隨著大容量電網(wǎng)時代的到來，電網(wǎng)中安裝的非線性負載越來越多，非線性負載上的正弦波電壓發(fā)生畸變?yōu)橹C波。電抗器和變壓器也安裝在人口密集的地區(qū)，因此，變壓器和電抗器在工作過程中會產(chǎn)生振動噪聲；諧波振動噪聲的存在尤其明顯，這導(dǎo)致了人們對環(huán)境噪聲污染日益關(guān)注。
為了解決噪聲問題，可以通過對校正油浸式電抗器油箱底座進行定時與定期的調(diào)整等措施來降噪，但這些降噪方法通常不能在隔離和降噪方面解決振動問題的根本原因。電抗器鐵心的鐵磁材料主要為硅鋼板，硅鋼的磁疇在外磁場作用下會向同一方向轉(zhuǎn)動。硅鋼板的形狀和尺寸的外在表現(xiàn)是會發(fā)生納米尺寸的縮短或伸長現(xiàn)象；這種現(xiàn)象被稱為磁致伸縮。電抗器鐵心因磁致伸縮引起的振動，其振動周期與施加激勵的頻率密切相關(guān)。由于鐵心氣隙較大，電磁力較大，因此由鐵心振動引起的電磁力不容忽視。
來自尼赫魯科技管理學(xué)院的Asif Momin等研究人員對來自電抗器的主要振動源鐵心的振動問題進行了研究。為了降低電抗器振動噪聲，保證電抗器和電力系統(tǒng)運行的安全可靠性，研究人員通過實驗測量對鐵心電抗器的鐵心片疊層方向彈性模量進行了修正，同時考慮了硅鋼片的機械參數(shù)結(jié)構(gòu)異向性。在此基礎(chǔ)上，進行了電抗器的仿真和實驗驗證，并提出了電抗器鐵心振動性能的減振方案。研究人員構(gòu)建了一個帶有可拆卸鐵心片的串聯(lián)鐵心電抗器模型，并測試了電抗器鐵心的振動性能。采用慣性振動測量法，直接將儀器固定在被測物體上，通過傳感器與被測物體一起振動，獲得物體的絕對振動位移波形，進而得到其他振動參數(shù)。同時為了探討改變鐵心片間氣隙長度對電抗器振動的影響，并通過模擬計算篩選，改進后的電抗器氣隙排列為1mm、0.5mm、2mm、1mm、0.5mm和1mm，而未改進的電抗器保持1mm的均勻氣隙排列。測試結(jié)果表明，改進后的電抗器整體振動加速度值略低于改進前的，最大點降低了8.051%。
圖1 鐵心模態(tài)實驗中測試點和敲擊點的分布：(a)物理繪圖，(b)鐵心測試點圖
此外，還探討了鐵心硅鋼片排列方式對電抗器振動的影響，通過模擬計算后，改進后的電抗器鐵心硅鋼片排列為50AW400、30Q120、50AW400、30Q120、50AW400，而對照組的電抗器鐵心硅鋼片排列為五片30Q120。測量結(jié)果表明，改進硅鋼片排列方式后，電抗器的振動加速度平均降低了5.107%，雖然振動降低效果不如調(diào)整氣隙排列方式明顯，但兩者并不沖突，可以綜合應(yīng)用。綜合應(yīng)用氣隙長度和硅鋼片排列方式后，重新測量了電抗器的振動參數(shù)，測量結(jié)果表明，通過綜合改進方案，整體平均振動加速度降低了約11.60%，從而有效地降低了電抗器的振動。
圖2 電抗器鐵心模擬模型圖
圖3 硅鋼板的磁致伸縮與磁通密度的擬合曲線：(a) 30Q120，(b) 50AW40
總的來說，研究人員的研究結(jié)果揭示了電抗器的磁致伸縮力和電磁力在不同方向上對振動的影響不同，尤其是兩者共同作用時，電抗器鐵心在z方向上的振動加速度幅值最大；在測量了不同鐵心盤間氣隙長度和電工鋼片排列方式對電抗器振動加速度的影響中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過綜合改進后，電抗器的減振效果約為11.6%。這些發(fā)現(xiàn)為電抗器的減振降噪研究提供了重要的理論依據(jù)。
