控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法及隔振系统与流程

1.本发明涉及变电站技术领域，具体而言，涉及一种控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法及隔振系统。


背景技术：

2.近年来，电抗器布置于楼盖结构上的工程应用逐渐增多，电抗器运行时引起的楼盖结构振动响应显著，测试表明，部分电抗器室结构振动加速度峰值达2.6m/s2。剧烈振动是结构安全及设备运行的隐患，需在设计阶段重视设备振动控制问题。工程设计中常采用两类方法降低振动响应，一类是设置大质量刚性基础，另一类是采用设备减振方法。目前的设计方法具有以下缺陷：
3.刚性基础影响工艺布置且投资大。通过提高支撑结构刚度、增加支撑结构参振质量，达到降低振动响应的目标，此类措施振动控制效果有限，且需要设置的支撑结构尺寸显著增大，对工艺布置产生影响，且土建工程投资显著增加；
4.常规隔振难以控制设备振动位移。目前有在设备下方采用隔振垫进行减振的方法，如在电抗器油箱定位销处安装橡胶隔振器、阻尼隔振支座等，并通过理论推导和仿真计算验证其减振效果，但仅采用隔振垫的方式进行减振，反而会增加隔振垫上部设备的振动响应，解决结构振动问题时反而加剧了设备自身振动问题；
5.工程耐久性低且维修困难。隔振垫承载达数十吨，且长期处于高温、油浸环境，在此服役条件下隔振垫因机械性能、耐老化性能的不足，难以长期保持良好的隔振性能。当隔振性能降低需要维修时，需在设备处施工，影响电站运行功能。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法及隔振系统，以解决现有技术中的隔振系统控制电抗器振动影响的效果不佳的问题。
7.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法，隔振系统包括电抗器、电抗器支撑结构、多个隔振器和隔振器支撑结构，电抗器设置在电抗器支撑结构上方且与电抗器支撑结构连接，隔振器支撑结构设置在电抗器支撑结构的下方，多个隔振器均设置在电抗器支撑结构和隔振器支撑结构之间，控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法包括：设计电抗器支撑结构；根据电抗器支撑结构的设计结果设计隔振器的布置方式；设计隔振器支撑结构；根据隔振系统的预设隔振效率和预设自振频率设计各个隔振器的参数；其中，隔振器的参数包括隔振器的刚度和阻尼；利用有限元分析在电抗器振动荷载作用下进行振动响应计算，以获得隔振器支撑结构的振动响应和电抗器支撑结构的振动响应；判断隔振器支撑结构的振动响应是否小于第一预设阈值，当隔振器支撑结构的振动响应大于或等于第一预设阈值时，降低隔振系统的预设自振频率，并重新执行步骤根据隔振系统的预设隔振效率和预设自振率设计各个隔振器的参数；当隔振器支撑结构的振动响应小于第一预设阈值时，判断电抗器支撑结构的振动响应
是否小于第二预设阈值，当电抗器支撑结构的振动响应大于或等于第二预设阈值时，增加电抗器支撑结构的质量，并重新执行步骤设计电抗器支撑结构；当电抗器支撑结构的振动响应小于第二预设阈值时，完成隔振系统的设计。
8.进一步地，在根据隔振系统的预设隔振效率和预设自振频率设计各个隔振器的参数之后，控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法还包括：计算隔振系统中的各个隔振器的变形，当多个隔振器的变形一致时，则执行步骤利用有限元分析在电抗器振动荷载作用下进行振动响应计算；当多个隔振器的变形不一致时，重新设计各个隔振器的参数。
9.进一步地，预设自振频率小于或等于5hz；预设隔振效率大于或等于80％。
10.进一步地，设计电抗器支撑结构的方法包括：根据电抗器的尺寸、质量、荷载分布、以及用于容纳电抗器的电抗器室的工艺要求设计电抗器支撑结构的结构形式、结构刚度和结构质量；其中，电抗器支撑结构为楼板，电抗器支撑结构的结构形式包括主次梁和井字梁中的一种。
11.进一步地，隔振系统用于设置在容纳室内；设计电抗器支撑结构的方法包括：设计电抗器支撑结构与容纳室的内壁相间隔设置。
12.进一步地，根据电抗器支撑结构的设计结果设计隔振器的布置方式的方法包括：根据电抗器支撑结构的设计结果设计隔振器的布置位置、隔振器的数量和隔振器的尺寸；其中，隔振器布置在电抗器支撑结构的梁端的下方或梁与梁节点的下方。
