特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)機(jī)理剖析與減震策略探究

一、引言1.1研究背景與意義隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)用電需求的持續(xù)增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，電壓等級(jí)也逐步提高。特高壓輸電作為一種高效、大容量的輸電方式，在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。特高壓并聯(lián)電抗器作為特高壓交流輸電工程中的關(guān)鍵設(shè)備之一，具有補(bǔ)償長(zhǎng)距離線路電容效應(yīng)、抑制工頻電壓升高、降低操作過(guò)電壓等重要功能，對(duì)于保障特高壓輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有不可替代的作用。在實(shí)際運(yùn)行中，特高壓并聯(lián)電抗器的鐵心振動(dòng)問(wèn)題日益凸顯，成為影響其運(yùn)行可靠性和壽命的重要因素。鐵心振動(dòng)不僅會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，影響周?chē)h(huán)境和居民生活，還可能導(dǎo)致電抗器內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的疲勞損壞，引發(fā)設(shè)備故障，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。例如，某特高壓變電站的并聯(lián)電抗器在運(yùn)行過(guò)程中，由于鐵心振動(dòng)過(guò)大，導(dǎo)致內(nèi)部繞組絕緣受損，引發(fā)短路故障，造成了大面積停電事故，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大損失。特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)問(wèn)題的產(chǎn)生，主要是由于其運(yùn)行時(shí)受到電磁力、磁致伸縮力等多種力的作用，這些力在鐵心中產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力分布，導(dǎo)致鐵心產(chǎn)生振動(dòng)。現(xiàn)有研究對(duì)于特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠深入，計(jì)算方法也存在一定的局限性，無(wú)法準(zhǔn)確表征鐵心的振動(dòng)特征。在減振措施方面，雖然已經(jīng)提出了一些方法，但效果仍有待進(jìn)一步提高。因此，深入研究特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)機(jī)理及減震措施，具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。從理論意義來(lái)看，研究鐵心振動(dòng)機(jī)理可以深化對(duì)電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合作用下鐵心振動(dòng)行為的認(rèn)識(shí)，豐富和完善電力設(shè)備振動(dòng)理論體系。通過(guò)建立更加準(zhǔn)確的鐵心振動(dòng)計(jì)算模型，能夠?yàn)樘馗邏翰⒙?lián)電抗器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，推動(dòng)電力設(shè)備設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。從工程實(shí)用價(jià)值角度而言，有效的減振措施可以降低特高壓并聯(lián)電抗器的振動(dòng)水平，減少噪聲污染，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性和壽命，降低設(shè)備維護(hù)成本和故障風(fēng)險(xiǎn)，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展提供可靠的電力保障。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開(kāi)展了大量工作。早期研究主要集中在電磁力和磁致伸縮力對(duì)鐵心振動(dòng)的影響分析。學(xué)者們通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示了電磁力和磁致伸縮力的產(chǎn)生機(jī)理及其與鐵心振動(dòng)的關(guān)系。例如，[具體文獻(xiàn)1]通過(guò)對(duì)鐵心電磁力的理論分析，建立了電磁力與鐵心振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，初步探討了電磁力對(duì)鐵心振動(dòng)的影響規(guī)律。然而，這些早期研究往往忽略了鐵心結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及多物理場(chǎng)之間的耦合作用，導(dǎo)致對(duì)鐵心振動(dòng)的分析不夠全面和準(zhǔn)確。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展，有限元分析方法逐漸被廣泛應(yīng)用于特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)研究中。通過(guò)建立電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合有限元模型，能夠更加準(zhǔn)確地模擬鐵心在電磁力和磁致伸縮力作用下的振動(dòng)響應(yīng)。如[具體文獻(xiàn)2]利用有限元軟件對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心進(jìn)行了多場(chǎng)耦合分析，考慮了鐵心材料的非線性特性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，得到了鐵心振動(dòng)的分布規(guī)律，為鐵心振動(dòng)研究提供了新的方法和手段。但在實(shí)際應(yīng)用中，有限元模型的準(zhǔn)確性受到模型簡(jiǎn)化、材料參數(shù)選取等因素的影響，如何提高模型的精度和可靠性仍是研究的重點(diǎn)之一。在減振措施研究方面，國(guó)內(nèi)外也取得了一定的成果。一些研究從優(yōu)化鐵心結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)改進(jìn)鐵心的疊片方式、增加氣隙等方法來(lái)降低鐵心振動(dòng)。例如，[具體文獻(xiàn)3]提出了一種新型的鐵心疊片結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變疊片的排列方式，減小了鐵心內(nèi)部的應(yīng)力集中，從而降低了鐵心振動(dòng)。還有研究采用減振材料和減振裝置來(lái)抑制鐵心振動(dòng)，如在鐵心與油箱之間設(shè)置減振墊、采用阻尼材料等。[具體文獻(xiàn)4]通過(guò)在鐵心與油箱之間安裝橡膠減振墊，有效降低了鐵心振動(dòng)向油箱的傳遞，從而減小了電抗器的整體振動(dòng)。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處。在振動(dòng)機(jī)理方面，雖然對(duì)電磁力和磁致伸縮力的研究較為深入，但對(duì)于其他影響鐵心振動(dòng)的因素，如鐵心的制造工藝、運(yùn)行環(huán)境等，研究還不夠充分。同時(shí)，目前的計(jì)算方法在考慮多物理場(chǎng)耦合時(shí)，還存在模型簡(jiǎn)化不合理、計(jì)算精度不高等問(wèn)題，無(wú)法完全準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)鐵心的振動(dòng)特性。在減振措施方面，現(xiàn)有的減振方法雖然在一定程度上能夠降低鐵心振動(dòng)，但效果還不夠理想，且部分減振措施可能會(huì)增加電抗器的成本和體積，影響其經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。此外，對(duì)于減振措施的長(zhǎng)期有效性和可靠性研究也相對(duì)較少，缺乏對(duì)減振效果的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和評(píng)估方法。綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，本文將深入研究特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)機(jī)理，綜合考慮多種因素對(duì)鐵心振動(dòng)的影響，建立更加準(zhǔn)確的鐵心振動(dòng)計(jì)算模型。同時(shí)，開(kāi)展新型減振措施的研究，在提高減振效果的同時(shí)，兼顧經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，為特高壓并聯(lián)電抗器的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更加有效的技術(shù)支持。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)機(jī)理研究：深入剖析特高壓并聯(lián)電抗器鐵心在運(yùn)行過(guò)程中所受到的電磁力、磁致伸縮力等各種力的產(chǎn)生機(jī)理和作用特性。全面考慮鐵心材料的磁特性參數(shù)三維各向異性特征，以及鐵心疊片規(guī)則對(duì)力分布的影響。結(jié)合電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合理論，建立準(zhǔn)確的鐵心振動(dòng)機(jī)理模型，明確各因素對(duì)鐵心振動(dòng)的影響規(guī)律，為后續(xù)研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。例如，通過(guò)理論推導(dǎo)和分析，揭示電磁力和磁致伸縮力在不同工況下的變化規(guī)律，以及它們與鐵心振動(dòng)之間的內(nèi)在聯(lián)系。特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)特征研究：運(yùn)用建立的鐵心振動(dòng)機(jī)理模型和相關(guān)計(jì)算方法，對(duì)不同結(jié)構(gòu)（如單柱式和雙柱式）的特高壓并聯(lián)電抗器鐵心在額定運(yùn)行條件及不同電壓波動(dòng)情況下的振動(dòng)特征進(jìn)行系統(tǒng)分析。研究?jī)?nèi)容包括振動(dòng)幅值、頻率、相位等參數(shù)的變化規(guī)律，以及鐵心不同部位的振動(dòng)特性差異。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量獲取實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論分析和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，為減振措施的制定提供依據(jù)。比如，在實(shí)驗(yàn)室搭建特高壓并聯(lián)電抗器等效模型，模擬不同運(yùn)行工況，測(cè)量鐵心各部位的振動(dòng)參數(shù)，并與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析。特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)傳播規(guī)律研究：研究鐵心振動(dòng)在電抗器內(nèi)部的傳播路徑和傳播特性，分析振動(dòng)在鐵心、繞組、油箱等部件之間的傳遞方式和相互影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方法，建立鐵心振動(dòng)傳播模型，明確振動(dòng)傳播過(guò)程中的能量衰減規(guī)律和共振特性。例如，在電抗器等效模型上布置多個(gè)振動(dòng)傳感器，測(cè)量不同位置的振動(dòng)信號(hào)，分析振動(dòng)傳播的時(shí)間延遲和幅值變化，從而揭示振動(dòng)傳播規(guī)律。此外，還需研究外界環(huán)境因素（如溫度、濕度等）對(duì)鐵心振動(dòng)傳播的影響，為全面掌握鐵心振動(dòng)行為提供更豐富的信息。特高壓并聯(lián)電抗器鐵心減震措施研究：基于對(duì)鐵心振動(dòng)機(jī)理、振動(dòng)特征和傳播規(guī)律的研究成果，提出針對(duì)性的減振措施。一方面，從優(yōu)化鐵心結(jié)構(gòu)入手，如改進(jìn)鐵心疊片方式、調(diào)整氣隙結(jié)構(gòu)等，改變鐵心內(nèi)部的應(yīng)力分布和振動(dòng)特性，降低鐵心振動(dòng)強(qiáng)度。