践生产中并联电抗器的振动控制提供理论基础与实践方案。

关键词：并联电抗器；振动原理；减震分析；控制

1 引言

并联电抗器是一种重要的电气设备，其在电网电压调节方面起到至关重要的作用。由于并联电抗器的结构问题导致其在启动与运行的过程中产生一定幅度的振动，此种振动在不加以规避与控制的情况下容易造成元件链接的松动、运行电阻的增加进而造成设备的过度产热，在增加了产生生产事故发生概率的同时降低了设备的使用寿命。因此，在实践的过程中对并联电抗器的振动分析以及控制研究十分必要。

2 并联电抗器的振动危害及其控制必要性分析

2.1 并联电抗器的振动原理

在实践生产过程中常规的并联电抗器以选择铁芯电抗器为主。其振动产生的原理主要来源于其结构振动。在运行的过程中铁芯部分受到外部磁圈的电流干扰会产生一定的磁化现象，此种磁化现象的产生是不可避免的。同时由于其与外部磁圈的磁极相应会产生一定的振动与噪声。此种内部振动由于铁芯的固定效应会无损耗的传导到与之固定的电抗器外壳中去。同时有研究表明此种振动的幅度与铁芯与磁圈之间的变频以及电抗器外壳设计的本身振动频率相关。在目前的设计中外壳的设计能够有效的规避此種振动带来的共振效应，但是无法削弱磁极振动所带来的振幅增加。与并联电抗器运行参数相关电抗器的振动频率与运行电路中交流电变频频率呈现2倍的关系。

综上所述，并联电抗器外壳设计无法有效的规避此种振动的存在。

2.2 并联电抗器振动的危害及其控制必要性

由于并联电抗器的振动是无法通过内部设计进行规避的。因此，其在实际的运行与使用过程中振动带来的危害是必然的。这种危害主要表现为噪声危害、设备安全性危害以及设备使用寿命危害等三个方面：

在噪声危害方面：主要表现为内部噪声以及外部噪声两个方面。内部噪声主要产生于铁芯与外部磁圈在变频过程中产生的变频噪音。而在外部噪声方面则主要是由于振动而产生的振动噪音与撞击噪音两个部分。振动噪音与整体的并联电抗器设计相关，主要决定于变频频率与振动幅度两个指标。撞击噪声主要是由于振动的电抗器与固定元件之间的微隙撞击产生的。在噪音存在的过程中较低了工作区域的相关环境标准，同时产生噪声污染。

在设备安全性危害方面：主要是由于设备的振动而导致其与外部链接元件的松动而产生的生产事故的概率的增加。具体表现为两个方面：一方面是由于设备的振动而造成其与其他电网元件的链接脱离，此种危害容易导致电网无功补偿的损耗，另外在脱离电阻累积到一定程度的时候，容易产生整条供电线路的跳闸停机。危害整条线路的使用安全。另一方面是由于设备的振动而造成其与固定元件的脱离，此方面的危害容易造成设备脱离、设备噪声增加，甚至是设备自身的倾覆等事故，严重的降低了设备的安全系数。

在设备使用寿命危害方面：此方面危害分为内部使用寿命以及外部使用寿命两个方面。设备振动的来源为内部铁芯与外部磁圈的磁极变频振动。在内部，此种振动无法进行有效衰减的话容易造成铁芯脱落、铁芯与磁圈碰撞等问题，进而造成设备的损坏。在外部，此种振动导致电力传输元件与并联电抗器间的松动，增加了间隙电阻。在造成了一定的电力损耗的同时增加了电流产热效应，容易造成起火、元件老化等问题，进而减少了设备的使用寿命。

3 并联电抗器的振动分析

本文基于并联电抗器的振动原理，以降低其振动以及振动危害为目的。对并联电抗器的振动进行了一系列控制优化，此种优化主要表现为对内部设计的改进以及外部安装条件的优化。并针对优化前后的设备运行振动进行监控，希望通过本文的研究能够为今后并联电抗器振动控制提供可行方案。