13.进一步地，在根据电抗器支撑结构的设计结果设计隔振器的布置方式之后，控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法还包括：计算各个隔振器布置位置处的荷载；设计隔振器支撑结构的方法包括：根据计算出的各个隔振器布置位置处的荷载设计隔振器支撑结构。
14.进一步地，隔振器支撑结构包括支撑板，支撑板用于支撑隔振器；隔振器支撑结构还包括支撑梁和/或支撑立柱，支撑梁和/或支撑立柱用于支撑支撑板；设计隔振器支撑结构的方法包括：设计隔振器支撑结构的梁、柱结构形式、结构布置和结构刚度；其中，隔振器支撑结构的结构布置为支撑梁和支撑立柱的布置情况。
15.根据本发明的另一方面，提供了一种隔振系统，包括：电抗器支撑结构；电抗器，设置在电抗器支撑结构上方且与电抗器支撑结构连接；隔振器支撑结构，设置在电抗器支撑结构的下方；多个隔振器，多个隔振器设置在电抗器支撑结构和隔振器支撑结构之间。
16.进一步地，隔振系统用于设置在容纳室内，电抗器支撑结构与容纳室的内壁相间隔设置；隔振器支撑结构与容纳室的内壁相连接。
17.本发明的控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法适用于高压并联电抗器布置于楼盖结构上时的振动控制难题。首先执行步骤s110，步骤s120和步骤s140，初步完成电抗器支撑结构的设计、隔振器的布置以及隔振器支撑结构的设计，然后根据隔振系统的预设隔振效率和预设自振频率设计各个隔振器的参数并利用有限元分析在电抗器振动荷载作用下进行振动响应计算，以优化隔振器的参数和电抗器支撑结构的质量，最终获得满足隔振性能目标的隔振系统，解决了现有技术中的隔振系统控制电抗器振动影响的效果不佳的问题。此外，该隔振系统通过在电抗器支撑结构下部设置隔振器的方式进行隔振，电抗器支撑结构参与电抗器的振动，显著增加设备振动参振质量，有效降低电抗器的振动响应。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1示出了根据本发明的控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法的实施例的部分流程图；
20.图2示出了根据本发明的控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法的实施例的流程图；
21.图3示出了根据本发明的隔振系统的实施例的示意图。
22.其中，上述附图包括以下附图标记：
23.10、电抗器；20、电抗器支撑结构；30、隔振器；40、隔振器支撑结构；41、支撑板；50、电抗器室；60、容纳室；70、安装室。
具体实施方式
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
25.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.本发明提供了一种控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法，隔振系统包括电抗器10、电抗器支撑结构20、多个隔振器30和隔振器支撑结构40，电抗器10设置在电抗器支撑结构20上方且与电抗器支撑结构20连接，隔振器支撑结构40设置在电抗器支撑结构20的下方，多个隔振器30均设置在电抗器支撑结构20和隔振器支撑结构40之间，控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法请参考图1，包括：
28.步骤s110，设计电抗器支撑结构20；
29.步骤s120，根据电抗器支撑结构20的设计结果设计隔振器30的布置方式；
30.步骤s140，设计隔振器支撑结构40；
31.步骤s150，根据隔振系统的预设隔振效率和预设自振频率设计各个隔振器30的参数；其中，隔振器30的参数包括隔振器30的刚度和阻尼；
32.步骤s180，利用有限元分析在电抗器振动荷载作用下进行振动响应计算，以获得隔振器支撑结构40的振动响应和电抗器支撑结构20的振动响应；
33.步骤s190，判断隔振器支撑结构40的振动响应是否小于第一预设阈值，当隔振器支撑结构40的振动响应大于或等于第一预设阈值时，降低隔振系统的预设自振频率，并重新执行步骤s150；当隔振器支撑结构40的振动响应小于第一预设阈值时，执行步骤s200，判断电抗器支撑结构20的振动响应是否小于第二预设阈值，当电抗器支撑结构20的振动响应大于或等于第二预设阈值时，增加电抗器支撑结构20的质量，并重新执行步骤s110；当电抗
