变电站隔振技术探讨

摘 要：随着我国城市化进程的不断深入推进，变电站往往建设在城市小区为单位。在这样的背景下变电站的振动危害除了传统意义对设备造成的损害之外还对周边的环境造成噪声影响以及其他安全隐患，从而影响人们的正常生活。从变电站振动的来源以及影响因素为切入点，主要研究现阶段可行的隔振技术的应用状态，分析以改进铁饼排布以及变压器外部安装为主的主要隔振技术的优势与缺点。此外，介绍部分国内外较为先进的隔振技术，希望通过研究能够为今后变电站隔振技术的应用与发展提供理论基础与实践指导。

关键词：变电站 振动 影响因素 隔振技术

中图分类号：TU352.12 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-014-03

1 引言

随着城市建设的集约化发展，现代城市电网的变电站往往临近居民住宅。在这样的背景之下，变电站的振动会对周边设施造成一定的振动影响。利用合理的隔振技术能够有效地控制与减少影响因素的发生，并对变电站整体的使用寿命以及使用安全具有延长与提高的作用。

变电站内主要有变压器等电力设备所构成，因此其隔振技术可以分为对变压器的隔振技术以及对变电站整体的隔振技术两个来进行讨论。在变电站整体的隔振技术中各个建设与设计单位往往采用变电站的建筑物构件以及地质条件等多个方面进行考虑。而在变压器等电力设备的隔振技术方面则主要可以通过改变地基性质，提高构筑物隔振水平等多种方式对其进行隔振处理，并能够达到较好的效果。本文基于ANSYS有限元分析系统对变电站的隔振技术应用进行分析，为后续的变电站隔振技术的应用提供理论基础与实践指导。

2 变电站振动的产生及其影响因素

2.1 变电站振动产生原因

变电站振动或者说变电站噪声的主要来源于变电站内部的电力设备在运转的过程中所产生的振动，此种振动主要来源于变压器以及内部共振效果。基于变电站振动的主要原因，本文从变压器内部结构进行变电站振动原因分析。此部分的研究已经取得了相关的进展。早在我国50-80年代，学者们根据变压器内部结构对其可能产生的振动效果以及原因进行了分析，并根据变压器以及变电站建设结构的不同而逐步的进行深入的研究。

在研究过程中我们认为变电站内部振动主要由其内部变压器的铁芯、绕组等主要组成部分所产生，并经过箱壁、支架、其他连接件放大而最终通过空气、变压器外壳等进行传播。在具体原因的分析中主要分为如下几个原因：

（1）变电站内部变压器铁芯是由铁饼进行分层排列而组成的。在电力设备运作的过程中，铁芯由于受到外部电流的磁化作用而产生磁极。铁饼间磁极由于铁饼间的质量不均衡而表现为不均衡现象。从宏观的角度来看，此种不均衡磁极会改变铁芯磁极的整体形态，使其形成为梯形结构，在外部电场的作用下，此种振动无法避免。从微观的角度来看，不同铁饼之间由于磁力不均衡而导致的铁饼间内部磁极失衡也容易造成内部铁芯振动。

（2）铁芯的结构组成是利用硅钢结构的搭接方式而成的。在这样的结构之下，链接部分不可避免的存在一定的缝隙。此种缝隙的存在一方面会产生间隙磁跳的现象，另一方面为铁芯的振动提供相应的条件。

（3）变电站内部绕组是又内外两层线圈组成的。在输电设备运转的过程中内外线圈产生磁极的对冲，此种对冲不可避免的形成一定的振动。此种对冲同时是变电站提升或者降低电压的原理，因此，此种振动从原理角度而言是不可避免的。

此外，除了上诉分析的原因之外，我们还发现变电站内部电力设备产生的振动可以通过地面固定装置传导到变电站外部结构之上。比如，外部墙体连接松动、变电站建筑结构不合理、振动系数不科学等方面也是造成变电站振动的主要原因之一。

2.2 变电站振动的影响因素

基于变电站振动所产生的原理我们可以认为变电站振动的影响因素可以从内部因素以及外部因素等两个方面入手：在内部因素中，铁芯的材质、重量、紧密程度以及线圈间距等条件均能够显著的影响变电站振动的产生。从外部条件来看变压器的安装模式、变压器整体隔振技术的应用、变压器墙体、变电站墙体、变电站共振频率等外部因素也能够对变电站振动造成一定的影响。

