基于弹簧阻尼减振的电抗器高效减振方案

基于弹簧阻尼减振的电抗器高效减振方案

唐允宝 尹照福郑淳淳  党嗣玲

广州地铁建设管理有限公司        广东广州       510000

【摘要】 根据设计要求广州地铁五号线鱼珠主所需增加 2 台6Mvar的电抗器进行无功补偿，电抗器安装房间结构与主所结构相连，无独立基础。在运行过程中，电抗器因在电压的操作过程中限制电流冲击现象的滤波功能产生振动，造成电抗器安装位置楼板的强迫振动，通过电抗器机脚将振动传递到楼面上。因设备安装在楼面会因不同楼层的振动放大效应，传递到上层的站务工作室，影响工作室内人员正常办公。为实现减振降噪的效果，文章对电抗器基础的改进措施展开探讨。

【关键词】电抗器基础；减振装置；改进措施

前言：电抗器作为城市电网供电的一个重要辅助设备，当其工作时会对所在的楼板或地面上会产生一定的振动，会对周围建筑物造成影响和危害，因此有必要采取一些减振措施，减振降噪。电抗器隔振系统除能够大大降低电抗器引起的振动，同时也可以减少因振动引起的二次结构噪声，从而实现一定的降噪功能。隔振系统有效降低电抗器产生的振动对主所楼层环境的影响，满足运营正常生活办公要求，提高电抗器使用寿命。现对电抗器基础的隔振系统进行分析，本文探讨了电抗器基础的改进措施以及改造后的效果说明。

1、传统电抗器基础、弹簧阻尼隔振系统结构与优点

常规传统电抗器基础（如图1）与楼板采用是刚性耦合的，直接采用螺栓直接接触，振动传递到楼板上。

图1  常规传统电抗器基础图

隔振基础解除了传统螺栓直接连接的刚性耦合，采用弹簧阻尼隔振器上连混凝土台板下连接对应的楼板或者地面，使下部基础只承载静载荷，不再承受动载荷；动载荷只由顶台板承受。因设备与基础的动力解耦，也避免设备与基础发生共振。

下部楼板只承受静载荷后，大大减轻了楼房结构承受的载荷，从而解决了常规设计存在先期设计的楼房结构承载力不足的问题。

弹簧基础还有一个好处是可降低因振动引起的二次结构噪声。在电抗器周边，会有相应的薄板结构，在电抗器工作时，电抗器的强迫振动会使薄板结构产生一定的噪声，

弹簧隔振具有三维隔震性能，做到振震双控。

隔振器由螺栓钢弹簧和粘滞阻尼组成弹簧阻尼隔振器，每台机组由六组减振器组合成隔振系统，将地面与电抗器基础台板分离，距离为50mm。使电抗器正常工作时振动不会直接传递到地面，如图2所示。

图2 减振装置示意图

2、弹簧基础隔离机器动载荷的原理

单质量系统机械振动的微分方程式为：

式中，第一项为整个系统的惯性力，第二项为阻尼力，第三项为弹簧力，第四项为激振力。隔振的原理是使惯性力与激振力方向相反，数值相等，从而互相抵消。这样动载荷就被完全隔离，基础只受静载荷。

强迫振动的解见图3。图中三个无因次量：纵坐标为传递比F/F0，F为通过弹簧隔振系统传递到下部结构的力，F0为台板上作用的激振力，即扰力，或动载荷；横坐标为调谐比f/f0，f为激振力频率，f0为机器与基础组成的系统频率；曲线参数D为阻尼比，D=c/2mn，c为阻尼系数，m为系统质量，n=(k/m)1/2为系统的角频率，k为弹簧刚度。

图3  单质量系统强迫振动解

由图3可看出，当调谐比为f/f0=0～1.414时，传递比F/F0≥1，此区间系统处于共振区，系统不仅不能隔振，而且放大动载荷；当调谐比f/f0=1.414～3时，传递比F/F0由1下降到0.125，隔振效率可以达到0～0.875，此区间是非良好隔振区；当调谐比f/f0 > 3时，传递比F/F0≤0.125，此区间是良好的隔振区，因为只有小于12.5%的机器动载荷传递给下部结构，87.5%的动载荷被隔离掉了。

隔离效率的简化公式为：

3、电抗器隔振器选型方案（以基础为纯刚性基础设计）

电抗器总重：Wt=18.5t

基础块尺寸：3.85m×2m×0.485 m    基础块重量：7.4t

隔振器总承载：25.9t

隔振器型号：GPVM-6-B1280       数量：Q’ty=6件

隔振器主要参数如下：

    隔振器压缩量：δ= Wt KV=14.6mm

隔振系统主频为：f=5=4.14hz

    电抗器振动频率：fa=50hz

隔振系统调谐比η= fa÷f=12.08

隔振效率: I=99%

调谐比和隔振效率见上图3详细解释

隔振效率说明：此隔振效率为在隔振台板放置一个传感器和隔振器下底板附近放置一个隔振器的对结果。而非，采用隔振前后的对比结果，如图4。

图4 隔振基础方案图

4、减振装置安装前测试结果（工况1）--振动加速度级VAL测试

减振装置安装前总振动加速度级与总声级总结见表 1，各测点测得的 1/3 倍频程谱图如图 5所示。所有测点所得的振动与噪声在 100Hz处有明显峰值，推测与变电所现场某固有频率有关。

表1  总振动加速度级与总声级结果（工况 1）

图5  振动加速度与噪声 1/3 倍频程频谱图（工况 1）

5、减振装置安装后测试结果（工况2）--振动加速度级VAL测试

减振装置安装后总振动加速度级与总声级总结见表 2，各测点测得的 1/3 倍频程谱图如图6所示。与安装隔振器之前相似，所有测点所得的振动与噪声在 100Hz处有明显峰值。

表2  总振动加速度级与总声级结果（工况 2）

图 6 振动加速度与噪声 1/3 倍频程频谱图（工况 2）

6、减振装置降噪效果评估----振动加速度级VAL前后对比结果

加装减振装置的减振降噪效果总结如表3所示：一楼源强处地面振动加速度降低20.9 dB，立柱上降低 20.5dB。二楼敏感点整体振动水平较低,无隔振器情况下总振级为 80.6dB，由于建筑物结构传播振动缘故，隔振器效果有7.6 dB。

一楼源强处噪声主要由空气噪声主导,加装隔振器对降低整体噪声水平不明显。此外，根据振动噪声频谱图可判断电抗器运作引起的振动高频贡献量大，加装隔振器可降低高频振动经由建筑物结构传播导致的二次结构噪声，对敏感点降低二次结构噪声有所帮助，二楼整体噪声水平降低 25.7 dBA。

表3 总振动加速度级与总声级结果对比

根据国标GB10071-88城市区域环境振动测试方法

7、结论与展望

本次对广州地铁七号线二期供电系统鱼珠主所并联电抗器的升级及加装减振装置的减振降噪效果进行测评，加装减振装置前后进行现场测试。综上所述分析，对升级改造后的电抗器加装隔振系统后有非常显著的隔振效果，且能有效降低敏感点的二次结构噪声，减少对周围环境的影响，从而同时起到有效降噪的作用。

本文中的减振装置是一种吸收和减少振动冲击的装置，与无减振方案下电抗器基础与楼板的刚性连接相比，设备运行振幅与振频存在变化，从小幅低频冲击性振动，变化为幅值频率微增的柔性振动，下一步研究方向可通过进一步优化减振配重与阻尼比，提供更优的振幅与振频平衡方案，匹配设备的使用寿命，提供更优的价性比。