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《變壓器雜志》2015年第十二期

摘要：

本文中分析了國家標(biāo)準(zhǔn)對干式鐵心并聯(lián)電抗器允許最大振幅的規(guī)定，提出了降低最大振幅的措施并驗證了其效果，對產(chǎn)品出線連接方案提出了建議。

關(guān)鍵詞：

干式鐵心并聯(lián)電抗器;允許最大振幅;分析

1引言

基于對鐵心并聯(lián)電抗器振動特性的認識和降低振動危害的需要，GB/T1094.6-2011《電力變壓器第6部分：電抗器》中規(guī)定干式鐵心并聯(lián)電抗器型式試驗應(yīng)進行振動測量，并規(guī)定最大振幅不大于100μm。這一規(guī)定對引導(dǎo)制造廠采取有效措施降低鐵心并聯(lián)電抗器振幅、減少振動危害造成的損失，發(fā)揮了重要作用。在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，滿足最大振幅要求的合格產(chǎn)品，投運一段時間后也會因振動受損，主要表現(xiàn)有：（1）產(chǎn)品出線連接處螺栓斷裂，造成缺相或停運事故。（2）連接銅排或銅導(dǎo)線折損，有效導(dǎo)電截面變小。（3）安裝基礎(chǔ)緊固件松脫或斷裂，產(chǎn)品固定失效。（4）產(chǎn)品附件連接松脫發(fā)生掉落。受干式鐵心并聯(lián)電抗器最大振幅影響，即使取較低的安全系數(shù)產(chǎn)品出線的螺栓連接方案也顯復(fù)雜，對大容量產(chǎn)品尤其突出。只有采取恰當(dāng)措施降低產(chǎn)品的實際最大振幅，產(chǎn)品出線連接方案才能簡化，本文中筆者就此進行了探討。

2《電力變壓器第6部分：電抗器》中有關(guān)最大振幅的規(guī)定

2.1《電力變壓器第6部分：電抗器》中規(guī)定的允許最大振幅標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鐵心并聯(lián)電抗器型式試驗應(yīng)進行振動測量。對干式鐵心并聯(lián)電抗器，測量在上夾件進行，最大振幅不大于100μm。

2.2電抗器類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)允許最大振幅的對比允許最大振幅數(shù)據(jù)見表1。從表1可以看出，為引導(dǎo)制造廠采取有效措施降低鐵心并聯(lián)電抗器振幅，電抗器類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對允許最大振幅都作出了具體規(guī)定，隨著技術(shù)進步和產(chǎn)品運行經(jīng)驗不斷積累，允許最大振幅趨于下降。特別是2013年頒布的標(biāo)準(zhǔn)NB/T42019-2013新增對底部的振動要求，反映了鐵心并聯(lián)電抗器在振動方面的研究進展。

3《電力變壓器第6部分：電抗器》中規(guī)定的允許最大振幅的分析

3.1100μm振幅對應(yīng)的橫向破壞力超出了一般緊固件承受能力

3.1.1緊固件承受能力計算采用螺栓連接時，工作時預(yù)緊力在接合面所產(chǎn)生的摩擦力與橫向載荷須滿足如下關(guān)系。假設(shè)擰緊后螺栓連接件的預(yù)緊力達到其材料屈服強度極限σS的55%，材料屈服極限取360N/mm2，對于M16螺栓，按式（2）可以計算出對合金鋼預(yù)緊力Q=39.8kN，代入式（1）中得F0≤3.98kN(C取1.2、m=1、f取0.12)。不同規(guī)格螺栓可承受橫向載荷F0列于表2中。

3.1.2振動橫向破壞力計算對單一頻率諧振分量,振動加速度和位移值滿足。

3.1.3對比分析比較表2和表3中可承受橫向載荷F0、振動產(chǎn)生的橫向破壞力Fa可以看出，振動產(chǎn)生的橫向破壞力遠遠超過了單個緊固件可承受橫向載荷，表明按最大振幅100μm合格出廠的產(chǎn)品，長期運行中可能發(fā)生緊固件松動甚至疲勞斷裂，造成電氣連接失效，并可能引發(fā)安全事故。

3.2夾件振動水平不能完全反映對環(huán)境的影響產(chǎn)品振動會對環(huán)境帶來諸多不利影響，由振動激發(fā)的噪聲影響環(huán)境是顯而易見的，此外還通過安裝基礎(chǔ)向建筑物傳遞振動，惡化建筑物如樓面振動水平。干式鐵心并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不完全等同于剛性體，夾件處的振動水平并不能代表底座振動水平，而只有底座的振動水平，才可以反映對安裝場所及建筑物的影響。

3.3標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的振幅沒有體現(xiàn)容量差異對干式鐵心并聯(lián)電抗器，大容量產(chǎn)品線性尺寸比小容量產(chǎn)品大。以絕對值表示的振動水平，通常線性尺寸越大的產(chǎn)品振動水平值也越大，不區(qū)分容量大小而按統(tǒng)一數(shù)值規(guī)定的振動水平，不能反映這種差異，不利于振動水平方面的質(zhì)量控制和改進。

4降低最大振幅的措施

干式鐵心并聯(lián)電抗器發(fā)生振動并影響環(huán)境的主要原因有：（1）硅鋼片的磁致伸縮效應(yīng)。（2）鐵餅間的交變電磁吸引力。（3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)共振。（4）振動傳遞。要針對上述原因，采取相應(yīng)措施，把最大振幅控制在合理范圍以內(nèi)。

4.1降低最大振幅的措施

4.1.1選用優(yōu)質(zhì)硅鋼片材料并合理選取鐵心的工作磁密硅鋼片的磁致伸縮量隨工作磁密升高而增大，不同品質(zhì)的硅鋼片材料也有區(qū)別。選用優(yōu)質(zhì)硅鋼片并配合選取較低工作磁密可使產(chǎn)品獲得較低磁致伸縮量，從材料上為降低最大振幅奠定基礎(chǔ)。