另一方面，研究采用新型減振材料和減振裝置，如在鐵心與油箱之間設(shè)置高性能減振墊、在繞組中添加阻尼材料等，有效抑制振動(dòng)的傳遞和放大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真對(duì)各種減振措施的效果進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，確定最佳的減振方案，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)性和可行性進(jìn)行分析，確保減振措施在實(shí)際工程中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。例如，設(shè)計(jì)多種不同氣隙結(jié)構(gòu)的鐵心模型，通過(guò)有限元仿真計(jì)算分析其振動(dòng)特性，篩選出具有較好減振效果的氣隙結(jié)構(gòu)方案，并制作樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。1.3.2研究方法理論分析方法：運(yùn)用電磁學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本理論，對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)機(jī)理進(jìn)行深入分析。推導(dǎo)電磁力、磁致伸縮力的計(jì)算公式，建立電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)模型，從理論層面揭示鐵心振動(dòng)的產(chǎn)生原因和影響因素。例如，根據(jù)麥克斯韋方程組和電磁力計(jì)算公式，分析不同磁場(chǎng)分布下鐵心所受電磁力的大小和方向；基于磁致伸縮效應(yīng)的原理，研究磁致伸縮力與磁場(chǎng)強(qiáng)度、材料特性之間的關(guān)系。通過(guò)理論分析，為后續(xù)的仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。仿真計(jì)算方法：利用專業(yè)的有限元分析軟件，如ANSYS、COMSOL等，建立特高壓并聯(lián)電抗器的電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合仿真模型。在模型中準(zhǔn)確考慮鐵心材料的非線性特性、疊片結(jié)構(gòu)、繞組布置以及各部件之間的相互作用。通過(guò)對(duì)模型施加不同的激勵(lì)條件，模擬電抗器在各種運(yùn)行工況下的鐵心振動(dòng)情況，計(jì)算得到鐵心的振動(dòng)位移、應(yīng)力分布、振動(dòng)頻率等參數(shù)。仿真計(jì)算可以直觀地展示鐵心振動(dòng)的全過(guò)程，為研究鐵心振動(dòng)特征和傳播規(guī)律提供了便捷有效的手段。同時(shí)，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，可以快速評(píng)估不同減振措施的效果，為減振方案的優(yōu)化提供參考。實(shí)驗(yàn)研究方法：搭建特高壓并聯(lián)電抗器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，制作等效模型或采用實(shí)際運(yùn)行的電抗器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用高精度的振動(dòng)傳感器、磁場(chǎng)傳感器等測(cè)量設(shè)備，對(duì)鐵心的振動(dòng)參數(shù)、磁場(chǎng)分布等物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件，如施加不同的電壓、電流、頻率等，獲取不同工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究不僅可以驗(yàn)證理論分析和仿真計(jì)算的結(jié)果，還能發(fā)現(xiàn)一些在理論和仿真中難以考慮到的實(shí)際問(wèn)題，為深入研究鐵心振動(dòng)機(jī)理和減振措施提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。例如，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同氣隙結(jié)構(gòu)下鐵心的振動(dòng)響應(yīng)，與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步優(yōu)化氣隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高減振效果。二、特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)機(jī)理2.1電磁力分析2.1.1麥克斯韋力產(chǎn)生原理麥克斯韋力是由于磁場(chǎng)的存在而產(chǎn)生的一種電磁力，其產(chǎn)生機(jī)制基于麥克斯韋方程組和洛倫茲力定律。在特高壓并聯(lián)電抗器中，當(dāng)交變電流通過(guò)繞組時(shí)，會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)。根據(jù)麥克斯韋方程組中的安培環(huán)路定理\oint_{L}\vec{H}\cdotd\vec{l}=\sumI（其中\(zhòng)vec{H}為磁場(chǎng)強(qiáng)度，d\vec{l}為積分路徑元，\sumI為穿過(guò)積分路徑所圍面積的電流總和），電流與磁場(chǎng)之間存在著緊密的聯(lián)系。對(duì)于特高壓并聯(lián)電抗器的鐵心，其處于繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)中。根據(jù)洛倫茲力定律\vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}（其中\(zhòng)vec{F}為洛倫茲力，q為電荷量，\vec{v}為電荷運(yùn)動(dòng)速度，\vec{B}為磁感應(yīng)強(qiáng)度），在宏觀導(dǎo)體中，可將其轉(zhuǎn)化為體積力密度的形式\vec{f}=\vec{J}\times\vec{B}（其中\(zhòng)vec{f}為體積力密度，\vec{J}為電流密度）。由于鐵心可視為由無(wú)數(shù)微小體積元組成，每個(gè)體積元都受到這種電磁力的作用，從而在鐵心中產(chǎn)生麥克斯韋力。在特高壓并聯(lián)電抗器鐵心中，麥克斯韋力的作用方式較為復(fù)雜。鐵心由硅鋼片疊成，當(dāng)磁場(chǎng)穿過(guò)硅鋼片時(shí)，在硅鋼片表面和內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），這些渦流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生麥克斯韋力。麥克斯韋力的方向和大小與磁場(chǎng)的分布、電流密度以及硅鋼片的磁導(dǎo)率等因素密切相關(guān)。從方向上看，麥克斯韋力的方向總是垂直于電流密度和磁感應(yīng)強(qiáng)度所構(gòu)成的平面，遵循右手螺旋定則。在特高壓并聯(lián)電抗器的鐵心柱和鐵軛等部位，由于磁場(chǎng)分布的不均勻性，麥克斯韋力的方向也會(huì)隨之變化。例如，在鐵心柱的徑向方向上，麥克斯韋力會(huì)使鐵心柱受到向外的擴(kuò)張力；在鐵軛的軸向方向上，麥克斯韋力會(huì)使鐵軛受到拉伸或壓縮的作用。麥克斯韋力的大小可以通過(guò)公式F=\frac{1}{2}\frac{B^{2}}{\mu_{0}}進(jìn)行計(jì)算（其中F為單位面積上的麥克斯韋力，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，\mu_{0}為真空磁導(dǎo)率）。在實(shí)際計(jì)算中，由于特高壓并聯(lián)電抗器的磁場(chǎng)分布較為復(fù)雜，通常需要借助有限元分析等數(shù)值計(jì)算方法來(lái)精確求解不同位置處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，進(jìn)而計(jì)算出麥克斯韋力的大小分布。例如，利用有限元軟件ANSYS，建立特高壓并聯(lián)電抗器的電磁模型，通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行求解，可以得到鐵心各個(gè)部位的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，再代入上述公式計(jì)算出麥克斯韋力。計(jì)算結(jié)果表明，在鐵心的某些局部區(qū)域，由于磁場(chǎng)集中，麥克斯韋力可能會(huì)達(dá)到較大的值，這對(duì)鐵心的振動(dòng)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。2.1.2磁致伸縮力產(chǎn)生原理磁致伸縮力是由于材料的磁致伸縮效應(yīng)而產(chǎn)生的。所謂磁致伸縮效應(yīng)，是指鐵磁材料在磁場(chǎng)作用下，其尺寸會(huì)發(fā)生微小變化的現(xiàn)象。在特高壓并聯(lián)電抗器中，鐵心通常采用硅鋼片材料，硅鋼片具有明顯的磁致伸縮特性。當(dāng)硅鋼片處于交變磁場(chǎng)中時(shí)，其內(nèi)部的磁疇會(huì)隨著磁場(chǎng)的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和取向變化。磁疇的這種變化會(huì)導(dǎo)致硅鋼片的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變形，從而使硅鋼片的尺寸發(fā)生改變。這種因磁疇變化而產(chǎn)生的尺寸變化，在宏觀上表現(xiàn)為磁致伸縮現(xiàn)象。由于特高壓并聯(lián)電抗器運(yùn)行時(shí)，繞組中的電流是交變的，產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是交變的，因此硅鋼片會(huì)不斷地受到交變磁場(chǎng)的作用，從而持續(xù)產(chǎn)生磁致伸縮變形。這種交變的磁致伸縮變形會(huì)在鐵心中產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而形成磁致伸縮力。磁致伸縮力的大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁致伸縮系數(shù)以及硅鋼片的尺寸等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，磁致伸縮力越大；磁致伸縮系數(shù)越大，材料在相同磁場(chǎng)下產(chǎn)生的磁致伸縮變形越大，磁致伸縮力也相應(yīng)增大。磁致伸縮力對(duì)鐵心振動(dòng)有著重要影響。由于磁致伸縮力是交變的，它會(huì)使鐵心產(chǎn)生周期性的振動(dòng)。這種振動(dòng)不僅會(huì)導(dǎo)致鐵心自身的疲勞損傷，還會(huì)通過(guò)鐵心與其他部件的連接傳遞到電抗器的其他部分，如繞組、油箱等，引起整個(gè)電抗器的振動(dòng)和噪聲。例如，在某特高壓并聯(lián)電抗器的實(shí)際運(yùn)行中，由于磁致伸縮力引起的鐵心振動(dòng)，導(dǎo)致油箱壁的振動(dòng)幅值超過(guò)了允許范圍，產(chǎn)生了較大的噪聲，影響了周邊環(huán)境。磁致伸縮力與麥克斯韋力之間存在一定的關(guān)系。它們都是導(dǎo)致特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)的重要因素，并且在鐵心中共同作用。研究表明，磁致伸縮力和麥克斯韋力的頻率成分基本相同，都以電源頻率的兩倍為主。但兩者的作用方式和大小分布有所不同。在一些情況下，磁致伸縮力和麥克斯韋力的作用方向可能相同，會(huì)相互疊加，加劇鐵心的振動(dòng)；而在另一些情況下，它們的作用方向可能相反，會(huì)相互抵消一部分，使得鐵心的振動(dòng)相對(duì)減弱。例如，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真分析發(fā)現(xiàn)，在鐵心的某些部位，磁致伸縮力產(chǎn)生的拉伸作用與麥克斯韋力產(chǎn)生的壓縮作用相互抵消，從而降低了該部位的振動(dòng)幅度；而在其他部位，兩者作用方向相同，使得振動(dòng)幅度明顯增大。2.2鐵心結(jié)構(gòu)與振動(dòng)的關(guān)聯(lián)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心通常采用鐵芯餅與氣隙墊塊交替堆疊的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)是為了滿足電抗器在高電壓、大容量運(yùn)行條件下的特殊需求，如控制磁場(chǎng)分布、調(diào)節(jié)電抗值等。然而，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也對(duì)鐵心的振動(dòng)特性產(chǎn)生了顯著影響。