CN107946030A - 一种隔振配电变压器 - Google Patents

Abstract

本发明属于配电变压设备，尤其涉及一种隔振配电变压器。在现有在变压器上设置隔振结构，对变压器以及减震结构的质量比、隔振装置的刚度、阻尼比进行优化改进，使该结构获得最佳的隔振降噪效果，在针对10kV级别的常用变压器进行试验过程中，在变压器整体质量分别为1*10³kg、1.5*10³kg和2*10³kg的情况下对100Hz频率下的隔振效果分别为65dB、58dB和58dB，对200Hz频率下的隔振效果分别为73dB、62dB、62dB，对变压器主要的振动传递频率隔振降噪效果明显。

Description

一种隔振配电变压器

技术领域

本发明属于配电变压设备，尤其涉及一种隔振配电变压器。

背景技术

作为电网配电的基础设备，变压器将电网高压电稳定安全的转换为日常或者工业用电，是日常生活用电、工业生产用电所必须的配套设施，变压器通常置于配电房或者变电站、电网关节等位置，由于电网的交变电压不断作用于变压器内的铁芯、硅钢片并产生磁致伸缩，变压器本身会产生强烈的振动和噪声，在远离居民区的户外、或者在强烈的背景噪音下上不会很明显，但在居民区附近，例如各配电房、配电柜附近，会持续产生强烈的中低频噪音，一方面中低频噪音将会对社区居民造成生理和心理的不利影响，一方面使配电房、配电柜的工作环境更加恶劣。由于噪音可以通过固体、空气传播，引起通过采取声屏障、吸声材料以及合理规划布局能够在一定程度上缓解变压器带来的噪音污染，但在一些对环境噪音要求苛刻下、或变压器配置集中的环境中、火灾高压/大型变压器附近，上述降噪减噪措施尚不能完全的消除噪音污染。

发明内容

本发明创造的目的在于，设计一种隔振配电变压器并提供其设计方法，通过该方法可获得能够实现良好隔振降噪的变压器。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。

一种隔振配电变压器，包括变压器本体还包括位于变压器本体下方的上层隔振装置，上层隔振装置下端连接有质量块，质量块下方连接有下层隔振装置，下层隔振装置固定于基础；

所述上层隔振装置和下层隔振装置的阻尼比ξ≥0.05；所述变压器本体质量m₁，质量块的重量为m₂，且其中μ为质量比，且μ∈[5，10]；下层隔振装置与上层隔振装置的刚度之比k₁为变压器与质量块隔振装置之间的刚度、k₂为质量块与下层隔振装置之间的刚度。

还包括质量块固定板，所述质量块均匀布置于质量块固定板上，质量块固定板上下端分别连接至上层隔振装置和下层隔振装置。

所述质量块由层状金属板以及夹在金属板之间的橡胶填充层组成。

一种变压器的隔振结构的设计方法，包括以下步骤，步骤一，明确变压器的基本参数包括变压器的重量、安装尺寸以及主要的振动频率；步骤二，根据变压器底座的安装尺寸以及其使用空间的高度限制，给出质量块的尺寸范围，并且综合考虑变压器的工作环境确定质量块选用的材料，进而确定其质量大小，得到确定被隔振变压器本体(包括变压器及其附属装置)与质量块的质量比的取值范围；步骤三，依据变压器和质量块的质量，即通过荷载范围选取满足载荷条件的上层和下层隔振装置，并通过相应的产品说明确定其刚度及阻尼比，进而确定下层和上层的刚度比；步骤四，以双层隔振***的力传递率曲线为基础，对隔振效果进行初步预测，将隔振效果与预设阀值进行比较，若满足，则进行下一步骤；若不满足则返回步骤二重新进行参数的选取；步骤五，依照步骤四中所选定的最优方案，进行装置的装配，将变压器安装于双层隔振装置之上并进行现场实测，调节质量块的质量来进一步改善隔振效果。

进一步地，所述步骤一中的主要的振动频率取值为100Hz或者200Hz。由于我国的电源频率是50Hz，因此铁芯的振动频率(即变压器主要振动噪音源)是以100Hz为基频的，且主要为100Hz和200Hz，其他更高次的高次谐波可以忽略以简化数据处理过程。

进一步地，所述步骤二中的变压器本体与质量块的质量比的范围为5～10。

其有益效果在于：

在现有在变压器上设置隔振结构，对变压器以及减振结构的质量比、隔振装置的刚度、阻尼比进行优化改进，使该结构获得最佳的隔振降噪效果，在针对10kV级别的常用变压器进行试验过程中，在变压器整体质量分别为1*10³kg、1.5*10³kg和2*10³kg的情况下对100Hz频率下的隔振效果分别为65dB、58dB和58dB，对200Hz频率下的隔振效果分别为73dB、62dB、62dB，对变压器主要的振动传递频率隔振降噪效果明显。