另外，从变电站整体隔振的角度去考虑，其建筑地基、建筑设计方案以及外部的建筑隔振处理，对变电站整体隔振效果同样具有一定的影响。

3 变电站内部隔振技术探讨

所谓变电站内部隔振技术是指通过对变电站内部元素的优化来达到降低振动的目的。具体到操作以及技术层面可以分为针对变压器的隔振技术、变压器布置的隔振技术以及其他电力设备的隔振技术等三个方面：

在变压器隔振技术中主要可以通过优化铁芯排列方式、冷却系统选择方式等两个方面。在优化铁芯排列方式的过程中可以分为填充和紧压来进行。当下较为常规的做法是通过高密度的绝缘体对铁芯内部的铁饼进行填充处理，使其不同铁饼间充满了绝缘物质，从整体上保障了铁芯的整体性，而从微观的角度也避免了铁饼间的磁极影响。在现有的研究结果上我们可以发现在采用填充的过程中，填充物与铁饼之间是否存在间隙是减振是否有效的关键。因此，在填充的过程中需要通过外力对铁饼以及填充物进行压紧处理，使得二者之间的间距最小化。在冷却系统的选择过程中传统干式冷却系统是依靠风力元件进行的自然降温，此种冷却系统由于存在风机等冷却元件，在一定程度上增加了变电站的整体振动。在具体的减振过程中建议采用液冷循环的模式进行冷却系统的改造。降低不必要的振动产生。

在变压器布置隔振技术中主要可以通过必要的隔振手段在变压器安装的过程中降低变压器所带来的振动效果。主要可以采用减振垫、紧固安装或者液压减振系统安装等多种方式来进行。在减振垫的使用过程中可以有效的降低变压器整体的振动效果，但是同样不利于变压器的散热，对于大功率高散热的变电站应用具有一定的消极影响。使用紧固安装的过程中，能够显著的降低变压器的振动，但是无法避免或者削减内部振动的产生。在设备运行一定时间的前提下，有可能连接件出现松动甚至是脱离等现象，严重的造成设备使用安全事故，因此在此种减振模式中合理的养护周期规划是必要的。在液压减振系统安装的过程中主要是通过液压元件将变压器提升，此种减振的方式是通过液压元件作为振动的传导，使其在传导的过程中产生一定的削减进而达到降低振动的效果。

在其他电力设备隔振技术中主要可以通过紧固的方式来进行，在变电站内部除了主要元件变压器、风机等其他电力设备均会产生自身的振动。其他电力设备的振动主要是通过与变电站的连接而产生的振动传导。此种方式所产生的振动从特点的角度而言具有振幅较小、振动力度较弱、振动具有明显的衰减效果。因此，根据电力设备的振动特点在其安装的过程中进行紧固优化，将悬接的电线、弱电设备等元件与墙体或者变压器进行连接，其他元件与变压器内壁或者地板进行固定，进而能够有效的降低此种振动的传导。

4 变电站外部隔振技术探讨

变电站的外部隔振技术主要是指在变压器外部进行一定的隔振处理，使其达到变电站整体振动或噪声降低的效果。从具体的实践方法来看主要可以分为如下四个方面：安装隔振箱、吊装变压器、变电站内壁加装隔振板、以及变压器底部隔振。

安装隔振箱：从振动的危害角度出发，振动的危害主要可以分为电力设备松动以及噪声影响等两个方面，在变电站内部的主要振动产生元件外部套用隔振箱能够有效的切断这种振动的传播。从噪声影响的角度去分析，噪声主要通过空气进行传播，隔振箱能够有效的阻断这种传播途径，降低噪声影响。从振动的角度而言隔振箱的引入能够有效的帮助主要振动元件的固定以及其他附属链接元件的紧固，有效的避免了次生振动的产生。另外，隔振箱能够有效的将主要振动设备以及其他附属电力设备很好的进行形体的整合，使其从整体而言具备规整的集合形态，无论是从电力设备与变电站整体结合的角度还是从振动控制的角度均有利于其他形式的隔振技术的开展与应用。