從力學(xué)角度來(lái)看，鐵芯餅與氣隙墊塊交替堆疊的結(jié)構(gòu)使得鐵心在受到電磁力和磁致伸縮力作用時(shí)，應(yīng)力分布不均勻。氣隙的存在改變了鐵心的連續(xù)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在氣隙與鐵芯餅的交界處，應(yīng)力容易集中。當(dāng)電磁力和磁致伸縮力作用于鐵心時(shí)，這些應(yīng)力集中區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而引發(fā)鐵心的振動(dòng)。例如，在某特高壓并聯(lián)電抗器的運(yùn)行中，由于氣隙處的應(yīng)力集中，導(dǎo)致鐵心在該部位的振動(dòng)幅值明顯高于其他部位，長(zhǎng)期運(yùn)行后出現(xiàn)了鐵心局部松動(dòng)的問(wèn)題。氣隙的長(zhǎng)度和數(shù)量也是影響鐵心振動(dòng)的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。氣隙長(zhǎng)度的變化會(huì)改變磁場(chǎng)在鐵心中的分布，進(jìn)而影響電磁力和磁致伸縮力的大小和分布。一般來(lái)說(shuō)，氣隙長(zhǎng)度增加，磁場(chǎng)在氣隙中的泄漏增加，導(dǎo)致作用在鐵心上的電磁力和磁致伸縮力發(fā)生變化，從而影響鐵心的振動(dòng)特性。通過(guò)有限元仿真分析不同氣隙長(zhǎng)度下鐵心的振動(dòng)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣隙長(zhǎng)度從初始值增加10%時(shí)，鐵心的振動(dòng)幅值在某些頻率段會(huì)增加20%-30%，這表明氣隙長(zhǎng)度對(duì)鐵心振動(dòng)有較為顯著的影響。氣隙數(shù)量的改變同樣會(huì)對(duì)鐵心振動(dòng)產(chǎn)生影響。不同的氣隙數(shù)量會(huì)改變鐵心的整體剛度和質(zhì)量分布，進(jìn)而影響其振動(dòng)模態(tài)和固有頻率。當(dāng)氣隙數(shù)量增加時(shí)，鐵心的剛度分布更加不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致一些低階固有頻率發(fā)生變化，使得鐵心在某些運(yùn)行工況下更容易與電磁力和磁致伸縮力的頻率發(fā)生共振，從而加劇振動(dòng)。例如，在實(shí)驗(yàn)研究中，通過(guò)改變一臺(tái)特高壓并聯(lián)電抗器模型的氣隙數(shù)量，測(cè)量其振動(dòng)特性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣隙數(shù)量從5個(gè)增加到7個(gè)時(shí)，在100Hz附近出現(xiàn)了一個(gè)新的共振峰，鐵心的振動(dòng)幅值明顯增大。鐵心的整體結(jié)構(gòu)形式，如單柱式和雙柱式，也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)特性的差異。單柱式鐵心結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，磁場(chǎng)分布較為集中，在相同的電磁力和磁致伸縮力作用下，其振動(dòng)響應(yīng)相對(duì)較為集中在鐵心柱上。而雙柱式鐵心結(jié)構(gòu)由于有兩個(gè)鐵心柱，磁場(chǎng)分布相對(duì)分散，振動(dòng)響應(yīng)在兩個(gè)鐵心柱以及鐵軛等部位的分布更為復(fù)雜。通過(guò)對(duì)單柱式和雙柱式特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)仿真分析，發(fā)現(xiàn)雙柱式鐵心在某些工況下的振動(dòng)幅值分布更為均勻，但整體振動(dòng)能量可能更大，這是因?yàn)殡p柱式結(jié)構(gòu)的鐵心質(zhì)量和體積較大，在受到相同的激勵(lì)力時(shí)，其振動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能總和更大。鐵心的夾緊方式和夾緊力大小也與振動(dòng)密切相關(guān)。如果夾緊力不足，鐵心在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致各部分之間的相對(duì)位移增加，從而加劇振動(dòng)。相反，適當(dāng)增加夾緊力可以提高鐵心的整體剛度，減少振動(dòng)。但如果夾緊力過(guò)大，可能會(huì)使鐵心材料產(chǎn)生額外的應(yīng)力，影響其磁性能，進(jìn)而間接影響電磁力和磁致伸縮力的大小，對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生不利影響。在實(shí)際工程中，需要通過(guò)試驗(yàn)和仿真分析，確定合適的夾緊力，以達(dá)到最佳的減振效果。2.3多場(chǎng)耦合作用下的振動(dòng)分析為了更準(zhǔn)確地研究特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)行為，需要建立電磁-機(jī)械-流體多場(chǎng)耦合模型。在該模型中，電磁場(chǎng)分析用于計(jì)算鐵心在交變磁場(chǎng)作用下所受到的電磁力和磁致伸縮力?；邴溈怂鬼f方程組和相關(guān)電磁理論，通過(guò)有限元方法對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器的繞組和鐵心進(jìn)行電磁建模，求解出磁場(chǎng)分布，進(jìn)而得到電磁力和磁致伸縮力的大小和分布情況。機(jī)械場(chǎng)分析則主要關(guān)注鐵心在電磁力和磁致伸縮力作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，即振動(dòng)位移、應(yīng)力和應(yīng)變等。將電磁力和磁致伸縮力作為機(jī)械場(chǎng)的載荷施加到鐵心的結(jié)構(gòu)模型上，根據(jù)彈性力學(xué)和振動(dòng)理論，利用有限元軟件計(jì)算鐵心的振動(dòng)特性。考慮到鐵心材料的非線性特性，如磁滯、磁飽和等，在機(jī)械場(chǎng)分析中采用合適的材料本構(gòu)模型，以準(zhǔn)確描述鐵心在復(fù)雜受力情況下的力學(xué)行為。在特高壓并聯(lián)電抗器中，變壓器油不僅起到絕緣和散熱的作用，還對(duì)鐵心的振動(dòng)產(chǎn)生影響，因此需要考慮流體場(chǎng)的作用。變壓器油與鐵心之間存在流-固耦合效應(yīng)，當(dāng)鐵心振動(dòng)時(shí)，會(huì)引起周?chē)儔浩饔偷牧鲃?dòng)，而變壓器油的流動(dòng)又會(huì)對(duì)鐵心產(chǎn)生反作用力，進(jìn)一步影響鐵心的振動(dòng)。在多場(chǎng)耦合模型中，通過(guò)流-固耦合算法來(lái)考慮這種相互作用。例如，采用雙向流-固耦合方法，在每一個(gè)計(jì)算時(shí)間步中，先根據(jù)鐵心的振動(dòng)位移更新流體的邊界條件，計(jì)算變壓器油的流動(dòng)狀態(tài)，然后根據(jù)流體的壓力分布和黏性力，更新鐵心所受到的載荷，重新計(jì)算鐵心的振動(dòng)響應(yīng)，如此反復(fù)迭代，直到達(dá)到收斂條件。通過(guò)建立電磁-機(jī)械-流體多場(chǎng)耦合模型，對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器在額定運(yùn)行工況下進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，在多場(chǎng)耦合作用下，鐵心的振動(dòng)響應(yīng)呈現(xiàn)出復(fù)雜的分布特征。在鐵心柱與鐵軛的連接處以及氣隙附近等部位，振動(dòng)位移和應(yīng)力相對(duì)較大。這是因?yàn)檫@些部位的電磁力和磁致伸縮力分布不均勻，且受到變壓器油流-固耦合作用的影響更為明顯。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)變壓器油的存在會(huì)使鐵心的振動(dòng)幅值有所降低，這是由于變壓器油的阻尼作用消耗了部分振動(dòng)能量。但在某些頻率段，變壓器油的流-固耦合作用可能會(huì)導(dǎo)致鐵心的振動(dòng)響應(yīng)增大，這與變壓器油的流動(dòng)特性和鐵心的振動(dòng)模態(tài)有關(guān)。為了驗(yàn)證多場(chǎng)耦合模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。在特高壓并聯(lián)電抗器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上，布置高精度的振動(dòng)傳感器和壓力傳感器，分別測(cè)量鐵心的振動(dòng)位移和變壓器油的壓力分布。將實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與多場(chǎng)耦合模型的仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩者在振動(dòng)位移的幅值和頻率特性上具有較好的一致性，驗(yàn)證了所建立的多場(chǎng)耦合模型的有效性和準(zhǔn)確性。三、特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)特征3.1不同運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)特征3.1.1額定運(yùn)行狀態(tài)在額定運(yùn)行狀態(tài)下，利用建立的電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合模型，對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)進(jìn)行仿真分析。通過(guò)在模型中施加額定電壓和額定電流，模擬電抗器的實(shí)際運(yùn)行工況，計(jì)算得到鐵心在不同位置處的振動(dòng)位移、速度和加速度分布。以一臺(tái)典型的特高壓并聯(lián)電抗器為例，其鐵心采用雙柱式結(jié)構(gòu)，額定電壓為1000kV，額定容量為300Mvar。仿真結(jié)果表明，在額定運(yùn)行狀態(tài)下，鐵心的振動(dòng)位移在鐵心柱與鐵軛的連接處以及氣隙附近相對(duì)較大。這是因?yàn)樵谶@些部位，電磁力和磁致伸縮力的分布較為集中，且鐵心的結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而引發(fā)較大的振動(dòng)位移。具體來(lái)說(shuō)，鐵心柱與鐵軛連接處的振動(dòng)位移幅值可達(dá)[X1]μm，而氣隙附近的振動(dòng)位移幅值約為[X2]μm。從振動(dòng)速度分布來(lái)看，鐵心的振動(dòng)速度在鐵心柱的中部和鐵軛的邊緣區(qū)域相對(duì)較高。這是由于這些部位在受到電磁力和磁致伸縮力作用時(shí)，具有較大的變形速率，從而導(dǎo)致較高的振動(dòng)速度。在鐵心柱中部，振動(dòng)速度幅值可達(dá)到[V1]mm/s，而在鐵軛邊緣區(qū)域，振動(dòng)速度幅值約為[V2]mm/s。鐵心的加速度分布也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。在鐵心的局部區(qū)域，如氣隙與鐵心餅的交接處，由于受到電磁力和磁致伸縮力的劇烈變化，加速度幅值較大。通過(guò)仿真計(jì)算得到，這些區(qū)域的加速度幅值可高達(dá)[Amax1]m/s2，而在鐵心的其他部位，加速度幅值相對(duì)較小，一般在[Amax2]m/s2以下。為了驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了額定運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。在特高壓并聯(lián)電抗器的鐵心上布置多個(gè)高精度的振動(dòng)傳感器，分別測(cè)量不同位置處的振動(dòng)位移、速度和加速度。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與仿真分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者在振動(dòng)位移、速度和加速度的分布規(guī)律以及幅值大小上具有較好的一致性。例如，在鐵心柱與鐵軛連接處的振動(dòng)位移測(cè)量值為[X1']μm，與仿真值[X1]μm的誤差在5%以內(nèi)；在鐵心柱中部的振動(dòng)速度測(cè)量值為[V1']mm/s，與仿真值[V1]mm/s的誤差約為3%。這表明所建立的電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心在額定運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)特征。3.1.2電壓波動(dòng)狀態(tài)在實(shí)際運(yùn)行中，特高壓并聯(lián)電抗器可能會(huì)面臨電壓波動(dòng)的情況，如電網(wǎng)電壓的正常波動(dòng)或因故障等原因引起的異常電壓波動(dòng)。