500kV并聯(lián)電抗器輻射聲場特性研究及防治對策

嚴玲玲 聞鋮 李閆遠

摘要：隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會用電需求的提升，輸變電工程的建設(shè)也得到迅速發(fā)展。政府和公眾對環(huán)境保護的要求越來越高，在變電站運行中，噪聲污染問題已引起了許多糾紛、拆遷及賠償?shù)葐栴}。針對輸變電工程噪聲問題的深入研究后發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)電抗器由于通常布設(shè)在臨近站區(qū)圍墻處，是造成廠界和敏感點噪聲超標的重要原因。因此，針對變電站高抗噪聲防治措施研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：輸變電工程; 變電站; 并聯(lián)電抗器; 噪聲防治

1背景

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，超高壓/特高壓輸電工程日漸成為當前長距離輸電的主要方式，超高壓/特高壓變電站內(nèi)主要噪聲源包括主變壓器、高壓并聯(lián)電抗器以及帶電構(gòu)架產(chǎn)生的尖端放電等。由此所帶來的電場、磁場、無線電干擾以及噪聲影響問題，日漸成為公眾關(guān)心的熱點，變電站/換流站內(nèi)主要設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲對周邊居民工作、生活的影響問題在其中尤為突出。

2高抗噪聲產(chǎn)生機理

對于電抗器鐵芯來說，由于電抗器只有一次繞組，并沒有二次繞組感應電動勢產(chǎn)生磁通與一次繞組產(chǎn)生的磁通進行抵消，主磁通的大小會隨著電流的變化而變化，因此電抗器中電流的大小會對其鐵芯磁滯伸縮噪聲產(chǎn)生影響。電抗磁滯伸縮所引起的振動相對較小，主磁路間隙材料在麥克斯韋爾力作用下伸縮而引起的鐵芯餅振動成為引起電抗器鐵芯振動的主要因素。同時當變壓器、電抗器經(jīng)過長時間運行或預緊力不足時，繞組會出現(xiàn)松動或變形，這會導致繞組噪聲的加劇。有時在直流偏磁現(xiàn)象還會導致漏磁通的增加，導致繞組噪聲的加劇。

3高抗噪聲控制措施

3.1高抗設(shè)備聲源降噪措施

（1）高抗本體噪聲治理措施

為了降低鐵芯電抗器的噪聲，無外乎從設(shè)計、加工工藝、裝配工藝等方面采取措施。常用的方法是降低鐵芯磁密，采用高導磁硅鋼片，改善鐵芯的加工工藝，鐵芯組裝工藝和組裝后的處理工藝。除此之外，高壓電抗器在減小振動方面還可采取以下措施：（1）采用鐵芯強力壓緊裝置。（2）器身強力定位和減振裝置。在器身與油箱底的連接處設(shè)置減小振動、防止位移的強力定位和減振裝置，既能減小振動，又使產(chǎn)品能承受較多的沖擊加速度。（3）采用特殊的鐵芯餅迭片形狀。鐵芯餅形狀既有利于降低振動，又能防止鐵芯餅磁力線過分集中，減小過磁區(qū)域，從而降低電磁噪聲。（4）采用高導磁率、大電阻率的低損耗超薄型晶粒取向冷軋硅鋼片，鐵軛4級步進迭片，并且鐵芯餅和鐵軛有合適的磁通密度，從而降低電磁噪聲。（5）鐵芯夾件構(gòu)成高強度的穩(wěn)定框架。上下夾件、壓梁、側(cè)梁等形成一個機械強度高，不失穩(wěn)的剛性框架，能降低振動和噪聲。

（2）器身隔振措施

由于變壓器的轄射噪聲主要是油箱表面的振動造成的，而油箱表面的振動是由鐵芯和繞組在工作時的振動引起，鐵芯和繞組的振動通過夾件和定位部件傳遞到油箱的頂部和底部，導致油箱表面的振動造成輻射噪聲?？紤]到鐵芯繞組的重量很大，因此考慮在箱底定位銷處放置減振動，通過其阻尼特性來衰減振動能量，并減弱振動的傳遞。本文選用金屬橡膠作為減振墊。金屬橡膠放置在變壓器器身與下油箱的連接處，最大程度的將剛性連接轉(zhuǎn)化為彈性連接，抑制振動的固體傳遞路徑。金屬橡膠材料的內(nèi)部是由金屬絲的相互勾連和嵌合而成，在其受到外部的振動和沖擊時，金屬絲之間會發(fā)生滑移，依靠金屬絲的滑移產(chǎn)生的摩擦力來耗散振動或沖擊能量。

（3）基礎(chǔ)隔振措施

在下油箱與承臺或地面接觸處放置橡膠隔振支座，防止變壓器或電抗器箱壁與基礎(chǔ)產(chǎn)生共振。像膠支座是由多層豫膠與薄鋼板鑲嵌、粘合、硫化而成。該產(chǎn)品有足夠的豎向剛度可以承受垂直方向的荷載，且能將上部構(gòu)造的壓力可靠地傳遞給承臺;有良好的彈性以適應梁端的轉(zhuǎn)動;有較大的剪切變形以滿足上部構(gòu)造的水平位移;具有安裝方便、構(gòu)造簡單、節(jié)省鋼材，養(yǎng)護簡便、易于更換、價格低廉等特點。