吊装变压器：吊装变压器的主要技术是通过一定的技术条件如钢筋吊床、液压吊床或弹性阻尼材料的吊床等方式在变电站内部将变压器进行吊式安装。此种隔振方式能够有效的避免变电站内部的主要振动产生元件与变电站的直接接触，阻断了由于直接接触而造成的振动传导。在此种模式下，变压器振动无法传导到外部的变电站结构上。通过此种方式可以降低变电站整体的振动幅度。但是在安装的过程中同样存在一定的问题。一方面由于吊装变压器而导致变压器与变电站链接不紧密，对变压器自身的振动具有一定的消极影响。另一方面由于变压器自身重量等问题在吊装的过程中对于吊装材料以及变电站吊装节点的物理强度要求较高。

在变电站内的变压器内壁加装隔振板：此种方式是在变压器内部安装降低噪声以及振动的隔振板。此种方式的安装要求隔振板均匀且无缝隙的安装在变压器的内四壁上，能够有效的降低变压器内部的噪声以及振动的传导。从变压器整体的角度来看能够有效的降低由于振动所带来的危害。但是，在变压器内部加装隔振板具有一定的负面效应，主要表现为两个方面：（1）隔振板的安装无法从根本上降低振动元件所产生的振动，使得振动对于变压器内部元件的损伤以及内部的安全隐患无法得到缓解。（2）隔振板的安装不利于变压器内部的散热，在存在由于振动而产生的产热增加的情况下，安全性更为降低。

变压器底部隔振：主要是通过采用隔振材料将变压器垫高而进行的隔振方式，此种隔振方式与隔振垫的作用类似。在具体的隔振材料的选择方面，首先需要在底层铺垫具有较强稳定性的硬木底座；其次在其上铺设减震垫以达到减震的目的；最后将变压器固定于底部底座上。此种减振手段可以有效的降低变压器振动所带来的振动传导。但是在安装的过程中对于底座与变电站地面的结合有一定的要求。建议在实践与应用的过程中同样通过紧固的手段使其与变电站紧密结合。

5 隔振新技术探讨

随着社会的发展以及科技的进步，隔振技术在近些年存在较大的技术突破。这些先进的整体隔振技术主要应用于航天、航海、交通等领域，虽然现阶段无法在电力系统尤其是变电站隔振层面进行应用，但是同样的为变电站的隔振技术研究指明了方向。从新技术的应用角度出发新型的隔振技术可以分为磁感应、整体液压以及隔振新材料的研发等三个主要领域：在磁感应方面主要通过磁极对建等技术实现了在磁场环境下对振动频率的改变，进而破坏振动设备自身的振动频率以达到降低其振动幅度的效果。在整体液压减震方面是将整体的设备当作一个振动元件，在元件与地面等连接设备的链接过程中采用整体液压环境对其产生的振动进行有效的规避的手段。在隔振新材料的开发过程中则主要通过对新材料的隔振效果、散热效果以及成本等方面进行优化，使其能够更大范围、更大规模的投入使用。

综上所述，经过前人的不断研究，我国在隔振领域已经取得了一定的成绩，尤其是在变频以及逆共振等领域。但是由于现阶段新型技术的技术成本以及稳定性等原因还无法大规模的使用在变电站隔振技术领域。相信在不远的将来变电站隔振技术将变得更为有效与多样化。

6 总结

变电站的振动主要来源于变电站内部的变压器以及风机等。此种振动一方面容易造成变电站内部元件的连接松动，进而产生过量的连接电阻，使得设备在运行的过程中产生大量的电热。在造成电力损失的同时缩短了变电站的使用寿命以及使用安全性。另一方面则由于振动而产生的噪声对周边建筑产生环境影响也进一步恶化了变电站的工作环境。本文从变电站振动来源的角度按照内部优化以及外部优化的思路分别对变电站内部振动产生元件的设计以及安装进行了优化。通过本文的研究与总结明确了现在环境下变电站隔振技术的主要特点以及实施方案，并对不同隔振技术的优缺点进行了分析，为后续的变电站隔振技术的发展以及使用奠定基础。

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