干式铁心并联电抗器探讨范文

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《变压器杂志》2015年第十二期

摘要：

本文中分析了国家标准对干式铁心并联电抗器允许最大振幅的规定，提出了降低最大振幅的措施并验证了其效果，对产品出线连接方案提出了建议。

关键词：

干式铁心并联电抗器;允许最大振幅;分析

1引言

基于对铁心并联电抗器振动特性的认识和降低振动危害的需要，GB/T1094.6-2011《电力变压器第6部分：电抗器》中规定干式铁心并联电抗器型式试验应进行振动测量，并规定最大振幅不大于100μm。这一规定对引导制造厂采取有效措施降低铁心并联电抗器振幅、减少振动危害造成的损失，发挥了重要作用。在工程实践中发现，满足最大振幅要求的合格产品，投运一段时间后也会因振动受损，主要表现有：（1）产品出线连接处螺栓断裂，造成缺相或停运事故。（2）连接铜排或铜导线折损，有效导电截面变小。（3）安装基础紧固件松脱或断裂，产品固定失效。（4）产品附件连接松脱发生掉落。受干式铁心并联电抗器最大振幅影响，即使取较低的安全系数产品出线的螺栓连接方案也显复杂，对大容量产品尤其突出。只有采取恰当措施降低产品的实际最大振幅，产品出线连接方案才能简化，本文中笔者就此进行了探讨。

2《电力变压器第6部分：电抗器》中有关最大振幅的规定

2.1《电力变压器第6部分：电抗器》中规定的允许最大振幅标准规定铁心并联电抗器型式试验应进行振动测量。对干式铁心并联电抗器，测量在上夹件进行，最大振幅不大于100μm。

2.2电抗器类产品标准允许最大振幅的对比允许最大振幅数据见表1。从表1可以看出，为引导制造厂采取有效措施降低铁心并联电抗器振幅，电抗器类产品标准对允许最大振幅都作出了具体规定，随着技术进步和产品运行经验不断积累，允许最大振幅趋于下降。特别是2013年颁布的标准NB/T42019-2013新增对底部的振动要求，反映了铁心并联电抗器在振动方面的研究进展。

3《电力变压器第6部分：电抗器》中规定的允许最大振幅的分析

3.1100μm振幅对应的横向破坏力超出了一般紧固件承受能力

3.1.1紧固件承受能力计算采用螺栓连接时，工作时预紧力在接合面所产生的摩擦力与横向载荷须满足如下关系。假设拧紧后螺栓连接件的预紧力达到其材料屈服强度极限σS的55%，材料屈服极限取360N/mm2，对于M16螺栓，按式（2）可以计算出对合金钢预紧力Q=39.8kN，代入式（1）中得F0≤3.98kN(C取1.2、m=1、f取0.12)。不同规格螺栓可承受横向载荷F0列于表2中。

3.1.2振动横向破坏力计算对单一频率谐振分量,振动加速度和位移值满足。

3.1.3对比分析比较表2和表3中可承受横向载荷F0、振动产生的横向破坏力Fa可以看出，振动产生的横向破坏力远远超过了单个紧固件可承受横向载荷，表明按最大振幅100μm合格出厂的产品，长期运行中可能发生紧固件松动甚至疲劳断裂，造成电气连接失效，并可能引发安全事故。

3.2夹件振动水平不能完全反映对环境的影响产品振动会对环境带来诸多不利影响，由振动激发的噪声影响环境是显而易见的，此外还通过安装基础向建筑物传递振动，恶化建筑物如楼面振动水平。干式铁心并联电抗器结构较复杂，不完全等同于刚性体，夹件处的振动水平并不能代表底座振动水平，而只有底座的振动水平，才可以反映对安装场所及建筑物的影响。

3.3标准所规定的振幅没有体现容量差异对干式铁心并联电抗器，大容量产品线性尺寸比小容量产品大。以绝对值表示的振动水平，通常线性尺寸越大的产品振动水平值也越大，不区分容量大小而按统一数值规定的振动水平，不能反映这种差异，不利于振动水平方面的质量控制和改进。

4降低最大振幅的措施

干式铁心并联电抗器发生振动并影响环境的主要原因有：（1）硅钢片的磁致伸缩效应。（2）铁饼间的交变电磁吸引力。（3）产品结构共振。（4）振动传递。要针对上述原因，采取相应措施，把最大振幅控制在合理范围以内。

4.1降低最大振幅的措施

4.1.1选用优质硅钢片材料并合理选取铁心的工作磁密硅钢片的磁致伸缩量随工作磁密升高而增大，不同品质的硅钢片材料也有区别。选用优质硅钢片并配合选取较低工作磁密可使产品获得较低磁致伸缩量，从材料上为降低最大振幅奠定基础。

