±800 kV奉賢換流站移動式Box-in結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

沈偉，馬棡

(1.華東電力設(shè)計(jì)院，上海市，200063;2.中國電力工程顧問集團(tuán)公司，北京市，100120)

0 引言

向家壩—上?！?00 kV特高壓直流示范工程是我國自主設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行，并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的特高壓直流輸電工程。本工程于2010年8月5日正式投入商業(yè)運(yùn)營，輸送容量6400 MW。與常規(guī)工程相比，特高壓換流站中產(chǎn)生噪聲的設(shè)備數(shù)量更多、噪聲更大、噪聲傳播的范圍更廣，可聽噪聲的控制尤為重要。

參照國內(nèi)相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)，換流站投運(yùn)后進(jìn)行噪聲治理實(shí)施難度大、費(fèi)用高，不易達(dá)到預(yù)期目標(biāo);如果在工程方案設(shè)計(jì)和設(shè)備采購階段中加以考慮，能夠取得事倍功半的效果［1-10］。因此，奉賢換流站在工程設(shè)計(jì)之初就對噪聲控制給予重視，采用了優(yōu)化總平面布置、選擇低噪音設(shè)備并加裝隔聲屏障等噪聲控制措施。

1 換流變常用的幾種降噪措施及特點(diǎn)

向上直流工程受端的奉賢換流站位于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的上海市境內(nèi)，背靠浦南運(yùn)河，圍墻距最近敏感點(diǎn)最長距離約200 m，噪聲治理工作難度較大。根據(jù)換流站噪聲源的分布特性和奉賢換流站的具體情況，提出了以下噪聲控制措施。

(1)優(yōu)化總平面的布置?？偲矫娌贾弥谐浞挚紤]噪聲源的影響，利用換流站內(nèi)設(shè)施/建筑物進(jìn)行合理的布置來阻擋噪聲傳播:采用高、低壓閥廳面對面布置方案對噪聲傳播有一定的抑制作用。

(2)設(shè)備選型中的降噪措施。采用新型全封閉移動式換流變，采用低噪聲平波電抗器，并降低設(shè)備高度、加裝隔聲屏障。交流濾波器場選用低噪聲的濾波電抗器，高壓電容器塔采取雙塔結(jié)構(gòu)以降低噪聲源的高度;直流場濾波器的電容器和電抗器、閥冷卻塔等采用低噪聲設(shè)備。

(3)加裝隔聲屏障。

通過上述措施的綜合應(yīng)用，奉賢換流站在采用新型封閉式換流變、交流濾波器場圍墻上安裝隔聲屏障(等效總高8 m)、平抗處圍墻上安裝隔聲屏障(等效總高10 m)、南側(cè)和站前區(qū)采用5 m和4 m高圍墻等措施后，換流站場界及周圍的噪聲計(jì)算水平可控制在50 dB以下。

2 換流變移動式Box-in降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

換流變壓器是特高壓換流站內(nèi)的主要噪聲源，為有效降低換流站的噪聲，對換流變壓器采用Box-in全封閉的型式進(jìn)行隔聲處理。移動式Box-in降噪結(jié)構(gòu)分為2部分:固定部分安裝在防火墻和基礎(chǔ)上;移動部分直接安裝在換流變壓器主體上，與換流變一同移動。這種結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)滿足隔聲降噪和快速更換檢修的要求。

2.1 設(shè)計(jì)原則

目前，國內(nèi)傳統(tǒng)的換流變降噪結(jié)構(gòu)有2種:(1)固定式降噪鋼結(jié)構(gòu)屏障，屬于半封閉結(jié)構(gòu)，更換設(shè)備時(shí)需全部拆除;(2)固定式全封閉Box-in降噪鋼結(jié)構(gòu)，換流變更換時(shí)也需全部拆除［1］。2種降噪結(jié)構(gòu)方案均需較長時(shí)間來更換和安裝降噪結(jié)構(gòu)，不利于迅速更換設(shè)備。

在降噪的前提下，減少換流變更換拆裝工作量是奉賢換流站Box-in降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。綜合考慮奉賢換流站降噪和運(yùn)行要求，提出了換流變移動式Box-in降噪設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)出了換流變移動式Box-in降噪鋼結(jié)構(gòu)，在保證降噪效果的前提下，縮短換流變檢修時(shí)間，提高了檢修效率。