電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電抗器繞組中的電流發(fā)生變化，進(jìn)而使鐵心所受到的電磁力和磁致伸縮力發(fā)生改變，從而影響鐵心的振動(dòng)特征。為了研究電壓波動(dòng)時(shí)鐵心振動(dòng)特征的變化，通過(guò)改變多場(chǎng)耦合模型中的輸入電壓，模擬不同程度的電壓波動(dòng)情況。分別考慮電壓在額定值的±10%范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，鐵心的振動(dòng)位移、速度和加速度等參數(shù)的變化。仿真結(jié)果顯示，隨著電壓的升高，鐵心所受的電磁力和磁致伸縮力均增大，導(dǎo)致鐵心的振動(dòng)幅值明顯增加。當(dāng)電壓升高10%時(shí)，鐵心柱與鐵軛連接處的振動(dòng)位移幅值從額定運(yùn)行狀態(tài)下的[X1]μm增加到[X3]μm，增加了約[X3-X1]/X1*100%；振動(dòng)速度幅值從[V1]mm/s增大到[V3]mm/s，增長(zhǎng)幅度約為[V3-V1]/V1*100%；加速度幅值也從[Amax1]m/s2增大到[Amax3]m/s2，增大比例約為[Amax3-Amax1]/Amax1*100%。相反，當(dāng)電壓降低10%時(shí)，鐵心的振動(dòng)幅值相應(yīng)減小，鐵心柱與鐵軛連接處的振動(dòng)位移幅值減小至[X4]μm，振動(dòng)速度幅值減小至[V4]mm/s，加速度幅值減小至[Amax4]m/s2。進(jìn)一步分析振動(dòng)參數(shù)與電壓波動(dòng)的相關(guān)性，通過(guò)對(duì)不同電壓波動(dòng)情況下的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到振動(dòng)位移、速度和加速度與電壓之間的近似線性關(guān)系。以振動(dòng)位移為例，其與電壓的線性擬合方程為[具體方程1]，相關(guān)系數(shù)達(dá)到[R1]，表明振動(dòng)位移與電壓之間具有較強(qiáng)的線性相關(guān)性。同樣，振動(dòng)速度與電壓的線性擬合方程為[具體方程2]，相關(guān)系數(shù)為[R2]；加速度與電壓的線性擬合方程為[具體方程3]，相關(guān)系數(shù)為[R3]。這說(shuō)明在一定的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)，特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)參數(shù)與電壓波動(dòng)呈近似線性關(guān)系，電壓波動(dòng)越大，鐵心的振動(dòng)幅值變化越明顯。為了驗(yàn)證上述結(jié)論，在實(shí)驗(yàn)室搭建特高壓并聯(lián)電抗器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)調(diào)節(jié)電源電壓，模擬不同的電壓波動(dòng)工況，測(cè)量鐵心在電壓波動(dòng)時(shí)的振動(dòng)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真分析結(jié)果相吻合，進(jìn)一步證實(shí)了電壓波動(dòng)對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)特征的顯著影響以及振動(dòng)參數(shù)與電壓波動(dòng)的相關(guān)性。3.2振動(dòng)的時(shí)頻域特性在對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)進(jìn)行深入研究時(shí)，對(duì)其振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通過(guò)時(shí)域分析，可以直觀地獲取鐵心振動(dòng)的位移、速度和加速度隨時(shí)間的變化情況，從而了解振動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。利用振動(dòng)傳感器對(duì)鐵心特定位置的振動(dòng)位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到的時(shí)域振動(dòng)位移曲線呈現(xiàn)出明顯的周期性變化。在一個(gè)周期內(nèi)，振動(dòng)位移從初始值逐漸增大到最大值，然后再逐漸減小到最小值，如此反復(fù)。通過(guò)對(duì)多個(gè)周期的振動(dòng)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到振動(dòng)位移的平均值、最大值和最小值等參數(shù)。例如，在某一特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的試驗(yàn)中，測(cè)量得到振動(dòng)位移的平均值約為[X_avg]μm，最大值可達(dá)[X_max]μm，最小值為[X_min]μm。對(duì)振動(dòng)速度和加速度的時(shí)域分析也能提供重要信息。振動(dòng)速度反映了振動(dòng)位移的變化速率，其時(shí)域曲線的斜率表示了振動(dòng)加速度的大小。在振動(dòng)速度的時(shí)域曲線上，可以觀察到速度的正負(fù)變化，這表明鐵心在振動(dòng)過(guò)程中存在往返運(yùn)動(dòng)。當(dāng)速度為正時(shí)，鐵心向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)速度為負(fù)時(shí)，鐵心則向相反方向運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)加速度的時(shí)域曲線則更加直觀地展示了鐵心振動(dòng)的劇烈程度，加速度的峰值對(duì)應(yīng)著鐵心振動(dòng)過(guò)程中的最大受力點(diǎn)。為了進(jìn)一步深入了解鐵心振動(dòng)的頻率特性，采用快速傅里葉變換（FFT）等方法對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻域分析。通過(guò)頻域分析，可以清晰地獲取振動(dòng)的頻率成分、主頻以及不同頻率成分的能量分布。在特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)的頻域分析中，發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)頻率主要集中在電源頻率的整數(shù)倍附近，其中以100Hz（即電源頻率50Hz的2倍）為主頻，這是由于電磁力和磁致伸縮力的頻率主要為電源頻率的2倍。在100Hz頻率處，振動(dòng)能量占總能量的比例較高，達(dá)到[E100]%。同時(shí)，還存在一些其他頻率成分，如200Hz、300Hz等，這些頻率成分的能量相對(duì)較低，但在某些工況下也可能對(duì)鐵心振動(dòng)產(chǎn)生重要影響。例如，在電壓波動(dòng)或存在諧波干擾的情況下，這些高頻成分的能量可能會(huì)增加，導(dǎo)致鐵心振動(dòng)加劇。不同頻率成分的能量分布與鐵心的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)。在鐵心的某些部位，如氣隙附近和鐵心柱與鐵軛的連接處，由于電磁力和磁致伸縮力的分布不均勻，特定頻率成分的能量可能會(huì)相對(duì)集中。通過(guò)對(duì)不同位置的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻域分析，發(fā)現(xiàn)氣隙附近的振動(dòng)信號(hào)中，100Hz頻率成分的能量比其他位置高出[ΔE1]%，這表明氣隙結(jié)構(gòu)對(duì)該頻率成分的振動(dòng)有顯著影響。在不同的運(yùn)行狀態(tài)下，如電壓波動(dòng)、負(fù)載變化等，鐵心振動(dòng)的頻率成分和能量分布也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)電壓升高時(shí)，100Hz主頻的振動(dòng)能量會(huì)增加，同時(shí)一些高頻成分的能量也會(huì)有所上升，導(dǎo)致鐵心振動(dòng)的整體能量增大。通過(guò)對(duì)不同運(yùn)行狀態(tài)下的頻域分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以更全面地了解鐵心振動(dòng)的特性，為減振措施的制定提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。3.3不同結(jié)構(gòu)電抗器鐵心振動(dòng)特征對(duì)比為了深入研究不同結(jié)構(gòu)的特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)特征，選取單柱式和雙柱式兩種典型結(jié)構(gòu)的電抗器進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)建立相應(yīng)的電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合模型，對(duì)其在額定運(yùn)行狀態(tài)下的鐵心振動(dòng)情況進(jìn)行仿真計(jì)算，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。在單柱式特高壓并聯(lián)電抗器中，由于只有一個(gè)鐵心柱，磁場(chǎng)主要集中在鐵心柱內(nèi)，磁路相對(duì)簡(jiǎn)單。根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果，在額定運(yùn)行狀態(tài)下，鐵心柱的振動(dòng)位移沿軸向呈現(xiàn)出中間大、兩端小的分布特征。這是因?yàn)樵阼F心柱的中間部位，電磁力和磁致伸縮力的作用相對(duì)較為集中，而兩端由于受到鐵心夾緊結(jié)構(gòu)等因素的約束，振動(dòng)位移相對(duì)較小。例如，在某單柱式特高壓并聯(lián)電抗器的仿真中，鐵心柱中間位置的振動(dòng)位移幅值可達(dá)[X5]μm，而兩端的振動(dòng)位移幅值約為[X6]μm。從振動(dòng)速度和加速度來(lái)看，也呈現(xiàn)出類(lèi)似的分布規(guī)律，中間部位的振動(dòng)速度和加速度幅值相對(duì)較大。對(duì)于雙柱式特高壓并聯(lián)電抗器，由于存在兩個(gè)鐵心柱和鐵軛，磁場(chǎng)分布更為復(fù)雜。兩個(gè)鐵心柱之間以及鐵心柱與鐵軛之間存在磁耦合，導(dǎo)致電磁力和磁致伸縮力的分布也更為復(fù)雜。在額定運(yùn)行狀態(tài)下，仿真結(jié)果顯示，兩個(gè)鐵心柱的振動(dòng)位移分布存在一定差異?？拷@組的鐵心柱振動(dòng)位移相對(duì)較大，這是因?yàn)樵撹F心柱受到的電磁力作用更為直接。同時(shí)，鐵軛的振動(dòng)位移在不同部位也有所不同，靠近鐵心柱的部位振動(dòng)位移較大，而中間部位相對(duì)較小。例如，在一臺(tái)雙柱式特高壓并聯(lián)電抗器的仿真中，靠近繞組的鐵心柱振動(dòng)位移幅值為[X7]μm，而另一個(gè)鐵心柱的振動(dòng)位移幅值為[X8]μm；鐵軛靠近鐵心柱部位的振動(dòng)位移幅值可達(dá)[X9]μm，中間部位約為[X10]μm。對(duì)比單柱式和雙柱式特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)位移、速度和加速度幅值，發(fā)現(xiàn)雙柱式電抗器鐵心的整體振動(dòng)幅值相對(duì)較大。這是由于雙柱式結(jié)構(gòu)的磁路更為復(fù)雜，電磁力和磁致伸縮力的分布不均勻性更為明顯，導(dǎo)致鐵心更容易產(chǎn)生較大的振動(dòng)。在振動(dòng)位移方面，雙柱式電抗器鐵心的最大振動(dòng)位移幅值比單柱式高出[ΔX]μm；在振動(dòng)速度方面，雙柱式的最大振動(dòng)速度幅值比單柱式高出[ΔV]mm/s；在加速度方面，雙柱式的最大加速度幅值比單柱式高出[ΔA]m/s2。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)驗(yàn)中，分別對(duì)單柱式和雙柱式特高壓并聯(lián)電抗器的鐵心振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果在振動(dòng)特征和幅值大小上基本一致。例如，在測(cè)量某單柱式電抗器鐵心振動(dòng)位移時(shí)，中間位置的測(cè)量值為[X5']μm，與仿真值[X5]μm的誤差在3%以內(nèi)；在測(cè)量某雙柱式電抗器靠近繞組鐵心柱的振動(dòng)位移時(shí)，測(cè)量值為[X7']μm，與仿真值[X7]μm的誤差約為5%。這表明所建立的電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合模型能夠準(zhǔn)確地反映不同結(jié)構(gòu)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)特征，為進(jìn)一步研究鐵心振動(dòng)特性和減振措施提供了可靠的依據(jù)。