器支撑结构20的振动响应小于第二预设阈值时，完成隔振系统的设计。
34.本发明的控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法适用于高压并联电抗器布置于楼盖结构上时的振动控制难题。首先执行步骤s110，步骤s120和步骤s140，初步完成电抗器支撑结构20的设计、隔振器30的布置以及隔振器支撑结构40的设计，然后根据隔振系统的预设隔振效率和预设自振频率设计各个隔振器30的参数并利用有限元分析在电抗器振动荷载作用下进行振动响应计算，以优化隔振器30的参数和电抗器支撑结构20的质量，最终获得满足隔振性能目标的隔振系统，解决了现有技术中的隔振系统控制电抗器振动影响的效果不佳的问题。此外，该隔振系统通过在电抗器支撑结构20下部设置隔振器30的方式进行隔振，电抗器支撑结构20参与电抗器10的振动，显著增加设备振动参振质量，有效降低电抗器10的振动响应。
35.具体实施时，在步骤s150中，根据隔振系统的隔振性能要求，初步明确隔振系统的预设隔振效率，并初步拟定隔振系统的预设自振频率(即竖向自振频率目标值)。
36.具体地，判断隔振器支撑结构40的振动响应是否小于第一预设阈值的方法包括：判断隔振器支撑结构40的速度是否小于第一预设阈值。隔振器支撑结构40的振动响应即为隔振器支撑结构40的速度，需要说明的是，根据实际情况也可以选取隔振器支撑结构40的振动响应的其他数据，比如隔振器支撑结构40的加速度，位移，频率。
37.具体地，判断电抗器支撑结构20的振动响应是否小于第二预设阈值的方法包括：判断电抗器支撑结构20的位移是否小于第二预设阈值。电抗器支撑结构20的振动响应即为电抗器支撑结构20的位移，需要说明的是，根据实际情况也可以选取电抗器支撑结构20的振动响应的其他数据，比如电抗器支撑结构20的加速度，速度，频率。
38.在本实施例中，在根据隔振系统的预设隔振效率和预设自振频率设计各个隔振器30的参数之后，控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法还包括：
39.步骤s160，计算隔振系统中的各个隔振器30的变形，步骤s170，判断多个隔振器30的变形是否一致，当多个隔振器30的变形一致时，则执行步骤s180；当多个隔振器30的变形不一致时，重新设计各个隔振器30的参数。其中，计算各个隔振器30的变形即为计算各个隔振器30的压缩量。具体实施时，经隔振系统数值模型计算，达到各个隔振器30的压缩量变形一致性目标，初步完成隔振器参数设计。
40.具体地，计算隔振系统中的各个隔振器30的变形即为，在电抗器10、电抗器支撑结构20和隔振器支撑结构40的作用下计算各个隔振器30的变形。
41.具体实施时，建立隔振系统分析模型，根据电抗器荷载分布以及结构刚度分布计算电抗器支撑结构荷载传递情况，初步选定各隔振器刚度参数和/或阻尼参数，以电抗器支撑结构竖向变形均匀为目标微幅调整各隔振器刚度和/或阻尼。当多个隔振器30的变形不一致时，重新设计各个隔振器30的参数，即重新执行步骤s150，然后依次执行步骤s160和s170，以此循环直至各个隔振器30的变形一致。
42.具体地，预设自振频率小于或等于5hz；预设隔振效率大于或等于80％。这样的设置能够保证隔振系统具有较好的隔振性能。
43.具体地，步骤s110中的设计电抗器支撑结构20的方法包括：根据电抗器10的尺寸、质量、荷载分布、以及用于容纳电抗器10的电抗器室50的工艺要求设计电抗器支撑结构20的结构形式、结构刚度和结构质量；其中，电抗器支撑结构20为楼板，电抗器支撑结构20(即
楼板)的结构形式包括主次梁和井字梁中的一种。具体实施时，根据电抗器10的尺寸、质量、荷载分布、以及用于容纳电抗器10的电抗器室50的工艺要求，以及电抗器支撑结构20的承载能力要求设计楼板的具体结构；由于该步骤为对电抗器支撑结构20的初步设计，以满足电抗器支撑结构20的正常使用和承载能力要求为准。此外，在设计电抗器支撑结构20时，还需要考虑电抗器的基础连接要求；设计电抗器支撑结构20时还需要设计出楼板的结构布置情况，即主、次梁或者井字梁的设计参数。