3.1 并联电抗器振动的监控方法

对并联电抗器振动的监控与分析采用实际安装运行，红外线监控的方式进行。并与未优化设备的振动数据进行对比分析，确认振动控制优化措施的有效性。振动的检测时长为48小时，为后续设备的正常运行提供数据基础。

3.2 并联电抗器的振动分析

并联电抗器的振动控制主要从内部设计以及外部固定等两个方面进行。在内部设计控制优化的过程中，我们通过理论分析可以发现内部铁芯的振动频率与运行线路变频频率成正比。因此，在减震处理过程中仅能够从振幅的角度出发。在振幅优化的过程中我们有理由相信内部铁芯饼状间距具有决定性作用。而在外部振动优化的过程中一方面是通过减震垫对并联电抗器整体进行减震、另一方面是通过液压减震器对并联电抗器进行抬高操作，进而达到减震的目的。在分析的过程中分别监测了不同优化条件下与非优化调价下的振动幅度，进而对其减震效果进行评估与判断。为后续振动的控制提供数据基础。

3.2.1 铁芯压紧优化测试

利用高密度的绝缘材料将内部铁芯铁饼间的空隙填满，并进行紧压处理。使得铁饼间的空隙降到最低。在相同条件下与非优化电抗器进行并联，检测48小时内的振动变化，具体结果如下图（图1）：

图1 铁芯紧压降震处理结果图

由图1可以发现经过铁芯紧压的降震处理内部优化后，并联电抗器整体振动有大幅度削减，在设备启动过程中振动峰值优化后为86μm，与非优化（140μm）相比降低了38.57%。设备平稳运行后平均振动幅度为±40μm，与非优化（65μm）相比降低了38.46%。说明通过内部优化能够有效的降低并联电抗器的整体振动幅度，对改善工作环境，增加设备的运行安全系数，延长设备的使用寿命具有积极的作用。同时，在试验的过程中我们发现，内部铁芯铁饼间隙的填充物对减震效果具有一定的影响，内部填充物的重量以及内部间隙的挤压程度与抗震效果成正比的关系。

3.2.2 外部液压优化测试

在外部液压优化测试过程中采用内部结果相同的两部并联电抗器并联入输电线路进行同步测试的方式进行。外部液压减震装置采用液压千斤顶将设备整体抬起的方式进行，在实际的实验环节采用五柱式的抬起方式进行，液压千斤顶的分布为四角与中央共同支撑的模式来进行。在设备运行的48小时内分别对不同设备的振动幅度进行监测，获得数据如图2：

由图2可以发现，通过外部液压降震处理具有显著的效果。对比优化前后的振动幅度我们可以发现，优化后并联电抗器整体振动有大幅度削减，在设备启动过程中振动峰值优化后为31μm，与非优化（140μm）相比降低了77.85%。设备平稳运行后平均振动幅度为±32.7μm，与非优化（65.0μm）相比降低了49.69%。说明通过外部液压减震能够有效的降低并联电抗器的整体振动幅度。同时对比外部减压以及内部优化的减震幅度我们可以发现，外部液压减震效果更为显著，此种显著效果表现为对启动振动以及后续平稳振动的降低幅度均显著高于内部优化方式。

3.2.3 外部减震垫优化测试

在外部减震垫优化的处理过程中，在设备的安装过程中铺设减震垫以作为整体并联电抗器的外部减震措施，减震垫厚度选择为5cm。并在减震垫铺设的基础上进行固定。将优化与非优化设备同时并联入输电线路，在同等条件下监测其48小时内的振动幅度，为后续的减震效果分析提供数据来源。具体的减震效果如下图（图3）：

图3 外部减震垫降震处理结果图

由图3我们可以发现，在增加减震垫的优化处理过程中能够有效的降低并联电抗器的振动幅度。其中在设备启动过程中振动峰值优化后为±84μm，与非优化（±140μm）相比降低了40.00%。设备平稳运行后平均振动幅度为±36.8μm，与非优化（±65.0μm）相比降低了43.38%。由此可见，在外部减震过程中铺设减震垫的处理模式同样可以有效的降低并联电抗器的振动幅度，与外部液压减震模式相比较，启动振动峰值有明显的增加，而运行平均振动无显著性差异。由此，我们可以发现，在外部减震优化的过程中，外部液压减震的减震效果相对优秀。