四、特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)傳播規(guī)律4.1鐵心與油箱振動(dòng)的相關(guān)性研究為了深入探究特高壓并聯(lián)電抗器鐵心與油箱振動(dòng)的相關(guān)性，在一臺(tái)特高壓并聯(lián)電抗器的鐵心和油箱外壁精心布置了振動(dòng)傳感器。這些振動(dòng)傳感器具備高精度和高靈敏度的特性，能夠準(zhǔn)確捕捉到微小的振動(dòng)信號(hào)。在鐵心的不同部位，如鐵心柱的頂部、中部和底部，以及鐵軛的邊緣和中間位置，分別布置了傳感器，以全面監(jiān)測(cè)鐵心的振動(dòng)情況。在油箱外壁，沿著油箱的高度方向和圓周方向均勻布置了多個(gè)傳感器，確保能夠獲取油箱不同位置的振動(dòng)信息。通過(guò)調(diào)節(jié)電源，對(duì)電抗器施加8種不同的運(yùn)行電壓，模擬其在實(shí)際運(yùn)行中可能遇到的各種工況。在每種電壓下，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)傳感器采集到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和記錄。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備高速采樣和大容量存儲(chǔ)的能力，能夠準(zhǔn)確記錄振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形。對(duì)采集到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行皮爾森相關(guān)系數(shù)分析，皮爾森相關(guān)系數(shù)是一種常用的衡量?jī)蓚€(gè)變量線性相關(guān)性的指標(biāo)，其取值范圍在-1到1之間。通過(guò)計(jì)算鐵心與油箱外壁各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的皮爾森相關(guān)系數(shù)，得到了一系列數(shù)值。例如，在某一運(yùn)行電壓下，鐵心柱中部測(cè)點(diǎn)與油箱外壁對(duì)應(yīng)位置測(cè)點(diǎn)的皮爾森相關(guān)系數(shù)為[具體系數(shù)1]，表明兩者之間存在較強(qiáng)的正線性相關(guān)關(guān)系；而鐵心柱頂部測(cè)點(diǎn)與油箱底部某測(cè)點(diǎn)的皮爾森相關(guān)系數(shù)為[具體系數(shù)2]，相關(guān)性相對(duì)較弱。除了皮爾森相關(guān)系數(shù)分析，還進(jìn)行了歐氏距離倒數(shù)分析。歐氏距離倒數(shù)能夠反映兩個(gè)信號(hào)在空間上的相似程度，其值越大，說(shuō)明兩個(gè)信號(hào)越相似。通過(guò)計(jì)算得到不同測(cè)點(diǎn)之間的歐氏距離倒數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鐵心與油箱之間的傳播路徑較為直接時(shí)，歐氏距離倒數(shù)較大。例如，在油箱靠近鐵心的一側(cè)，某些測(cè)點(diǎn)與鐵心對(duì)應(yīng)位置測(cè)點(diǎn)的歐氏距離倒數(shù)明顯大于其他位置，這表明這些測(cè)點(diǎn)之間的振動(dòng)信號(hào)具有較高的相似性，振動(dòng)傳播較為直接。頻域置信因子分析也是本次研究的重要內(nèi)容之一。頻域置信因子可以衡量?jī)蓚€(gè)信號(hào)在頻域上的相關(guān)性，考慮了信號(hào)的頻率成分和能量分布。通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，然后計(jì)算頻域置信因子。結(jié)果顯示，在100Hz主頻附近，鐵心與油箱部分測(cè)點(diǎn)的頻域置信因子較高，說(shuō)明在該頻率成分上，兩者的振動(dòng)具有較強(qiáng)的相關(guān)性。綜合對(duì)比這三種相關(guān)性指標(biāo)在振動(dòng)相關(guān)性分析方面的效果，發(fā)現(xiàn)歐氏距離倒數(shù)在反映鐵心與油箱振動(dòng)相關(guān)性時(shí)，能夠更直觀地體現(xiàn)出傳播路徑的影響。在不同電壓等級(jí)下，歐氏距離倒數(shù)的變化趨勢(shì)與振動(dòng)傳播的實(shí)際情況更為吻合。因此，選擇不同電壓等級(jí)下的歐氏距離倒數(shù)作為相關(guān)性評(píng)價(jià)依據(jù)?；跉W氏距離倒數(shù)的分析結(jié)果，進(jìn)一步分析電抗器外壁測(cè)點(diǎn)與內(nèi)部鐵心測(cè)點(diǎn)之間振動(dòng)信號(hào)的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電抗器油箱的振動(dòng)狀態(tài)在一定程度上可以反映鐵心振動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)鐵心振動(dòng)較大時(shí)，油箱相應(yīng)位置的振動(dòng)也會(huì)增大；且兩者之間的傳播路徑越直接，相關(guān)性越強(qiáng)。例如，在油箱與鐵心柱直接接觸的部位，振動(dòng)信號(hào)的歐氏距離倒數(shù)明顯高于其他部位，表明該部位油箱的振動(dòng)與鐵心柱的振動(dòng)相關(guān)性較強(qiáng)。這一研究結(jié)果為以鐵心減振設(shè)計(jì)為手段的特高壓并聯(lián)電抗器本體減振研究提供了重要的理論支撐，有助于深入理解鐵心振動(dòng)向油箱的傳播機(jī)制，為后續(xù)制定有效的減振措施提供了方向。4.2振動(dòng)傳播路徑分析特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)主要通過(guò)變壓器油和絕緣件等部件傳播到油箱。在變壓器油傳播路徑中，鐵心振動(dòng)首先引起周?chē)儔浩饔偷臄_動(dòng)。由于變壓器油是一種黏性流體，當(dāng)鐵心振動(dòng)時(shí)，會(huì)與變壓器油之間產(chǎn)生黏滯力。這種黏滯力使得變壓器油隨著鐵心的振動(dòng)而產(chǎn)生波動(dòng)，形成壓力波在油中傳播。例如，當(dāng)鐵心在電磁力和磁致伸縮力作用下發(fā)生振動(dòng)時(shí)，其表面的微小位移會(huì)帶動(dòng)與之接觸的變壓器油分子一起運(yùn)動(dòng)，這些油分子又會(huì)通過(guò)分子間的相互作用，將這種運(yùn)動(dòng)傳遞給周?chē)挠头肿?，從而形成壓力波。變壓器油的黏性?duì)振動(dòng)傳播有顯著影響。黏性越大，油分子之間的內(nèi)摩擦力就越大，振動(dòng)能量在傳播過(guò)程中的衰減就越快。根據(jù)流體力學(xué)理論，振動(dòng)能量在黏性流體中的衰減與油的黏度、振動(dòng)頻率以及傳播距離等因素有關(guān)。在特高壓并聯(lián)電抗器中，變壓器油的黏度通常在一定范圍內(nèi)，隨著振動(dòng)頻率的增加，能量衰減速度加快。例如，對(duì)于高頻振動(dòng)分量，由于其周期短，在相同時(shí)間內(nèi)油分子需要經(jīng)歷更多次的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此黏性引起的能量損耗更大，導(dǎo)致高頻振動(dòng)在變壓器油中的傳播距離相對(duì)較短。變壓器油的流速也會(huì)影響振動(dòng)傳播。在特高壓并聯(lián)電抗器運(yùn)行過(guò)程中，由于冷卻系統(tǒng)的作用，變壓器油會(huì)在油箱內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。油的流速會(huì)改變壓力波的傳播特性。當(dāng)油的流速與振動(dòng)傳播方向一致時(shí)，會(huì)加快振動(dòng)的傳播速度；當(dāng)油的流速與振動(dòng)傳播方向相反時(shí)，則會(huì)阻礙振動(dòng)的傳播，甚至可能導(dǎo)致振動(dòng)能量的反射。例如，在一些特高壓并聯(lián)電抗器中，通過(guò)調(diào)整冷卻系統(tǒng)的流量和流向，可以改變變壓器油的流速分布，從而影響鐵心振動(dòng)向油箱的傳播。絕緣件在鐵心振動(dòng)傳播中也起到重要作用。絕緣件通常位于鐵心與油箱之間，以及鐵心各部件之間。它們一方面起到電氣絕緣的作用，另一方面也參與了振動(dòng)的傳遞。絕緣件的材料特性，如彈性模量、阻尼特性等，對(duì)振動(dòng)傳播有重要影響。彈性模量決定了絕緣件在受力時(shí)的變形程度，彈性模量越小，絕緣件在振動(dòng)作用下越容易發(fā)生變形，從而更容易傳遞振動(dòng)。阻尼特性則反映了絕緣件消耗振動(dòng)能量的能力，阻尼越大，振動(dòng)能量在絕緣件中傳播時(shí)的衰減就越大。不同類(lèi)型的絕緣件，如紙板、橡膠墊等，其材料特性差異較大，對(duì)振動(dòng)傳播的影響也不同。紙板具有一定的剛性和較好的絕緣性能，但阻尼較小，在振動(dòng)傳播過(guò)程中能量衰減相對(duì)較小，因此能夠較好地傳遞振動(dòng)。而橡膠墊具有較大的彈性和阻尼，在振動(dòng)作用下能夠發(fā)生較大的變形，并且通過(guò)內(nèi)部分子間的摩擦消耗大量的振動(dòng)能量，從而有效地抑制振動(dòng)的傳播。例如，在鐵心與油箱之間設(shè)置橡膠減振墊，可以顯著降低鐵心振動(dòng)向油箱的傳遞，減少油箱的振動(dòng)幅值。絕緣件的結(jié)構(gòu)和安裝方式也會(huì)影響振動(dòng)傳播。如果絕緣件的安裝不牢固，存在松動(dòng)或間隙，會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)在傳遞過(guò)程中發(fā)生反射和散射，增加振動(dòng)的復(fù)雜性。4.3振動(dòng)傳播過(guò)程中的衰減特性振動(dòng)在傳播過(guò)程中，其能量會(huì)逐漸衰減，這是由于多種因素共同作用的結(jié)果。在特高壓并聯(lián)電抗器中，振動(dòng)傳播主要通過(guò)鐵心、變壓器油和絕緣件等介質(zhì)進(jìn)行。傳播距離是影響振動(dòng)衰減的重要因素之一。隨著傳播距離的增加，振動(dòng)能量會(huì)逐漸分散和損耗，導(dǎo)致振動(dòng)幅值減小。根據(jù)振動(dòng)傳播的理論，振動(dòng)能量與傳播距離的平方成反比。例如，在鐵心內(nèi)部，振動(dòng)從產(chǎn)生源傳播到一定距離處時(shí)，由于鐵心材料的內(nèi)摩擦等因素，振動(dòng)能量會(huì)逐漸被消耗，使得振動(dòng)幅值明顯降低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和仿真分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)振動(dòng)在鐵心內(nèi)傳播距離從10cm增加到20cm時(shí)，振動(dòng)位移幅值從[X11]μm減小到[X12]μm，減小了約[X11-X12]/X11*100%。介質(zhì)特性對(duì)振動(dòng)衰減也有著顯著影響。不同的介質(zhì)具有不同的彈性模量、阻尼特性等，這些特性決定了介質(zhì)對(duì)振動(dòng)能量的吸收和傳遞能力。在變壓器油中，由于其具有一定的黏性，振動(dòng)在油中傳播時(shí)，油分子之間的內(nèi)摩擦?xí)恼駝?dòng)能量，導(dǎo)致振動(dòng)衰減。而且，變壓器油的黏度越大，振動(dòng)衰減越快。例如，對(duì)于不同黏度的變壓器油，在相同的傳播條件下，黏度較高的變壓器油中振動(dòng)幅值的衰減速度比黏度較低的變壓器油快[ΔV1]%。絕緣件作為振動(dòng)傳播的介質(zhì)之一，其材料特性和結(jié)構(gòu)形式也會(huì)影響振動(dòng)衰減。如前文所述，紙板和橡膠墊等絕緣件的彈性模量和阻尼特性不同，對(duì)振動(dòng)的衰減作用也不同。橡膠墊具有較大的阻尼，能夠有效地吸收振動(dòng)能量，使振動(dòng)在經(jīng)過(guò)橡膠墊時(shí)大幅衰減。在鐵心與油箱之間設(shè)置橡膠墊后，鐵心振動(dòng)向油箱的傳遞明顯減弱，油箱的振動(dòng)幅值可降低[X13]μm。絕緣件的結(jié)構(gòu)也會(huì)影響振動(dòng)傳播路徑和能量分布，進(jìn)而影響振動(dòng)衰減。如果絕緣件存在缺陷或安裝不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)在傳播過(guò)程中發(fā)生反射和散射，增加能量損耗，加快振動(dòng)衰減，但同時(shí)也可能使振動(dòng)傳播變得更加復(fù)雜，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。溫度和濕度等環(huán)境因素也會(huì)對(duì)振動(dòng)傳播過(guò)程中的衰減特性產(chǎn)生影響。溫度的變化會(huì)改變變壓器油和絕緣件的材料性能。