附图说明

图1是本发明的隔振变压器的结构原理图；

图2是本发明的隔振***的原理图；

图3是本发明中隔振***中质量比对力传递率的影响图；

图4是本发明中隔振***中刚度比对力传递率的影响图；

图5是本发明中隔振***中阻尼比对力传递率的影响图。

其附图标记包括：

变压器1，上层隔振装置2，质量块3，质量块固定板4，下层隔振装置5，橡胶填充层6。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

由于实际使用中，大多数场合下均使用的是干式变压器，干式变压器的噪声源主要是自身的振动，因此本发明的针对变压器1的隔振方案的主要方法是降低变压器自身振动，降低振动源强度，从而减少经过变压器及房屋结构传递的振动，达到隔振降噪的目的。

如图1所示，由于变压器1本身的柱体结构呈现基本对称布置，因此在本发明的设计思路中将变压器等效为一个均质的立方体结构进行分析。同时为便于简化设计，提高效果，本发明中的质量块3也是均匀设于变压器下方，因此本发明的隔振变压器的振动***可以简化为一个双自由度的平面模型，如图2中所示，由图2中得到，本发明的歌真***的振动方程可表示为：

m₁、m₂分别为变压器以及质量块3的质量，c₁、c₂分别为变压器与质量块3以及质量块3与隔振装置之间的阻尼系数，k₁、k₂分别为变压器与质量块3之间以及质量块3与隔振装置的刚度；x₁、x₂分别是是指变压器和质量块3的竖直向绝对位移；F(t)是作用在变压器上的绕动力，具体而言是指变压器内线圈等结构伸缩产生的扰动，其伸缩频率与电网频率ω相应，可表示为F(t)＝F₀sin(ω·t+θ)，引入频响函数其中 F_T(t)是指传递到地面的力，且H₁(ω)、H₂(ω)、H_T(ω)分别是指扰动力F(t)和x₁、x₂、F_T(t)之间的频响函数，经过拉氏变换可以得到H₁(ω)和H₂(ω)的表达式

即其中|Q|＝m₁m₂ω⁴-(m₁k₁+m₂k₁+m₁k₂+c₁c₂)ω²+k₁k₂-iω³(m₁c₁+m₁c₂+m₂c₁)+iω(k₁c₂+c₁k₂)

引入变压器与质量块3的质量比下层隔振装置5与上层隔振装置2的刚度比扰动力频率与上部子***固有频率的频率比其中上层与下层隔振装置5的阻尼系数

将式②进行转化的到新的频响函数表达式为：

其中

因此图2的双层隔振***的力传递率分析上式，可知在ξ_i<<1和λ>>1时，即在小阻尼和高频扰动条件下，力传递率以扰动频率的四次方衰减。同时控制隔振降噪效果，即力传递率的主要影响因素为α、μ、ξ_i(i＝1,2)。

分别另其中两项因素保持不变，对另一项因素进行改变，得到图2中双层隔振***的力传递率曲线如图3、图4、图5所示，由图中可知，当保持α和ξ_i(i＝1,2)不变时，对于同样的λ取值，力传递率随着μ的减小而降低；同时，随着μ的减小，两个共振峰的位置均向前移动，即对应的取值变小，且两个共振峰之间的距离也会随之变近。当保持μ和ξ_i(i＝1,2)不变时，对于同样的λ取值，力传递率随着α的减小而降低；但如果当保持k₂不变时，减小α会使k₁变大，进而使ω₁变大，导致同一ω对应的λ值变小，反而会有可能增加力传递率。所以在减小α取值时，应选择适当降低下层刚度k₂或增加上层刚度k₁。当保持μ和α不变时，传递率曲线在高频段(λ＞5)，随着ξ_i(i＝1,2)的增大，传递率曲线的衰减变缓，但是共振峰值却随着ξ_i(i＝1,2)的增大而得到了有效降低；而且ξ_i(i＝1,2)的变化仅影响共振峰值的大小，并不影响共振峰的位置。

同时，由于我国电网基频为50Hz，各类变压器的主要频率集中于100Hz和200Hz，该频率是振动和噪音源的频率，因此为保证最佳的隔振效果，隔振装置应当保证对100Hz和200Hz的隔振效果。