4.1.2铁饼及铁心柱采用真空浇注工艺铁饼及铁心柱真空浇注工艺，是限制铁饼片自由振动的关键措施之一，经真空浇注铁心柱的刚度大幅度提高，可以降低铁心柱硅钢片分割成多段对限制产品振动的不利影响。

4.1.3将铁心柱和铁轭接触面调整到自然水平状态，并采用弹性压紧装置装配时，调整铁心柱和铁轭接触面到自然水平状态，以消除铁心变形。在工作状态下，铁心柱和铁轭的连接要经受不均衡电磁力的反复冲击，须采用弹性压紧装置，并配合施加足够预紧压力。

4.1.4选择恰当的铁心结构以避免共振在交流频率为50Hz时，铁心并联电抗器的电磁振动频率为2倍工频即100Hz。为避免发生共振，参与振动的各部件固有频率要避免接近铁心的电磁振动频率。

4.1.5采用隔振措施来限制振动在金属结构件如夹件与铁心接触面上，垫一块橡胶板，可以吸收部分振动，限制振动由铁心向邻近结构件传递。特别是在底座和安装基础之间，采用隔振装置，可以抑制产品振动对安装场所及建筑物的影响。

4.2试验验证为验证最大振幅控制措施的实际效果，选取BKSC-2500/10.5和BKSC-10000/10.5各一台进行研究和对比测试。

4.2.1BKSC-2500/10.5半成品试验对比选取BKSC-2500/10.5为研究对象，设计两种半成品方案，分别测其振幅，结果列于表4中。分析表4数据可以得出：铁饼真空浇注工艺比铁饼经绑扎涂刷树脂工艺，可以更有效抑制振动。为防止产生危险振幅，半成品试验时电压仅加到额定电压的80%。

4.2.2BKSC-2500/10.5和BKSC-10000/10.5振动测量对比两台产品均采用30Q120硅钢片，磁密取0.9T，铁饼及铁心柱真空浇注，铁心柱和铁轭接触面调整到自然水平状态并采用弹性压紧装置，供调节的非磁性间隙也用树脂粘接牢固。从表5对比数据可以看出：（1）随着容量增大，振幅上升。（2）底座上最大振幅明显小于夹件上最大振幅。对比表4和表5中BKSC-2500/10.5半成品和成品数据还可以看出，未完成粘接的非磁性间隙影响振动水平，保证全部非磁性间隙均得到较好粘接处理，是控制最大振幅的关键环节之一。

5对出线连接方案的建议

干式铁心并联电抗器的振幅是确定出线连接方案的主要考虑因素之一，当振幅达到100μm时，采用单一螺栓已不能满足要求，为保证产品出线连接可靠，出线连接须采用包括较多螺栓的螺栓组；当采取有效措施将产品振幅控制在40μm以下时，产品出线连接所需螺栓数可减少，螺栓组得以简化。

5.1100μm振幅对应的出线连接方案对比表2和表3的数据，可见当振幅达到100μm时，以BKSC-2500/10.5为分析对象，即使采用单一M20螺栓作出线连接已不能满足要求，为保证产品出线连接可靠，出线连接须采用包括多个螺栓的螺栓组。表6给出了各产品出线的螺栓连接方案。

5.2出线连接方案的简化表6中安全系数在1.02~1.39之间，螺栓组包括的螺栓个数达到4以上，若继续提高安全系数，螺栓个数还会大幅度上升。为简化方案，除采用较大螺栓外，更加有效的是采取措施来降低实际最大振幅，根据表5的数据，将产品振幅控制在40μm以下是可能的。以容量为10000kvar的干式铁心并联电抗器为例，允许最大振幅由100μm降到40μm时，与振幅对应的横向破坏力也大幅度下降（Fa下降为146.06kN），此时螺栓组取4×M16，安全系数已达到1.09。

6结束语

允许最大振幅是铁心并联电抗器比较独特的一个技术要求，其规定值的选取是一项严谨的技术工作，关系到制造厂确定技术进步方向，也关系到产品紧固件抵抗疲劳，防止断裂能力的计算验证，从而也影响着产品安全运行水平。笔者分析了国家标准对干式铁心并联电抗器允许最大振幅的规定，提出了降低最大振幅的措施并验证其效果，对产品出线连接方案提出了建议。

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作者：徐林峰 毛启武 欧小波 马志钦 唐金权 黎张红 单位：广东电网有限责任公司电力科学研究院 明珠电气有限公司