4.1.2鐵餅及鐵心柱采用真空澆注工藝鐵餅及鐵心柱真空澆注工藝，是限制鐵餅片自由振動的關(guān)鍵措施之一，經(jīng)真空澆注鐵心柱的剛度大幅度提高，可以降低鐵心柱硅鋼片分割成多段對限制產(chǎn)品振動的不利影響。

4.1.3將鐵心柱和鐵軛接觸面調(diào)整到自然水平狀態(tài)，并采用彈性壓緊裝置裝配時，調(diào)整鐵心柱和鐵軛接觸面到自然水平狀態(tài)，以消除鐵心變形。在工作狀態(tài)下，鐵心柱和鐵軛的連接要經(jīng)受不均衡電磁力的反復(fù)沖擊，須采用彈性壓緊裝置，并配合施加足夠預(yù)緊壓力。

4.1.4選擇恰當(dāng)?shù)蔫F心結(jié)構(gòu)以避免共振在交流頻率為50Hz時，鐵心并聯(lián)電抗器的電磁振動頻率為2倍工頻即100Hz。為避免發(fā)生共振，參與振動的各部件固有頻率要避免接近鐵心的電磁振動頻率。

4.1.5采用隔振措施來限制振動在金屬結(jié)構(gòu)件如夾件與鐵心接觸面上，墊一塊橡膠板，可以吸收部分振動，限制振動由鐵心向鄰近結(jié)構(gòu)件傳遞。特別是在底座和安裝基礎(chǔ)之間，采用隔振裝置，可以抑制產(chǎn)品振動對安裝場所及建筑物的影響。

4.2試驗驗證為驗證最大振幅控制措施的實際效果，選取BKSC-2500/10.5和BKSC-10000/10.5各一臺進行研究和對比測試。

4.2.1BKSC-2500/10.5半成品試驗對比選取BKSC-2500/10.5為研究對象，設(shè)計兩種半成品方案，分別測其振幅，結(jié)果列于表4中。分析表4數(shù)據(jù)可以得出：鐵餅真空澆注工藝比鐵餅經(jīng)綁扎涂刷樹脂工藝，可以更有效抑制振動。為防止產(chǎn)生危險振幅，半成品試驗時電壓僅加到額定電壓的80%。

4.2.2BKSC-2500/10.5和BKSC-10000/10.5振動測量對比兩臺產(chǎn)品均采用30Q120硅鋼片，磁密取0.9T，鐵餅及鐵心柱真空澆注，鐵心柱和鐵軛接觸面調(diào)整到自然水平狀態(tài)并采用彈性壓緊裝置，供調(diào)節(jié)的非磁性間隙也用樹脂粘接牢固。從表5對比數(shù)據(jù)可以看出：（1）隨著容量增大，振幅上升。（2）底座上最大振幅明顯小于夾件上最大振幅。對比表4和表5中BKSC-2500/10.5半成品和成品數(shù)據(jù)還可以看出，未完成粘接的非磁性間隙影響振動水平，保證全部非磁性間隙均得到較好粘接處理，是控制最大振幅的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

5對出線連接方案的建議

干式鐵心并聯(lián)電抗器的振幅是確定出線連接方案的主要考慮因素之一，當(dāng)振幅達到100μm時，采用單一螺栓已不能滿足要求，為保證產(chǎn)品出線連接可靠，出線連接須采用包括較多螺栓的螺栓組；當(dāng)采取有效措施將產(chǎn)品振幅控制在40μm以下時，產(chǎn)品出線連接所需螺栓數(shù)可減少，螺栓組得以簡化。

5.1100μm振幅對應(yīng)的出線連接方案對比表2和表3的數(shù)據(jù)，可見當(dāng)振幅達到100μm時，以BKSC-2500/10.5為分析對象，即使采用單一M20螺栓作出線連接已不能滿足要求，為保證產(chǎn)品出線連接可靠，出線連接須采用包括多個螺栓的螺栓組。表6給出了各產(chǎn)品出線的螺栓連接方案。

5.2出線連接方案的簡化表6中安全系數(shù)在1.02~1.39之間，螺栓組包括的螺栓個數(shù)達到4以上，若繼續(xù)提高安全系數(shù)，螺栓個數(shù)還會大幅度上升。為簡化方案，除采用較大螺栓外，更加有效的是采取措施來降低實際最大振幅，根據(jù)表5的數(shù)據(jù)，將產(chǎn)品振幅控制在40μm以下是可能的。以容量為10000kvar的干式鐵心并聯(lián)電抗器為例，允許最大振幅由100μm降到40μm時，與振幅對應(yīng)的橫向破壞力也大幅度下降（Fa下降為146.06kN），此時螺栓組取4×M16，安全系數(shù)已達到1.09。

6結(jié)束語

允許最大振幅是鐵心并聯(lián)電抗器比較獨特的一個技術(shù)要求，其規(guī)定值的選取是一項嚴謹?shù)募夹g(shù)工作，關(guān)系到制造廠確定技術(shù)進步方向，也關(guān)系到產(chǎn)品緊固件抵抗疲勞，防止斷裂能力的計算驗證，從而也影響著產(chǎn)品安全運行水平。筆者分析了國家標(biāo)準(zhǔn)對干式鐵心并聯(lián)電抗器允許最大振幅的規(guī)定，提出了降低最大振幅的措施并驗證其效果，對產(chǎn)品出線連接方案提出了建議。

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作者：徐林峰 毛啟武 歐小波 馬志欽 唐金權(quán) 黎張紅 單位：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院 明珠電氣有限公司