4 并联电抗器的振动控制

并联电抗器的振动控制可以从内部优化以及外部优化两个方面来进行。通过本文的研究我们可以发现外部优化以及内部优化对于振幅的降低均具有显著效果。在具体的并联电抗器的振动控制可以从如下两个方面进行：

4.1 并联电抗器内部设计的振动控制

并联电抗器内部设计的振动控制主要可以从如下三个方面入手：

（1）从振动原理来看内部铁芯铁饼间隙所产生的力差是振动产生的原因之一。在实际的内部振动控制设计过程中可以采用填充、压实的方式来降低这种间隙所产生的振动。在具体的实践过程中我们发现，填充物质的密度（即重量）与振动幅度呈反比关系。因此在实际的振动控制过程中可以选取高密度的绝缘材料进行填充，并进行高压压实的方式进行。

（2）设备的油箱分布对于设备整体的振动具有一定的整幅效果。在根据前人研究资料的总结与分析中我们发现，油箱针对内部元件的相对距离与振动幅度呈现正相关关系。另外，在实际的设备运行过程中油箱的内部油料分布以及充实程度也在一定程度上对振动产生影响。基于如上条件，设备在设计以及实际的使用过程中应该保障油箱对于设备的最小有效具体。同时保障油箱处于满溢的状态。

（3）铁芯固定工艺对设备整体振动具有一定的影响。在实践生产过程中铁芯多以浇筑的方式与设备进行连接，此种连接方式保障了振动的正常传导，同时避免了由于内部振动而导致的铁芯脱落。在优化的过程中可以适当的在铁芯与外部磁圈间增加适当的减震材料。可以显著的提高设备内部的振动产生。

4.2 并联电抗器外部抗震优化控制

在并联电抗器外部抗震优化控制中主要可以通过紧固、液压减震以及减震垫减震等三种方式来进行。

在紧固处理过程中主要是通过增加并联电抗器的固定位点将其与地面或其他固定元件进行紧密固定，此种方式在短时间内能够有效的降低设备的振动幅度。但是，随着设备使用年限的延长，紧固的固定位点会出现松动、扩孔等物理现象而使得紧固效果失效。在利用此种模式的进行抗震的过程中需要加大对设备维护与维修的力度，进而保障此种减震方式的有效。

在液压减震处理中需要考虑液压元件的位点配置问题。通过本文的研究我们可以发现五点液压减震元件的分布能够有效的降低设备整体的振动幅度。同时，此种减震方式能够长期的有效。但是，在实际的操作过程中此种减震方式对于设备的安装成本以及设备的自身长提高较大，不适宜于大规模的推广与应用。另外，利用液压减震处理对设备进行减震安装的过程中不同位点的液压平衡也是关键问题之一。如果在安装与调试的过程中无法很好的进行把握，容易造成设备整体形态的倾覆，无法达到合理的减震效果。

在减震垫减震处理中我们可以发现，减震垫能够有效的降低设备整体的振动幅度。且其安装成本相对较低，可以进行大范围的推广与应用。同时，由于减震垫减震效果与减震幅度与液压减震相比具有相对的劣势，对于严密的减震环境而言相对适用性较低。另外，减震垫的厚度以及减震变量对于整体的减震效果具有积极的影响。通过本文的实验以及对前人研究的总结我们发现减震垫的厚度在5-8cm为最佳。

5 结束语

本文从并联电抗器的振动原理角度出发，结合并联电抗器振动的危害以及振动控制的必然性对并联电抗器振动分析以及减震控制进行研究。通过本文研究我们发现利用内部优化以及外部减震优化均能够有效的降低并联电抗器的整体振动。且减震效果为：外部液压减震>内部铁芯优化>外部减震垫减震。考虑到实际的减震成本以及安装维护成本建议在后续的实际生产与运行过程中采用内部铁芯优化以及外部减震垫的方式来进行。此外，在安装与运行的过程中应该加强对设备运行状态的監控以及对设备的保养与维护，进而增加减震措施的有效性。希望通过本文的研究能够为今后并联电抗器的振动控制提供理论基础与实践指导。

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