2.2 設(shè)計(jì)方案

奉賢換流站工程采用移動式Box-in降噪鋼結(jié)構(gòu)，如圖1所示，鋼結(jié)構(gòu)分為固定部分鋼結(jié)構(gòu)和移動部分鋼結(jié)構(gòu)。

圖1 移動式Box-in降噪鋼結(jié)構(gòu)Fig.1 Mobile Box-in Noise Reduction steel Structure

2.2.1 固定部分鋼結(jié)構(gòu)

頂部固定三角撐鋼結(jié)構(gòu)如圖2所示。橫桿采用HW100型鋼，斜撐采用雙拼角鋼，采用焊接方式與防火墻上預(yù)先埋設(shè)的鐵件連接，端部采用封邊角鋼把三角撐縱向連為一體，形成1個(gè)幾何不變體系，安全可靠。

前端固定部分鋼柱如圖3所示。在前端換流變兩側(cè)設(shè)置HW300×300鋼柱，與換流變基礎(chǔ)采用化學(xué)螺栓連接;鋼柱的側(cè)向通過2道斜撐與防火墻相連，采用化學(xué)螺栓，組裝方便。鋼柱頂部與頂部固定三角撐的封邊角鋼連接，前端固定鋼柱與頂部固定三角撐連為一體，形成1個(gè)可靠的固定鋼結(jié)構(gòu)體系。

2.2.2 移動部分鋼結(jié)構(gòu)

頂部門型鋼結(jié)構(gòu)如圖4所示。橫梁和柱采用HW100型鋼，斜撐采用方鋼管，由于換流變頂部支點(diǎn)較少，在下方兩邊各增加了1根HW200的過渡橫梁，與換流變頂板支撐塊采用螺栓連接。

圖4 頂部門型鋼結(jié)構(gòu)Fig.4 Top sector steel structure

前端鋼結(jié)構(gòu)如圖5所示。采用縱橫向布置的HW100型鋼鋼框架結(jié)構(gòu)，通過換流變前端設(shè)置的支撐塊與換流變螺栓連接。移動部分鋼結(jié)構(gòu)均采用螺栓與換流變連接，安裝靈活、便于組裝與拆卸。

2.2.3 隔聲板減振設(shè)計(jì)

由于運(yùn)行過程中換流變振動較大，為增強(qiáng)隔聲效果，隔聲板需增加減振措施。本工程對不同的結(jié)構(gòu)區(qū)域采取了不同的減振措施。由于換流變Box-in頂部活動鋼架上的隔聲板主要產(chǎn)生的是豎向壓力，因此采用橡膠支座連接，如圖6所示。

換流變前端鋼架上的隔聲板，由于其在自重作用下對鋼架主要產(chǎn)生剪力，故不采用無法承受剪力的橡膠支座，而是采用有內(nèi)螺栓的圓柱體減振柱，見圖7。

圖7 換流變前端鋼架圓柱體減振柱Fig.7 Front cylinder steel damping column of converter transformer

2.2.4 固定和活動板間的密封設(shè)計(jì)

考慮到施工誤差，在換流變上頂板活動隔聲板與防火墻固定三角撐上的固定板之間，預(yù)留了一定的縫隙。由于施工中標(biāo)高產(chǎn)生的誤差，可能引起上部活動板下壓下部固定板而產(chǎn)生二次應(yīng)力，危及結(jié)構(gòu)安全，故本次設(shè)計(jì)要求加工單位選購低彈性模量的通長中空橡膠密封條，確保上下隔聲板通過密封條接觸密封后避免上、下隔聲板之間傳力。

2.2.5 Box-in 頂部防水處理

Box-in頂部板與板之間采用耐候硅酮密封膠進(jìn)行防水處理，活動部分板與固定部分板之間采用通長中空橡膠密封條兼作防水條，固定部分板與防火墻之間采用角鋼加泛水薄鋼板進(jìn)行防水處理，如圖8所示。

圖8 Box-in頂部防水處理Fig.8 waterproofing treatment at the top of Box-in structure

2.3 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

移動式Box-in降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在國內(nèi)外尚屬首次，無工程實(shí)例可供參考;換流變又是站內(nèi)最重要的設(shè)備之一，配套設(shè)備較多，為保證移動式Box-in結(jié)構(gòu)的降噪效果和安全可靠運(yùn)行，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