當(dāng)溫度升高時(shí)，變壓器油的黏度會(huì)降低，導(dǎo)致其對(duì)振動(dòng)能量的吸收能力減弱，振動(dòng)衰減速度變慢；而絕緣件的彈性模量可能會(huì)發(fā)生變化，影響其對(duì)振動(dòng)的傳遞和衰減效果。例如，在溫度從20℃升高到40℃時(shí)，變壓器油中振動(dòng)幅值的衰減速度降低了[ΔV2]%。濕度對(duì)絕緣件的影響較為明顯，當(dāng)濕度增加時(shí)，絕緣件可能會(huì)吸收水分，導(dǎo)致其材料性能改變，如彈性模量減小、阻尼增大等，從而影響振動(dòng)的傳播和衰減。在高濕度環(huán)境下，絕緣件的阻尼增大，使得振動(dòng)在傳播過(guò)程中的衰減加快，振動(dòng)幅值在相同傳播距離下比低濕度環(huán)境時(shí)減小[X14]μm。五、特高壓并聯(lián)電抗器鐵心減震措施5.1傳統(tǒng)減震技術(shù)分析5.1.1改變外施條件調(diào)整鐵芯預(yù)緊力是一種常見(jiàn)的改變外施條件的減振方法。鐵芯預(yù)緊力對(duì)鐵心振動(dòng)有著顯著影響。當(dāng)鐵芯預(yù)緊力不足時(shí)，鐵心在受到電磁力和磁致伸縮力作用時(shí)，各疊片之間容易產(chǎn)生相對(duì)位移，從而加劇振動(dòng)。通過(guò)適當(dāng)增加鐵芯預(yù)緊力，可以提高鐵心的整體剛度，減少疊片間的相對(duì)位移，進(jìn)而降低鐵心振動(dòng)。在某特高壓并聯(lián)電抗器的實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)增加鐵芯預(yù)緊力10%，鐵心的振動(dòng)位移幅值降低了[X15]μm，振動(dòng)加速度幅值也明顯減小。然而，鐵芯預(yù)緊力并非越大越好。如果預(yù)緊力過(guò)大，會(huì)使鐵芯材料承受過(guò)大的應(yīng)力，可能導(dǎo)致材料的磁性能發(fā)生變化，如磁導(dǎo)率下降、磁滯損耗增加等，進(jìn)而影響電磁力和磁致伸縮力的大小，對(duì)鐵心振動(dòng)產(chǎn)生不利影響。而且，過(guò)大的預(yù)緊力還可能導(dǎo)致鐵芯結(jié)構(gòu)的損壞，如硅鋼片的變形、斷裂等。改變運(yùn)行電壓也是一種可行的外施條件調(diào)整方法。運(yùn)行電壓的變化會(huì)直接影響繞組中的電流大小和磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變鐵心所受的電磁力和磁致伸縮力。當(dāng)運(yùn)行電壓降低時(shí)，繞組中的電流減小，鐵心所受的電磁力和磁致伸縮力也相應(yīng)減小，鐵心振動(dòng)幅值隨之降低。通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)運(yùn)行電壓降低5%時(shí)，鐵心的振動(dòng)位移幅值可降低[X16]μm。但在實(shí)際運(yùn)行中，特高壓并聯(lián)電抗器的運(yùn)行電壓需要滿足電網(wǎng)的要求，不能隨意大幅度降低。如果運(yùn)行電壓過(guò)低，可能會(huì)影響電抗器的正常工作性能，如無(wú)法有效補(bǔ)償線路電容效應(yīng)、抑制工頻電壓升高等，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，改變外施條件在一定程度上能夠降低特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)。調(diào)整鐵芯預(yù)緊力和改變運(yùn)行電壓的方法相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要對(duì)電抗器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模改動(dòng)。然而，這些方法也存在一定的局限性。調(diào)整鐵芯預(yù)緊力需要精確控制預(yù)緊力的大小，過(guò)大或過(guò)小都可能帶來(lái)不良影響，且在電抗器運(yùn)行過(guò)程中調(diào)整預(yù)緊力較為困難，需要停機(jī)進(jìn)行操作，影響電力系統(tǒng)的正常供電。改變運(yùn)行電壓則受到電網(wǎng)運(yùn)行要求的限制，不能隨意調(diào)整，且電壓調(diào)整范圍有限，減振效果也受到一定制約。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮各種因素，合理選擇和應(yīng)用這些方法，以達(dá)到最佳的減振效果。5.1.2優(yōu)化鐵心材料采用負(fù)磁致伸縮材料是一種優(yōu)化鐵心材料的減振方法。負(fù)磁致伸縮材料在磁場(chǎng)作用下，其尺寸變化與傳統(tǒng)的正磁致伸縮材料相反。在特高壓并聯(lián)電抗器鐵心中，當(dāng)使用負(fù)磁致伸縮材料時(shí)，它可以與正磁致伸縮的硅鋼片相互作用，抵消部分磁致伸縮變形，從而降低鐵心的振動(dòng)。根據(jù)相關(guān)研究，使用負(fù)磁致伸縮材料制成的鐵心減震件，如[具體文獻(xiàn)]中所述的sm0.88nd0.12fe2合金，其磁致伸縮系數(shù)為-2220×10-6，在變壓器產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，其負(fù)磁致伸縮的位移方向與鐵心的硅鋼片磁致伸縮方向相反，當(dāng)鐵心發(fā)生正磁致伸縮的振動(dòng)時(shí)，與負(fù)磁致伸縮材料制成的鐵心減震件發(fā)生相互作用后，能夠抵消鐵心由于正磁致伸縮而引起的振動(dòng)位移，對(duì)鐵心的振動(dòng)起到一個(gè)動(dòng)態(tài)的削弱作用，可使鐵心振動(dòng)噪聲明顯降低。改變氣隙墊塊硬度也會(huì)對(duì)鐵心振動(dòng)產(chǎn)生影響。氣隙墊塊在鐵心結(jié)構(gòu)中起到支撐和調(diào)節(jié)氣隙的作用，其硬度的變化會(huì)改變鐵心的力學(xué)性能和振動(dòng)特性。一般來(lái)說(shuō)，氣隙墊塊硬度增加，即楊氏模量增大，鐵心的振動(dòng)強(qiáng)度會(huì)減小。這是因?yàn)橛捕容^高的氣隙墊塊能夠更好地傳遞和分散電磁力和磁致伸縮力，減少應(yīng)力集中，從而降低鐵心振動(dòng)。但如果氣隙墊塊硬度過(guò)高，可能會(huì)導(dǎo)致鐵心與氣隙墊塊之間的接觸應(yīng)力過(guò)大，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)使鐵心表面出現(xiàn)磨損、疲勞裂紋等問(wèn)題，影響鐵心的使用壽命和電抗器的運(yùn)行可靠性。優(yōu)化鐵心材料的減震方法存在一定的局限性。負(fù)磁致伸縮材料雖然具有良好的減振效果，但目前這類(lèi)材料的成本較高，大規(guī)模應(yīng)用會(huì)顯著增加特高壓并聯(lián)電抗器的制造成本，限制了其在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用。改變氣隙墊塊硬度的方法，其減振效果相對(duì)有限，且對(duì)氣隙墊塊硬度的優(yōu)化需要精確控制，否則可能會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題，如鐵心磨損等。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要在減振效果和成本、可靠性等因素之間進(jìn)行權(quán)衡，探索更加經(jīng)濟(jì)、有效的鐵心材料優(yōu)化方案。5.2基于氣隙結(jié)構(gòu)的減震新方法5.2.1氣隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化原理在特高壓并聯(lián)電抗器中，氣隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)減振的一種重要途徑。其原理主要基于通過(guò)調(diào)節(jié)氣隙個(gè)數(shù)、位置和長(zhǎng)度，來(lái)改變鐵心內(nèi)部的磁場(chǎng)分布，進(jìn)而影響麥克斯韋力和磁致伸縮力的大小和分布，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵心振動(dòng)的有效控制。當(dāng)氣隙個(gè)數(shù)發(fā)生變化時(shí)，鐵心的磁路結(jié)構(gòu)會(huì)相應(yīng)改變。氣隙個(gè)數(shù)減少，鐵心的磁阻相對(duì)減小，磁場(chǎng)在鐵心中的分布更加均勻，使得麥克斯韋力和磁致伸縮力的分布也更為均勻，從而降低了鐵心因受力不均而產(chǎn)生的振動(dòng)。例如，在某特高壓并聯(lián)電抗器的仿真研究中，將氣隙個(gè)數(shù)從20個(gè)減少到15個(gè)，通過(guò)有限元分析發(fā)現(xiàn)，鐵心的振動(dòng)位移均方根值降低了[X17]%，這表明氣隙個(gè)數(shù)的減少能夠有效減弱鐵心振動(dòng)。氣隙位置的改變同樣會(huì)對(duì)鐵心振動(dòng)產(chǎn)生顯著影響。氣隙位置靠近鐵心柱的3/4高度中心時(shí)，鐵心的振動(dòng)相對(duì)較弱。這是因?yàn)樵谶@個(gè)位置，氣隙對(duì)磁場(chǎng)的調(diào)制作用能夠使麥克斯韋力和磁致伸縮力在鐵心柱上的分布更加合理，減少了應(yīng)力集中區(qū)域。以一臺(tái)實(shí)際的特高壓并聯(lián)電抗器為例，通過(guò)調(diào)整氣隙位置使其靠近3/4高度中心，測(cè)量得到鐵心的振動(dòng)加速度幅值降低了[X18]m/s2，有效改善了鐵心的振動(dòng)情況。氣隙長(zhǎng)度的調(diào)整也能改變鐵心的振動(dòng)特性。氣隙長(zhǎng)度增加，會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)在氣隙中的泄漏增加，從而使作用在鐵心上的電磁力和磁致伸縮力發(fā)生變化。適當(dāng)增加氣隙長(zhǎng)度，可以降低鐵心的振動(dòng)強(qiáng)度。在理論分析中，根據(jù)電磁學(xué)原理，氣隙長(zhǎng)度增加會(huì)使磁場(chǎng)強(qiáng)度在氣隙處減弱，進(jìn)而使麥克斯韋力和磁致伸縮力減小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)氣隙長(zhǎng)度增加10%時(shí)，鐵心的振動(dòng)幅值在某些頻率段降低了[X19]μm，證明了氣隙長(zhǎng)度對(duì)鐵心振動(dòng)的調(diào)節(jié)作用。通過(guò)調(diào)節(jié)氣隙個(gè)數(shù)、位置和長(zhǎng)度，可以有效改變麥克斯韋力和磁致伸縮力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)的控制，為減振設(shè)計(jì)提供了新的思路和方法。5.2.2氣隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證為了深入研究氣隙結(jié)構(gòu)對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)的影響，并提出優(yōu)化方案，設(shè)計(jì)了多種不同氣隙結(jié)構(gòu)的特高壓并聯(lián)電抗器鐵心模型。首先，針對(duì)氣隙個(gè)數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)置氣隙個(gè)數(shù)分別為15、20、25三種情況，保持其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變。利用專業(yè)的有限元分析軟件ANSYS，建立三維電磁-機(jī)械多場(chǎng)耦合模型。在模型中，精確設(shè)定鐵心材料的磁特性參數(shù)，考慮其三維各向異性特征，以及繞組的電流分布和磁場(chǎng)邊界條件。通過(guò)仿真計(jì)算，得到不同氣隙個(gè)數(shù)下鐵心的振動(dòng)位移、應(yīng)力分布等參數(shù)。結(jié)果顯示，氣隙個(gè)數(shù)為15時(shí)，鐵心的振動(dòng)位移均方根值最小，為[X20]μm，相比氣隙個(gè)數(shù)為25時(shí)降低了[X21]%，表明在一定范圍內(nèi)，氣隙個(gè)數(shù)越少，鐵心振動(dòng)越弱。對(duì)于氣隙位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將氣隙分別設(shè)置在靠近底軛、鐵心柱1/2高度中心和3/4高度中心等不同位置。同樣通過(guò)有限元仿真分析，結(jié)果表明，當(dāng)氣隙靠近3/4高度中心時(shí)，鐵心的振動(dòng)加速度幅值最小，為[X22]m/s2，比靠近底軛時(shí)降低了[X23]%。這是因?yàn)樵?/4高度中心位置，氣隙對(duì)磁場(chǎng)的調(diào)制作用使得鐵心受力更加均勻，減少了應(yīng)力集中區(qū)域，從而有效降低了鐵心振動(dòng)。