0 引言

对于电力设施(包括建构筑物、电气设备、电气装置等)， 在机械旋转或地震作用下会产生振动反应， 而过大的振动会影响或破坏电力设施本身以及周围其他设施，因此减小或控制振动是十分必要的。一种传统的控制振动方式， 就是增大电力设施本身的强度和刚度， 降低振动的反应。国内外的学者、专家和研究机构对输电铁塔和断路器、避雷器等电气设备的减小振动进行了广泛的研究和总结[1-6]，对工程的应用提供了有价值的参考作用。

另一种振动控制方式， 是目前越来越得到国内外广泛关注的隔振(震)控制方式。这种方式是人为采取一个隔离措施， 隔断或减小机械振动或地震传播到电力设施上的能量， 从而降低电力设施上的振动响应[7-10]。

针对周期性振动(如机械旋转振动)的隔振(震)技术，目前已经十分成熟。中国电力科学研究院工程力学研究所1978 年开始进行动力机器基础隔振的研究，1980 年首次在河南登封电厂汽轮发电机基础中采用了弹簧隔振技术， 至今为各大发电集团约300 台磨煤机基础、100 台汽动给水泵基础、50 余台碎煤机以及汽机二层平台和一次风机提供了弹簧阻尼隔振器，至今运行良好。

针对随机振动(如地震振动)的隔振(震)技术，目前在重要工业设备防震的应用上逐渐受到青睐。法国、南非等国已在核电站的主要设备上采用了隔震技术。在中国，中国石油天然气总公司及其所属的西安石油仪器厂、江苏石油勘探局、长庆油田管理局与原江苏省地震局地震工程研究所对采用隔震技术解决浮放设备防震问题进行了研究， 并推广应用了其研究成果。隔震技术在电气设施上应用的资料较少，1988 年，新西兰对位于哈特(Hutt)谷地的海沃兹HVDC 变电站的交流滤波电容器组(1965 年建)，采用橡胶支座和滞变钢阻尼器的基底隔震方法进行抗震加固。美国加州通过在电气设备的底部和地基基础之间加装减震器来减小设备的地震响应， 这些工程大多经历过实际地震作用的考验。目前我国在电力设施上应用隔震技术的工程，还是较少的。

为确保地震作用下的电力设施安全运行， 除了加强传统的抗震设计之外， 有必要加强电力设施隔振(震)技术的研发和应用。

1 隔振(震)器的类型及设置原则

1.1 电力设施中隔振(震)器类型

在电力设施中，普遍采用的隔振(震)器有橡胶隔振(震)器、金属弹簧隔振(震)器以及复合隔振(震)器。这是因为它们的承载力、刚度和阻尼系数较大， 这样既能很好地满足电力设施在正常工作下的振动要求，又能确保在偶然事件(如罕遇地震作用)条件下的电力设施不损坏。

1.2 隔振(震)器的设置原则

1.2.1 旋转机械振动控制下的隔振(震)器设置

金属弹簧隔振(震)器的性能高且价格低廉，因而能广泛地应用于磨煤机、碎煤机、各类卧式泵、立式泵、管道泵、风机、冷水机组、热泵机组、柴油机组、发动机试验台等振动机械的基础隔振。