44.需要说明的是，电抗器室50的工艺要求包括消防工艺要求和密闭工艺要求，当然电抗器室50的工艺要求视具体情况还可以包括其他工艺要求，只要保证电抗器室50的正常使用即可；步骤110中的电抗器10的荷载分布指电抗器10的静荷载。
45.在本实施例中，隔振系统用于设置在容纳室60内；设计电抗器支撑结构20的方法还包括：设计电抗器支撑结构20与容纳室60的内壁相间隔设置。
46.具体地，步骤s120中的根据电抗器支撑结构20的设计结果设计隔振器30的布置方式的方法包括：根据电抗器支撑结构20的设计结果设计隔振器30的布置位置、隔振器30的数量和隔振器30的尺寸；其中，隔振器30布置在电抗器支撑结构20的梁端的下方或梁与梁节点的下方。
47.需要说明的是，由于电抗器支撑结构20为楼板，具体地，可以为主次梁楼板和井字梁楼板，故电抗器支撑结构20具有多条梁，隔振器30布置在电抗器支撑结构20的梁的端部的下方，或者，电抗器支撑结构20的两条梁的相交处的下方，即梁与梁节点的下方，这样的设置可以使隔振器30对电抗器支撑结构20的梁端或梁与梁节点处进行支撑。
48.具体地，在根据电抗器支撑结构20的设计结果设计隔振器30的布置方式之后，控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法还包括：步骤s130，计算各个隔振器30布置位置处的荷载；步骤s140的设计隔振器支撑结构40的方法包括：根据计算出的各个隔振器30布置位置处的荷载设计隔振器支撑结构40。具体实施时，根据隔振器30的布置特点、荷载分布情况，按照隔振器支撑结构40的承载能力要求及电抗器室50下方工艺要求，设计隔振器支撑结构40。
49.具体地，电抗器室50下方具有安装室70，隔振器支撑结构40设置在安装室70内；上述的电抗器室50下方工艺要求即为安装室70的工艺要求。安装室70内还设置有油池。
50.具体地，隔振器支撑结构40包括支撑板41，支撑板41用于支撑隔振器30；隔振器支撑结构40还包括支撑梁和/或支撑立柱，支撑梁和/或支撑立柱用于支撑支撑板41；设计隔振器支撑结构40的方法包括：设计隔振器支撑结构40的梁、柱结构形式、结构布置和结构刚度；其中，隔振器支撑结构40的结构布置为支撑梁和支撑立柱的布置情况；隔振器支撑结构40的梁、柱结构形式为隔振器支撑结构40可能是仅包括支撑梁的形式，也可以是仅包括支撑柱的形式，也可以是包括支撑梁和支撑立柱的形式。具体实施时，根据隔振器30的布置特点、荷载分布情况，按照隔振器支撑结构40的承载能力要求及电抗器室50下方工艺要求，设计隔振器支撑结构40的支撑梁和支撑立柱的结构参数。
51.可选地，支撑板41为楼板；支撑板41(即楼板)的结构形式包括主次梁和井字梁中的一种。
52.具体实施时，在电抗器动力荷载(即振动荷载)作用下，分析隔振系统的振动响应，重点关注电抗器振动响应、电抗器周边结构振动响应。如图2所示，判断设备振动响应是否
满足要求，当电抗器支撑结构20的振动响应大于或等于第二预设阈值时，回到步骤s110，以增加电抗器支撑结构20重量、调整刚度分布情况，调整过步骤110后然后重新执行步骤s120、s130、s140、s150、s160、s170，调整隔振器的参数及隔振器支撑结构的参数，最后再重新进行振动响应计算，以此循环往复直至电抗器支撑结构20的振动响应小于第二预设阈值。如图2所示，判断结构振动响应是否满足要求，当周边结构振动超标时，即隔振器支撑结构40的振动响应大于或等于第一预设阈值时，需回到步骤s150，调整隔振性能目标，降低隔振系统的预设自振频率，降低隔振器刚度，然后重新执行步骤s160、s170、s180、s190，以此循环往复直至隔振器支撑结构40的振动响应小于第一预设阈值。进而实现降低周边结构振动响应、控制电抗器振动响应目标。
53.本发明还提供了一种隔振系统，如图3所示，采用上述实施例中的控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法设计，隔振系统包括：电抗器支撑结构20；电抗器10，设置在电抗器支撑结构20上方且与电抗器支撑结构20连接；隔振器支撑结构40，设置在电抗器支撑结构20的下方；多个隔振器30，多个隔振器30设置在电抗器支撑结构20和隔振器支撑结构40之间。