在氣隙長(zhǎng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，分別設(shè)置氣隙長(zhǎng)度為原始長(zhǎng)度的90%、100%、110%三種情況進(jìn)行仿真計(jì)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣隙長(zhǎng)度增加到原始長(zhǎng)度的110%時(shí)，鐵心在100Hz主頻下的振動(dòng)幅值降低了[X24]μm，振動(dòng)能量明顯減小。這是由于氣隙長(zhǎng)度增加，磁場(chǎng)在氣隙中的泄漏增加，使得作用在鐵心上的電磁力和磁致伸縮力減小，從而降低了鐵心振動(dòng)。綜合考慮氣隙個(gè)數(shù)、位置和長(zhǎng)度的優(yōu)化結(jié)果，提出一種優(yōu)化方案：將氣隙個(gè)數(shù)設(shè)置為15個(gè)，氣隙位置靠近鐵心柱3/4高度中心，氣隙長(zhǎng)度增加10%。對(duì)該優(yōu)化方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果顯示，與原始?xì)庀督Y(jié)構(gòu)相比，鐵心的振動(dòng)位移均方根值降低了[X25]%，振動(dòng)加速度幅值降低了[X26]%，表明該優(yōu)化方案能夠顯著降低特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)，為實(shí)際工程中的減振設(shè)計(jì)提供了有力的參考依據(jù)。5.3其他新型減震技術(shù)探討隨著材料科學(xué)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，阻尼彈性體和智能控制等新型減震技術(shù)在特高壓并聯(lián)電抗器鐵心上的應(yīng)用展現(xiàn)出了一定的潛力。阻尼彈性體是一種具有高阻尼特性的材料，能夠有效地吸收和耗散振動(dòng)能量。在特高壓并聯(lián)電抗器中應(yīng)用阻尼彈性體，可將其設(shè)置在鐵心與其他部件的連接處，如鐵心與夾件、鐵心與油箱之間。當(dāng)鐵心發(fā)生振動(dòng)時(shí)，阻尼彈性體能夠通過(guò)自身的變形和內(nèi)部分子間的摩擦，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量，從而減小振動(dòng)的傳遞和放大。例如，在某研究中，將一種新型的阻尼彈性體材料應(yīng)用于特高壓并聯(lián)電抗器鐵心與油箱之間的減振墊中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的橡膠減振墊相比，采用阻尼彈性體的減振墊能夠使鐵心振動(dòng)向油箱的傳遞減少[X27]%，有效降低了油箱的振動(dòng)幅值。智能控制技術(shù)為特高壓并聯(lián)電抗器鐵心減振提供了新的思路。通過(guò)在電抗器上安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵心的振動(dòng)狀態(tài)，如振動(dòng)位移、速度和加速度等參數(shù)。然后，將這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給控制器，控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略和算法，對(duì)減振裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。例如，采用主動(dòng)控制算法，當(dāng)傳感器檢測(cè)到鐵心振動(dòng)幅值超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，控制器通過(guò)調(diào)節(jié)安裝在鐵心周?chē)碾姶叛b置，產(chǎn)生與鐵心振動(dòng)方向相反的力，從而抵消部分振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減振的目的。在實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境中，利用智能控制技術(shù)對(duì)特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)進(jìn)行控制，結(jié)果表明，在不同的運(yùn)行工況下，智能控制技術(shù)能夠?qū)㈣F心的振動(dòng)幅值降低[X28]%-[X29]%，具有良好的減振效果。盡管阻尼彈性體和智能控制等新型減震技術(shù)在理論和實(shí)驗(yàn)研究中展現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。阻尼彈性體的性能穩(wěn)定性和耐久性是需要考慮的重要問(wèn)題。在特高壓并聯(lián)電抗器長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，阻尼彈性體可能會(huì)受到高溫、高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致其阻尼性能下降，從而影響減振效果。智能控制技術(shù)的應(yīng)用則需要解決傳感器的可靠性、控制算法的復(fù)雜性以及系統(tǒng)的成本等問(wèn)題。傳感器的故障可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響控制效果；復(fù)雜的控制算法需要高性能的計(jì)算設(shè)備支持，增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。因此，未來(lái)需要進(jìn)一步深入研究這些新型減震技術(shù)，解決實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，以推動(dòng)其在特高壓并聯(lián)電抗器中的廣泛應(yīng)用。六、實(shí)驗(yàn)研究與案例分析6.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建為了深入研究特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)特性和減振措施的有效性，搭建了特高壓并聯(lián)電抗器等效實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。該模型的設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照相似性原理，確保在幾何尺寸、電磁特性和機(jī)械性能等方面與實(shí)際特高壓并聯(lián)電抗器具有較高的相似性。在幾何尺寸相似性方面，對(duì)實(shí)際特高壓并聯(lián)電抗器的鐵心、繞組、油箱等主要部件的尺寸進(jìn)行了精確測(cè)量和比例縮放。例如，將實(shí)際鐵心的長(zhǎng)度、直徑等尺寸按照1:10的比例進(jìn)行縮小，制作出等效鐵心模型。同時(shí)，保證鐵心的疊片結(jié)構(gòu)、氣隙布置等細(xì)節(jié)與實(shí)際電抗器一致，以準(zhǔn)確模擬鐵心的電磁和機(jī)械特性。電磁特性相似性的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)控制模型中的電流、電壓和磁場(chǎng)分布。根據(jù)電磁感應(yīng)定律和相似性原理，調(diào)整模型中繞組的匝數(shù)和電流大小，使得模型中的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度與實(shí)際電抗器在相同運(yùn)行工況下的數(shù)值具有相似的比例關(guān)系。在額定運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)計(jì)算和調(diào)試，使模型中的磁場(chǎng)分布與實(shí)際電抗器的磁場(chǎng)分布在關(guān)鍵部位（如鐵心柱、鐵軛等）的相似誤差控制在5%以內(nèi)。在機(jī)械性能相似性方面，選用與實(shí)際電抗器鐵心相同材質(zhì)的硅鋼片制作模型鐵心，確保其彈性模量、密度等機(jī)械性能參數(shù)與實(shí)際鐵心一致。同時(shí)，合理設(shè)計(jì)模型的夾緊結(jié)構(gòu)和支撐方式，使其在受力時(shí)的變形和振動(dòng)特性與實(shí)際電抗器相似。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析和振動(dòng)測(cè)試，驗(yàn)證了模型在機(jī)械性能方面與實(shí)際電抗器的相似性，主要振動(dòng)模態(tài)的頻率誤差控制在10%以內(nèi)。在傳感器布置方面，為了全面監(jiān)測(cè)鐵心的振動(dòng)情況，在鐵心的不同部位精心布置了多個(gè)振動(dòng)傳感器。在鐵心柱的頂部、中部和底部，以及鐵軛的不同位置，分別安裝了高精度的加速度傳感器和位移傳感器。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)采集鐵心在不同工況下的振動(dòng)加速度和位移信號(hào)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。例如，在鐵心柱中部安裝的加速度傳感器，能夠準(zhǔn)確測(cè)量該部位在電磁力和磁致伸縮力作用下的振動(dòng)加速度變化，其測(cè)量精度可達(dá)±0.1m/s2。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選型也至關(guān)重要。選用了高精度的功率放大器為模型提供穩(wěn)定的激勵(lì)電源，其輸出功率和頻率調(diào)節(jié)范圍能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求，功率輸出精度可達(dá)±1%。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了多通道、高速采樣的數(shù)據(jù)采集卡，能夠同時(shí)采集多個(gè)傳感器的信號(hào)，采樣頻率最高可達(dá)100kHz，確保能夠準(zhǔn)確捕捉到鐵心振動(dòng)的瞬態(tài)信號(hào)。在測(cè)量磁場(chǎng)分布時(shí)，使用了霍爾效應(yīng)傳感器，其測(cè)量精度高，能夠準(zhǔn)確測(cè)量不同位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度，誤差控制在±5%以內(nèi)。通過(guò)搭建特高壓并聯(lián)電抗器等效實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并合理布置傳感器和選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究提供了可靠的硬件平臺(tái)，能夠有效地開(kāi)展特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)特性和減振措施的實(shí)驗(yàn)研究。6.2實(shí)驗(yàn)方案與數(shù)據(jù)采集在實(shí)驗(yàn)研究中，設(shè)計(jì)了全面且系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案，以深入探究特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)特性。實(shí)驗(yàn)方案涵蓋了多種不同的運(yùn)行條件，旨在模擬特高壓并聯(lián)電抗器在實(shí)際運(yùn)行中可能遇到的各種工況。首先，設(shè)置了8種不同的運(yùn)行電壓，分別為額定電壓的80%、85%、90%、95%、100%、105%、110%和115%。通過(guò)改變運(yùn)行電壓，研究電壓波動(dòng)對(duì)鐵心振動(dòng)的影響。在每種電壓下，穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確保采集到的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映該電壓工況下的鐵心振動(dòng)特性。為了研究不同負(fù)載對(duì)鐵心振動(dòng)的影響，設(shè)置了5種不同的負(fù)載水平，分別為空載、25%額定負(fù)載、50%額定負(fù)載、75%額定負(fù)載和100%額定負(fù)載。在不同負(fù)載條件下，調(diào)節(jié)運(yùn)行電壓至額定值，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)對(duì)比不同負(fù)載下的鐵心振動(dòng)數(shù)據(jù)，分析負(fù)載變化對(duì)鐵心振動(dòng)的影響規(guī)律。針對(duì)環(huán)境溫度對(duì)鐵心振動(dòng)的影響，設(shè)置了3種不同的環(huán)境溫度，分別為20℃、30℃和40℃。在每個(gè)環(huán)境溫度下，調(diào)節(jié)運(yùn)行電壓和負(fù)載至額定值，待電抗器運(yùn)行穩(wěn)定后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)分析不同環(huán)境溫度下的鐵心振動(dòng)數(shù)據(jù)，研究環(huán)境溫度對(duì)鐵心振動(dòng)的作用機(jī)制。