來源：《Analysis of the Vibration Characteristics and Vibration Reduction Methods of Iron Core Reactor》
為了解決噪聲問題，可以通過對校正油浸式電抗器油箱底座進行定時與定期的調(diào)整等措施來降噪，但這些降噪方法通常不能在隔離和降噪方面解決振動問題的根本原因。電抗器鐵心的鐵磁材料主要為硅鋼板，硅鋼的磁疇在外磁場作用下會向同一方向轉(zhuǎn)動。硅鋼板的形狀和尺寸的外在表現(xiàn)是會發(fā)生納米尺寸的縮短或伸長現(xiàn)象；這種現(xiàn)象被稱為磁致伸縮。電抗器鐵心因磁致伸縮引起的振動，其振動周期與施加激勵的頻率密切相關(guān)。由于鐵心氣隙較大，電磁力較大，因此由鐵心振動引起的電磁力不容忽視。
來自尼赫魯科技管理學(xué)院的Asif Momin等研究人員對來自電抗器的主要振動源鐵心的振動問題進行了研究。為了降低電抗器振動噪聲，保證電抗器和電力系統(tǒng)運行的安全可靠性，研究人員通過實驗測量對鐵心電抗器的鐵心片疊層方向彈性模量進行了修正，同時考慮了硅鋼片的機械參數(shù)結(jié)構(gòu)異向性。在此基礎(chǔ)上，進行了電抗器的仿真和實驗驗證，并提出了電抗器鐵心振動性能的減振方案。研究人員構(gòu)建了一個帶有可拆卸鐵心片的串聯(lián)鐵心電抗器模型，并測試了電抗器鐵心的振動性能。采用慣性振動測量法，直接將儀器固定在被測物體上，通過傳感器與被測物體一起振動，獲得物體的絕對振動位移波形，進而得到其他振動參數(shù)。同時為了探討改變鐵心片間氣隙長度對電抗器振動的影響，并通過模擬計算篩選，改進后的電抗器氣隙排列為1mm、0.5mm、2mm、1mm、0.5mm和1mm，而未改進的電抗器保持1mm的均勻氣隙排列。測試結(jié)果表明，改進后的電抗器整體振動加速度值略低于改進前的，最大點降低了8.051%。
圖1 鐵心模態(tài)實驗中測試點和敲擊點的分布：(a)物理繪圖，(b)鐵心測試點圖
此外，還探討了鐵心硅鋼片排列方式對電抗器振動的影響，通過模擬計算后，改進后的電抗器鐵心硅鋼片排列為50AW400、30Q120、50AW400、30Q120、50AW400，而對照組的電抗器鐵心硅鋼片排列為五片30Q120。測量結(jié)果表明，改進硅鋼片排列方式后，電抗器的振動加速度平均降低了5.107%，雖然振動降低效果不如調(diào)整氣隙排列方式明顯，但兩者并不沖突，可以綜合應(yīng)用。綜合應(yīng)用氣隙長度和硅鋼片排列方式后，重新測量了電抗器的振動參數(shù)，測量結(jié)果表明，通過綜合改進方案，整體平均振動加速度降低了約11.60%，從而有效地降低了電抗器的振動。
圖2 電抗器鐵心模擬模型圖
圖3 硅鋼板的磁致伸縮與磁通密度的擬合曲線：(a) 30Q120，(b) 50AW40
總的來說，研究人員的研究結(jié)果揭示了電抗器的磁致伸縮力和電磁力在不同方向上對振動的影響不同，尤其是兩者共同作用時，電抗器鐵心在z方向上的振動加速度幅值最大；在測量了不同鐵心盤間氣隙長度和電工鋼片排列方式對電抗器振動加速度的影響中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過綜合改進后，電抗器的減振效果約為11.6%。這些發(fā)現(xiàn)為電抗器的減振降噪研究提供了重要的理論依據(jù)。
來源：《Analysis of the Vibration Characteristics and Vibration Reduction Methods of Iron Core Reactor》