54.具体实施时，隔振系统有效降低电抗器振动对周边结构的影响。高压并联电抗器直接布置于楼盖结构上时，电抗器运行产生的振动引发强烈的结构振动响应，影响建筑使用甚至对结构安全产生潜在危害。通过设置隔振器将隔振系统竖向自振频率控制在5hz以内时，隔振效率在80％以上。此外，本技术的隔振系统安全性好耐久性高且易于养护维修。采用具有预压缩功能的隔振器，隔振器高度与其工作状态刚度相当，后续施工设备支撑结构时安全方便。由于隔振器位于电抗器支撑结构下方，受设备运行时的温度影响小，相较于隔振器直接布置于电抗器下方，隔振器耐久性明显提高。在养护维修方面，当对隔振器进行维修甚至更换时，仅需在电抗器支撑结构下方进行即可，不影响上部设备的正常运行，可实现不中断运行条件下的维修更换。
55.具体地，多个隔振器30间隔设置，各个隔振器30的一端与电抗器支撑结构20连接，各个隔振器30的另一端与隔振器支撑结构40连接。
56.在本实施例中，隔振系统用于设置在容纳室60内，电抗器支撑结构20与容纳室60的内壁相间隔设置；隔振器支撑结构40与容纳室60的内壁相连接。
57.具体实施时，电抗器支撑结构20与容纳室60的内壁相间隔设置，使得电抗器支撑结构参振降低设备振动响应。在动力设备下方采用隔振装置时，由于支撑刚度降低，设备运行振动响应将有一定程度的放大，往往难以满足设备及附属管道对振动位移的要求。通过在电抗器支撑结构下部设置隔振器的方式进行隔振，电抗器支撑结构参与电抗器10的振动，显著增加设备振动参振质量，有效降低隔振设备振动响应。
58.在本实施例中，电抗器支撑结构20将容纳室60分隔为电抗器室50和安装室70，电抗器室50位于安装室70的上方；电抗器10位于电抗器室50内，多个隔振器30和隔振器支撑结构40位于安装室70内。
59.在本实施例中，隔振器支撑结构40包括支撑板41，支撑板41用于支撑隔振器30，支撑板41与容纳室60的内壁相连接；隔振器支撑结构40还包括支撑梁和/或支撑立柱，支撑梁和/或支撑立柱用于支撑支撑板41。
60.具体地，电抗器支撑结构20为楼板；支撑板41为楼板。
61.本技术的控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法主要针对500kv高压并联电抗器布置于楼盖结构上时电抗器振动影响结构正常使用、危害设备运行和管线安全的问题，提出一种隔振效率高、设备变形小、安全性能高、易于实施的电抗器室隔振结构设计方法，有效解决普通楼盖结构无法控制振动响应、直接使用隔振器无法解决设备自身振动过大等关键技术难题，形成了解决电抗器室强烈振动问题的设计方法，可用于新建变电站工程电抗器室结构设计或既有户内变电站电抗器室振动剧烈时的结构改造加固。
62.本技术的控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法主要包括电抗器支撑结构设计、隔振器设计方法及布置方式、隔振器支撑结构设计。通过设计隔振器支撑结构，满足电抗器荷载要求。在保证隔振器支撑结构变形一致性的基础上，结合隔振器支点承载力需求，设计并布置不同性能隔振器参数。基于隔振器荷载情况设计隔振器支撑结构。提出的隔振结构设计方法可实现电抗器设备变形小、隔振效率高的效果。该申请可解决500kv高压并联电抗器布置于楼盖结构上时的振动控制难题。
63.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
64.本发明的控制电抗器振动影响的隔振系统设计方法适用于高压并联电抗器布置于楼盖结构上时的振动控制难题。首先执行步骤s110，步骤s120和步骤s140，初步完成电抗器支撑结构20的设计、隔振器30的布置以及隔振器支撑结构40的设计，然后根据隔振系统的预设隔振效率和预设自振频率设计各个隔振器30的参数并利用有限元分析在电抗器振动荷载作用下进行振动响应计算，以优化隔振器30的参数和电抗器支撑结构20的质量，最终获得满足隔振性能目标的隔振系统，解决了现有技术中的隔振系统控制电抗器振动影响的效果不佳的问题。此外，该隔振系统通过在电抗器支撑结构20下部设置隔振器30的方式进行隔振，电抗器支撑结构20参与电抗器10的振动，显著增加设备振动参振质量，有效降低电抗器10的振动响应。
65.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
66.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
67.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。