2.3.1 鋼結(jié)構(gòu)與換流變套管布置

由于換流變的套管較多，結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)注意套管的位置并及時(shí)避讓，并留出足夠的運(yùn)行空間，結(jié)構(gòu)體系仍須通過構(gòu)造來加固處理。

2.3.2 鋼結(jié)構(gòu)與水噴淋管道布置

換流變的每個(gè)間隔均有水噴霧管道，Box-in結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須綜合考慮水噴淋管道布置。首先，避免各層水噴淋管道跟頂部三角撐碰撞，并應(yīng)留有一定的空間。其次，水噴淋管道穿過Box-in前端板時(shí)，根據(jù)管道的位置來調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)桿件的標(biāo)高，還要根據(jù)水管連接頭的種類(插接頭或法蘭接頭)，確定隔聲板開孔的大小。

2.4 效果

通過結(jié)構(gòu)的受力分析和細(xì)部合理設(shè)計(jì)，移動式Box-in降噪鋼結(jié)構(gòu)體系可靠而牢固，受力合理，具有剛度大、變形小、減振和密封效果好的優(yōu)點(diǎn)，滿足工程要求。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過移動式Box-in降噪結(jié)構(gòu)在特高壓直流換流站中的應(yīng)用實(shí)踐，設(shè)計(jì)人員積累了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)了一些值得優(yōu)化的地方。

3.1 優(yōu)化頂部橫梁截面

由于換流變頂部支撐塊數(shù)量和隔聲板自身跨度有限，因此在頂部增加了1根HW200×200的橫梁截面。由于初次設(shè)計(jì)無經(jīng)驗(yàn)可循，并考慮到本工程的重要性，截面選擇相對保守。通過計(jì)算分析，截面可優(yōu)化為HW150×150，既能滿足受力要求，外形也更加美觀。在后續(xù)工程設(shè)計(jì)中，考慮增加頂板支撐塊的數(shù)量，取消該橫梁。

3.2 優(yōu)化設(shè)備頂部門型鋼架斜撐

奉賢換流站Box-in設(shè)計(jì)采用頂部門型鋼架柱兩側(cè)設(shè)置斜撐，為門型架提供最大的支撐力并保證其剛度要求，但這對頂部運(yùn)行人員的通行有一定妨礙。后續(xù)工程設(shè)計(jì)優(yōu)化方案為:僅在鋼柱外側(cè)設(shè)斜撐，角度減小;內(nèi)側(cè)取消斜撐，撓度增大，但受力和變形均滿足要求，更加美觀，同時(shí)為運(yùn)行人員提供了更大的巡視空間。

4 結(jié)語

隨著我國特高壓直流工程后續(xù)建設(shè)的開展和研究的進(jìn)一步深化，換流變移動式Box-in降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也將不斷優(yōu)化，最終一定能夠在滿足運(yùn)行要求的前提下為換流變提供一種輕便、堅(jiān)固、易于拆卸的Box-in降噪結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)降噪要求。

［1］李華，高湛.高嶺背靠背換流站換流變BOX-IN設(shè)計(jì)研究［J］.電力建設(shè)，2008，29(8):18-21.

［2］高湛，胡小龍.蔡家沖(宜都)換流站噪聲治理研究和實(shí)踐［J］.電力建設(shè)，2007，28(3):13-16.

［3］孫竹森，俞敦耀.華新?lián)Q流站噪聲控制探討［J］.電力建設(shè)，2007，28(11):10-13.

［4］楊一鳴，章旭雯.特高壓直流換流站設(shè)備的降噪措施［J］.高電壓技術(shù)，2006，32(9):149-152.

［5］劉振亞.特高壓直流輸電技術(shù)研究成果專輯(2005)［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［6］韓輝，吳桂芳，陸家榆.±800 kV換流站閥廳與換流變壓器采用一字形或面對面布置的噪聲分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(9):1-5.

［7］馬為民，聶定珍，曹燕明.向家壩—上?！?00 kV特高壓直流工程中的關(guān)鍵技術(shù)方案［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，3l(11):1-5.

［8］馬大酋.噪聲與振動控制工程手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［9］GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［10］GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:建筑工業(yè)出版社，2010.