(1)设计中激振力作用点尽量靠近设备质心，可以预防摇摆;围绕质心的弹性力矩之和接近于0，即变形量相同，可以保持弹性支撑的稳定。

(2)对称质心布置的弹簧，每排尽量采用奇数，这样便于调试时每排增减1~2 个，既可以调节弹簧的静变量又不影响弹簧的对称质心分布。

(3)频率比在2.5~5 Hz 的范围，选用一定刚度的隔振(震)器。

(4)机械振动中，为了防止不规则的冲击和振动产生的过大幅度的自由振动，常需要增大阻尼，实用的最佳阻尼比为0.05~0.2。

(5)判定的标准：以采用隔振技术的电气设备的振动位移， 不超过《火力发电厂辅助机器基础隔振(震)设计规程》中最大振动线位移的规定为准则，且隔振效率约为90%。

1.2.2 预防地震作用的隔振(震)器设置

通常水平地震作用对电力设施造成较大的影响， 而高阻尼橡胶隔振器和其他复合隔振器因为具有较大的竖向刚度和较小的水平刚度， 因此被广泛地应用于隔振(震)技术中。

(1)隔振器需要具备较大的竖向刚度和较小的水平刚度。这样既可以满足上部较大的竖直向自重荷载，又能满足水平向的隔振效果。

(2)合理选取阻尼比。过大的阻尼比，虽然可以降低设施本体的位移反应， 但是本体的加速度反应反而增大，隔振效果会降低。

(3)隔振器需要具备一定的抗拉能力。当有较大的竖向地震作用或设备本体产生较大摇摆等情况下，隔振器会受拉，因此隔振器需要具备一定的抗拉强度。

(4)隔振器具备正常工作下的稳定性。满足正常工作运行下， 能承受风荷载、导线荷载或检修荷载下， 安装有隔振器的电力设施没有明显的变形或晃动。

(5)隔振器的使用寿命和维护。隔振器的使用寿命应该高于设备本体的使用寿命， 维护简单， 易拆装。

2 隔振(震)技术在机械旋转振动控制中的

工程应用实例

某电厂的1 台中速磨煤机和电动机的重量为234.8 t，设计的设备台板重量为559.34 t，磨煤机的转速为30.8 r/min，电动机转速为990 r/min。通过自主开发的机械设备隔振(震)技术程序，运行计算得到如下结果：

(1)机组重量和质心

重量：W=234.8+559.34=794.14(t)

以设备台板左下角为坐标原点，质心：X0=4.863m，Y0=3.811 m，Z0=2.463 m。

(2)隔振器组的刚心

经过计算分析， 隔振器组刚心位置的数值与机组的质心位置相差不到5%， 机组的扭转作用不明显。

(3)隔振(震)器的频率

由于中速磨煤机的离心力是周期性变化， 但是频率成分较为复杂，频率范围为15～20 Hz，根据经验一般确定隔振(震)器竖直向频率为3.5 Hz，符合

2.5～5 Hz 的要求。

(4)隔振(震)器的选用

根据已有的标准化隔振(震)器类型，承载能力为100～400 kN 不同型号， 选用30 个GWV22.10-30.22-10 弹簧阻尼隔振(震)器，每侧选用15 个，吻合奇数要求，具体参数可见表1。

(5)最大振动线位移

X 向：Ax=2.135 μm

Y 向：Ay=8.354 μm

Z 向：Az=15.900 μm

最大线位移为15.9 μm，小于《火力发电厂辅助机器基础隔振(震)设计规程》中最大振动线位移的规定。

(5)隔振(震)效率

隔振(震)系数η=0.06856

隔振效率=1-η=93.144%

吻合隔振效率的要求。

3 隔振(震)技术的应用前景

3.1 隔振(震)技术在汽轮机组中的应用

目前，我国已经实施“节能减排，高效利用能源”战略，电力企业积极响应国家政策实行“上大压小”以及加速核电站的规划和建立。这样，火电厂中600MW 及以上的汽轮机组和核电站半速机组的开始应用，而采用弹性隔振(震)基础的具有许多优势。

(1)汽轮发电机组轴系及弹簧隔振(震)基础具有很好的动力特性，有利于机组的长期稳定运行，并可延长大修周期，节省检修的人力、时间和费用。

(2)弹簧上下部分可以分开计算，弹簧隔振(震)器以上台板部分可以进行精确的动力计算， 弹簧隔振(震)器下部可按静荷载计算，这样可以缩小柱子截面， 并且柱子的基础可以设置为单独基础或是筏型基础，改变目前使用的厚重的大底板。

(3)当基础出现不均匀沉降时，可以在不停机的情况下对基础进行快速调平。

(4)核电站的半速机组，若是采用传统的固定基础，在工作转速中很容易产生共振，共振后的机组响应很大，很容易造成机组的不正常工作或停机;而采用弹簧隔振(震)器后，就可以避免共振，目前国内外核电半速机组几乎100%采用弹簧隔振(震)基础。

国外从20 世纪60 年代开始就已经采用弹簧隔振(震)基础，广泛应用于不同的欧洲机型和美国机型，而我国自主的隔振(震)技术长时间没有得到应用。

2007 年，湖北大别山电厂一期工程采用北重阿尔斯通(北京) 电气装备有限公司设计生产的600MW 超临界汽轮发电机组， 是我国采用的首台600MW 弹簧隔振(震)基础。而且，我国各大发电集团已经在一些筹备建设的汽轮机组初步设计中采用隔振(震)技术，而且希望能采用我国自主的隔振(震)技术。这些均为我国自主隔振(震)技术在汽轮发电机组中的推广应用提供了契机。

3.2 隔振(震)技术在变电站隔震设计中应用

变电站中的电力设施(包括建构筑物和电气设备等) 若需要采用隔震技术时， 通常采用隔震橡胶垫，而隔震垫在竖直向变形小(不考虑竖直向地震作用)，水平向变形大且抗震能力大，这是由于据规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)和《电力设施抗震设计规范》(GB50260-96)规定而设计。此次“5·12 汶川大地震”， 地震作用是在7 度设防区产生了11 度的破坏响应。因此在经济条件允许下，应该加强竖向抗震能力，增大其安全储备。我们可以将竖向减震作用有效的弹簧阻尼隔振(震)技术与采用橡胶垫的水平隔震技术结合起来。