由上文可知，作为隔振装置的重要部件的质量块3对隔振***的影响主要通过其质量以及其与变压器的质量比来体现，同时还受到安装空间即其自身体积的限制，在绝大多数情况下，用于变压器的隔振装置其总高度不宜超过30cm，以防止过高的隔振装置影响变压器的安装固定，因此应当尽量选择密度较大的金属材料来制作质量块3，同时在选用隔振装置(包括隔振器等各类型弹性隔振装置)的时候，基于隔振装置的最高荷载，为保证能够达到隔振效果同时保证隔振装置的有效性，质量块3的总质量取变压器总质量的 10％～20％。

同时，图2中的双层隔振***的固有频率为提高隔振***的隔振降噪效果，一方面可以使μ和α的取值尽量小，另一当面还应当使固有频率ω₀的取值尽量小，对α求导，并令(ω₀)′＝0得到，此即使***固有频率取值最小的最佳刚度比，但在实际应用中，同一类型的隔振装置其载荷与刚度不一定呈严格的线性关系，存在一定波动，因此在最佳刚度α₀的基础之上，在其取值范围±20的范围内进行选取符合实际使用要求，即同时隔振装置的阻尼比会对振动变形发生时，隔振装置的变形量造成影响，隔振装置的阻尼比过小，则隔振装置变形量越大，变压器振动时竖直向位移越大，虽然能够更好的实现隔振功能，但容易使变压器在运动中产生破坏，必须保证足够的阻尼比强度才能保证变压器能够稳定且安全的工作，因此隔振装置的阻尼比取值应当满足ξ≥0.05以保证其强度和隔振效果的同时要求。

如图1所示，本发明的隔振配电变压器其具体结构包括变压器、位于变压器下方的上层隔振装置2，上层隔振装置2下方连接有质量块固定板4，质量块固定板4上均匀布置有质量块3，质量块3下方设有下层隔振装置5，上文中所称质量块3应当包含具体实施例过程中的质量块3以及其固定板等结构，本实施例中质量块3为钢材制作，由于钢材本身阻尼系数个很小，不利于高频振动的隔离，所述质量块3由层状金属板以及夹在金属板之间的构造橡胶填充层组成。同时，本说明书中提到的隔振装置的系数均是将每层隔振装置看作整体进行

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种隔振配电变压器，包括变压器本体，其特征在于，还包括位于变压器本体下方的上层隔振装置，上层隔振装置下端连接有质量块，质量块下方连接有下层隔振装置，下层隔振装置固定于基础；

所述下层隔振装置和下层隔振装置的阻尼比ξ≥0.05；所述变压器本体质量m₁，质量块的重量为m₂，且其中μ为质量比，且μ∈[5，10]；下层隔振装置与上层隔振装置的刚度之比k₁为变压器与质量块之间隔振装置的刚度、k₂为质量块与下层隔振装置的刚度。

2.根据权利要求1所述一种隔振配电变压器，其特征在于，还包括质量块固定板，所述质量块均匀布置于质量块固定板上，质量块固定板上下端分别连接至上层隔振装置和下层隔振装置。

3.根据权利要求1所述一种隔振配电变压器，其特征在于，所述质量块由层状金属板以及夹在金属板之间的橡胶填充层组成。

4.一种变压器的隔振结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤一，明确变压器的基本参数包括变压器的重量、安装尺寸以及主要的振动频率；

步骤二，根据变压器的安装尺寸以及其使用空间的高度限制，给出质量块的尺寸范围，并且综合考虑变压器的工作环境确定质量块选用的材料，进而确定其质量大小，得到确定被隔振的变压器本体(包括变压器及其附属装置)与质量块的质量比的取值范围；

步骤三，依据变压器和质量块的质量，即通过荷载范围选取满足载荷条件的上层和下层隔振装置，并通过相应的产品说明确定其刚度及阻尼比，进而确定下层和上层的刚度比；

步骤四，以双层隔振***的力传递率曲线为基础，对隔振效果进行初步预测，将隔振效果与预设阀值进行比较，若满足，则进行下一步骤；若不满足则返回步骤二重新进行参数的选取；

步骤五，依照步骤四中所选定的最优方案，进行装置的装配，将变压器安装于双层隔振装置之上并进行现场实测，调节质量块的质量来进一步改善隔振效果。

5.根据权利要求4所述一种变压器的隔振结构的设计方法，其特征在于，所述步骤一中的主要的振动频率取值为100Hz或者200Hz。

6.根据权利要求4所述一种变压器的隔振结构的设计方法，其特征在于，所述步骤二中的变压器本体与质量块的质量比的范围为5～10。