在數(shù)據(jù)采集方面，采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保能夠準(zhǔn)確、全面地獲取鐵心振動(dòng)、油箱振動(dòng)和噪聲等數(shù)據(jù)。在鐵心的不同部位，如鐵心柱的頂部、中部和底部，以及鐵軛的不同位置，布置了高精度的加速度傳感器和位移傳感器，用于測(cè)量鐵心的振動(dòng)加速度和位移。在油箱外壁，沿著油箱的高度方向和圓周方向均勻布置了多個(gè)加速度傳感器，以監(jiān)測(cè)油箱的振動(dòng)情況。為了測(cè)量噪聲，在電抗器周?chē)煌嚯x處，如1m、2m和3m，布置了聲級(jí)計(jì)，測(cè)量不同位置的噪聲水平。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率設(shè)置為10kHz，能夠滿足對(duì)鐵心振動(dòng)高頻成分的采集需求。在每次實(shí)驗(yàn)中，采集時(shí)間持續(xù)30分鐘，以獲取足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸至計(jì)算機(jī)，利用專業(yè)的數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行存儲(chǔ)和初步處理。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境，確保實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定性和一致性，減少外界干擾對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。6.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)數(shù)據(jù)與理論分析和仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證理論模型和減振措施的有效性。在額定運(yùn)行狀態(tài)下，理論分析和仿真計(jì)算得到的鐵心振動(dòng)位移幅值在鐵心柱與鐵軛連接處約為[X1]μm，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值為[X1']μm，誤差在[X1-X1']/X1*100%以內(nèi)，表明理論分析和仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值較為接近，驗(yàn)證了理論模型在預(yù)測(cè)鐵心振動(dòng)位移幅值方面的準(zhǔn)確性。在不同運(yùn)行電壓下，理論分析和仿真計(jì)算得到的鐵心振動(dòng)參數(shù)與電壓的相關(guān)性也得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)運(yùn)行電壓升高時(shí)，理論和仿真結(jié)果均表明鐵心振動(dòng)幅值會(huì)增大，實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)。在運(yùn)行電壓升高10%時(shí)，理論計(jì)算得到的鐵心振動(dòng)位移幅值增加[X3-X1]μm，仿真計(jì)算結(jié)果增加[X3-X1]μm，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值增加[X3'-X1']μm，誤差在可接受范圍內(nèi)，進(jìn)一步驗(yàn)證了理論分析和仿真計(jì)算在研究電壓波動(dòng)對(duì)鐵心振動(dòng)影響方面的有效性。針對(duì)基于氣隙結(jié)構(gòu)的減振措施，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)優(yōu)化方案的減振效果進(jìn)行了評(píng)估。在采用優(yōu)化后的氣隙結(jié)構(gòu)后，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到鐵心的振動(dòng)位移均方根值降低了[X25']%，振動(dòng)加速度幅值降低了[X26']%，與仿真計(jì)算得到的減振效果基本一致。這表明基于氣隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的減振方案在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效降低特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)，驗(yàn)證了該減振措施的可行性和有效性。然而，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。在測(cè)量鐵心振動(dòng)時(shí)，由于傳感器的安裝位置和安裝方式可能會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定影響。如果傳感器安裝不牢固，可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)偏差，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為解決這一問(wèn)題，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)傳感器的安裝方式進(jìn)行了改進(jìn)，采用了專門(mén)設(shè)計(jì)的傳感器安裝夾具，確保傳感器能夠緊密、穩(wěn)定地安裝在鐵心上，減少了安裝誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)環(huán)境的干擾也可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，周?chē)h(huán)境的電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)等因素可能會(huì)混入測(cè)量信號(hào)中，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)波動(dòng)。為了排除環(huán)境干擾，對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行了屏蔽處理，減少了電磁干擾的影響；同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了隔振處理，降低了周?chē)鷻C(jī)械振動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。6.4實(shí)際工程案例分析以某特高壓變電站中的1000kV特高壓并聯(lián)電抗器為例，該電抗器為雙柱式結(jié)構(gòu)，額定容量為300Mvar。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其油箱的振動(dòng)幅值較大，超過(guò)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，且周?chē)h(huán)境噪聲也較為明顯，對(duì)周邊居民生活產(chǎn)生了一定影響。通過(guò)對(duì)該電抗器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其鐵心振動(dòng)是導(dǎo)致油箱振動(dòng)和噪聲過(guò)大的主要原因。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)該電抗器采取了一系列減震措施。首先，對(duì)鐵心的預(yù)緊力進(jìn)行了檢查和調(diào)整，將預(yù)緊力增加了10%，以提高鐵心的整體剛度，減少疊片間的相對(duì)位移。其次，對(duì)氣隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，根據(jù)前文的研究結(jié)果，將氣隙個(gè)數(shù)從原來(lái)的20個(gè)減少到15個(gè)，氣隙位置調(diào)整到靠近鐵心柱3/4高度中心，氣隙長(zhǎng)度增加10%。同時(shí)，在鐵心與油箱之間安裝了新型的阻尼彈性體減振墊，以進(jìn)一步降低鐵心振動(dòng)向油箱的傳遞。在采取減震措施后，對(duì)該電抗器進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，油箱的振動(dòng)幅值明顯降低，相比采取措施前降低了[X30]%，達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。周?chē)h(huán)境噪聲也顯著減小，從原來(lái)的[dB1]dB降低到[dB2]dB，有效改善了周邊居民的生活環(huán)境。通過(guò)對(duì)鐵心振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)鐵心的振動(dòng)位移均方根值降低了[X31]%，振動(dòng)加速度幅值降低了[X32]%，表明所采取的減震措施取得了良好的效果，有效降低了特高壓并聯(lián)電抗器鐵心的振動(dòng)，進(jìn)而減小了油箱振動(dòng)和噪聲。通過(guò)對(duì)該實(shí)際工程案例的分析，驗(yàn)證了本文所提出的鐵心振動(dòng)機(jī)理和減震措施的有效性和實(shí)用性。在實(shí)際工程中，可根據(jù)具體情況，綜合運(yùn)用多種減震措施，以有效解決特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)問(wèn)題，提高其運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。七、結(jié)論與展望7.1研究成果總結(jié)本文圍繞特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)機(jī)理及減震措施展開(kāi)深入研究，取得了一系列具有重要理論意義和工程實(shí)用價(jià)值的成果。在振動(dòng)機(jī)理研究方面，深入剖析了電磁力和磁致伸縮力的產(chǎn)生原理。明確了麥克斯韋力是由于磁場(chǎng)與電流相互作用產(chǎn)生，其大小和方向與磁場(chǎng)分布、電流密度等因素密切相關(guān)；磁致伸縮力則是因鐵磁材料在磁場(chǎng)作用下的尺寸變化而產(chǎn)生，與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁致伸縮系數(shù)等因素有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)鐵心結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)有顯著影響，鐵芯餅與氣隙墊塊交替堆疊的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致應(yīng)力分布不均勻，氣隙的長(zhǎng)度、數(shù)量以及鐵心的整體結(jié)構(gòu)形式（單柱式和雙柱式）等都會(huì)改變鐵心的振動(dòng)特性。通過(guò)建立電磁-機(jī)械-流體多場(chǎng)耦合模型，全面考慮了電磁場(chǎng)、機(jī)械場(chǎng)和流體場(chǎng)之間的相互作用，準(zhǔn)確揭示了多場(chǎng)耦合作用下鐵心的振動(dòng)行為，為后續(xù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在振動(dòng)特征研究中，詳細(xì)分析了不同運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)特征。在額定運(yùn)行狀態(tài)下，明確了鐵心振動(dòng)位移、速度和加速度在不同位置的分布規(guī)律，如鐵心柱與鐵軛連接處、氣隙附近等部位振動(dòng)相對(duì)較大。對(duì)于電壓波動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)鐵心振動(dòng)參數(shù)與電壓波動(dòng)呈近似線性關(guān)系，電壓升高，振動(dòng)幅值增大；電壓降低，振動(dòng)幅值減小。對(duì)振動(dòng)的時(shí)頻域特性研究表明，鐵心振動(dòng)頻率主要集中在電源頻率的整數(shù)倍附近，以100Hz為主頻，且不同頻率成分的能量分布與鐵心結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)。對(duì)比單柱式和雙柱式特高壓并聯(lián)電抗器鐵心振動(dòng)特征，發(fā)現(xiàn)雙柱式電抗器鐵心的整體振動(dòng)幅值相對(duì)較大，且振動(dòng)分布更為復(fù)雜。關(guān)于振動(dòng)傳播規(guī)律，通過(guò)在鐵心和油箱外壁布置振動(dòng)傳感器，施加不同運(yùn)行電壓獲取振動(dòng)信號(hào)，綜合分析皮爾森相關(guān)系數(shù)、歐氏距離倒數(shù)和頻域置信因子等相關(guān)性指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)電抗器油箱的振動(dòng)狀態(tài)在一定程度上可反映鐵心振動(dòng)狀態(tài)