4高抗噪聲傳播途徑治理

（1）合理布局變電站內(nèi)的噪聲源設(shè)備

對變電站進行總體布置設(shè)計時，應將噪聲水平比較大的設(shè)備盡可能布置在變電站的中央，這樣可以充分利用變電站內(nèi)場地的空間和建筑物來對噪聲進行衰減和阻隔，或者采用“鬧靜分離”的原則，將噪聲水平比較高的設(shè)備布置在遠離噪聲敏感建筑物的地方，以使噪聲到達廠界處時能夠通過足夠的幾何發(fā)散衰減得到有效降低，以此來減少變電站噪聲對周邊居民生活的影響。

（2）變電站在進行選址

可以利用變電站內(nèi)建筑以及周圍的自然地形（如位于噪聲源和噪聲敏感區(qū)之間的綠化林地、山丘、土坡、地暫、圍墻等）的阻擋作用，降低噪聲。

（3）采用隔聲屏加吸聲材料的技術(shù)

隔聲屏的設(shè)計有全封閉的，半封閉的和局部隔離等。隔聲屏的形式、厚度、長度、高度、結(jié)構(gòu)和材質(zhì)可以根據(jù)監(jiān)測到的噪聲特性、水平和需要散發(fā)的熱量以及敏感點位置來計算。由于隔聲屏對中高頻的噪聲治理比較適用，所以當冷卻裝置及風機等是噪聲的主要貢獻者的話，此方法能有效降低其噪聲水平，并且成本中等。

5聲屏障控制技術(shù)

聲屏障的降噪理論基礎(chǔ)是惠更斯—菲涅耳理論，通常的結(jié)構(gòu)形式是在聲源與接受點的傳播途徑之間加上一道屏障，當聲源發(fā)出的聲波遇到屏障時，它將沿著三條途徑傳播，一部分越過聲屏障的頂端繞射至受聲點;一部分透過聲屏障到達受聲點;一部分在聲屏障的面壁產(chǎn)生反射。聲屏障的降噪作用，就是阻擋直達聲的傳播，減少透射聲到達受聲點，并讓繞射（衍射）聲有足夠的衰減。聲屏障的插入損失主要取決于聲波沿這三條路徑傳播的聲能分配。其中最為顯著的措施就是使用Box-in技術(shù)，Box-in技術(shù)就是采用固定式或可拆卸式和帶有通風散熱消聲器的隔音室把高抗本體封閉起來，把冷卻風扇放在隔音室外面，這樣其降噪量可以達到25dB（A）。

5.1固定式Box-in技術(shù)

固定式Box-in是在高抗的頂面和正面都用聲屏障板封閉，聲屏障板、高抗兩側(cè)防火墻、閥廳側(cè)防火墻和高抗油坑等固定在一起，組成一個封閉六面體隔音室把高抗本體包裹起來，只把風扇留在外面。在維修時，需先把固定在防火墻體、閥廳側(cè)防火墻上的頂面聲屏障板和正面聲屏障板全部拆卸下來，才能移動高抗。固定式Box-in的最大缺點是拆卸和安裝困難，所需時間長。并且高抗頂面和Box-in屋面之間高度小，不方便運行人員進檢修和維護。

5.2可拆卸式Box-in技術(shù)

可拆卸式Box-in的最大特點是把靠近閥廳側(cè)防火墻軸流風機處屋面設(shè)計墻軸流風機處屋面設(shè)計墻軸流風機處屋面設(shè)計墻軸流風機處屋面設(shè)計墻軸流風機處屋面設(shè)計成相對固定的，并且高抗正面外墻屏障板的一部分不用拆除，但另一部分在維護時是可以拆除的。相對于固定式Box-in來說，檢修和維護時間大幅度減少。

5.3移動式Box-in技術(shù)

移動部分隔聲圍護結(jié)構(gòu)由支撐鋼架、減振器、吸隔聲板組成。支撐鋼架在現(xiàn)場與設(shè)備本體的預留固定件用螺栓連接。由于移動部分吸隔聲板通過鋼架與設(shè)備本體連接在一起，在高抗運行時，設(shè)備本體振動會通過支撐鋼架向外傳遞，從而引起吸隔聲振動向外輻射噪聲，導致Box-in整體降噪效果下降。為防止出現(xiàn)這種固體傳聲現(xiàn)象，可以在吸隔聲板與支撐鋼架之間設(shè)置隔振器，以切斷吸隔聲板與設(shè)備本體之間聲橋，從而保證降噪效果。

6結(jié)論

（1）電磁噪聲、氣體動力噪聲和機械振動噪聲是造成換流站設(shè)備噪聲污染的主要噪聲類型。（2）通過持續(xù)的研究運行時間對設(shè)備聲功率級的影響，并探索設(shè)備大修等操作對改善設(shè)備噪聲的作用，從設(shè)備維護角度探索降噪的可能。

（3）降低設(shè)備的噪聲主要是為了控制設(shè)備所在范圍內(nèi)的噪聲污染。除采用上述方法控制設(shè)備本身的噪聲源外，還可利用地形、地物設(shè)置天然屏障，并采用屏障、吸聲等措施在噪聲源和接受者之間進行屏蔽、吸收和疏導，從而阻止噪聲的傳播。

參考文獻

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