500kV并聯(lián)電抗器輻射聲場(chǎng)特性研究及防治對(duì)策

嚴(yán)玲玲　聞鋮　李閆遠(yuǎn)

摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)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(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，在變電站運(yùn)行中，噪聲污染問(wèn)題已引起了許多糾紛、拆遷及賠償?shù)葐?wèn)題。針對(duì)輸變電工程噪聲問(wèn)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(chǎng)界和敏感點(diǎn)噪聲超標(biāo)的重要原因。因此，針對(duì)變電站高抗噪聲防治措施研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)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(dāng)前長(zhǎng)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(lái)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、無(wú)線(xiàn)電干擾以及噪聲影響問(wèn)題，日漸成為公眾關(guān)心的熱點(diǎn)，變電站/換流站內(nèi)主要設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲對(duì)周邊居民工作、生活的影響問(wèn)題在其中尤為突出。

2高抗噪聲產(chǎn)生機(jī)理

對(duì)于電抗器鐵芯來(lái)說(shuō)，由于電抗器只有一次繞組，并沒(méi)有二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生磁通與一次繞組產(chǎn)生的磁通進(jìn)行抵消，主磁通的大小會(huì)隨著電流的變化而變化，因此電抗器中電流的大小會(huì)對(duì)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(dòng)相對(duì)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(dòng)成為引起電抗器鐵芯振動(dòng)的主要因素。同時(shí)當(dāng)變壓器、電抗器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或預(yù)緊力不足時(shí)，繞組會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)或變形，這會(huì)導(dǎo)致繞組噪聲的加劇。有時(shí)在直流偏磁現(xiàn)象還會(huì)導(dǎo)致漏磁通的增加，導(dǎo)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(wú)外乎從設(shè)計(jì)、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(dǎo)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(dòng)方面還可采取以下措施：（1）采用鐵芯強(qiáng)力壓緊裝置。（2）器身強(qiáng)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(dòng)、防止位移的強(qiáng)力定位和減振裝置，既能減小振動(dòng)，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(dòng)，又能防止鐵芯餅磁力線(xiàn)過(guò)分集中，減小過(guò)磁區(qū)域，從而降低電磁噪聲。（4）采用高導(dǎo)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(jí)步進(jìn)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(qiáng)度的穩(wěn)定框架。上下夾件、壓梁、側(cè)梁等形成一個(gè)機(jī)械強(qiáng)度高，不失穩(wěn)的剛性框架，能降低振動(dòng)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(dòng)造成的，而油箱表面的振動(dòng)是由鐵芯和繞組在工作時(shí)的振動(dòng)引起，鐵芯和繞組的振動(dòng)通過(guò)夾件和定位部件傳遞到油箱的頂部和底部，導(dǎo)致油箱表面的振動(dòng)造成輻射噪聲。考慮到鐵芯繞組的重量很大，因此考慮在箱底定位銷(xiāo)處放置減振動(dòng)，通過(guò)其阻尼特性來(lái)衰減振動(dòng)能量，并減弱振動(dòng)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(dòng)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(dòng)和沖擊時(shí)，金屬絲之間會(huì)發(fā)生滑移，依靠金屬絲的滑移產(chǎn)生的摩擦力來(lái)耗散振動(dòng)或沖擊能量。

（3）基礎(chǔ)隔振措施

在下油箱與承臺(tái)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(tái);有良好的彈性以適應(yīng)梁端的轉(zhuǎn)動(dòng);有較大的剪切變形以滿(mǎn)足上部構(gòu)造的水平位移;具有安裝方便、構(gòu)造簡(jiǎn)單、節(jié)省鋼材，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便、易于更換、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。

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(duì)變電站進(jìn)行總體布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)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(chǎng)地的空間和建筑物來(lái)對(duì)噪聲進(jìn)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(yuǎn)離噪聲敏感建筑物的地方，以使噪聲到達(dá)廠(chǎng)界處時(shí)能夠通過(guò)足夠的幾何發(fā)散衰減得到有效降低，以此來(lái)減少變電站噪聲對(duì)周邊居民生活的影響。

（2）變電站在進(jìn)行選址

可以利用變電站內(nèi)建筑以及周?chē)淖匀坏匦危ㄈ缥挥谠肼曉春驮肼暶舾袇^(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(jì)有全封閉的，半封閉的和局部隔離等。隔聲屏的形式、厚度、長(zhǎng)度、高度、結(jié)構(gòu)和材質(zhì)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)到的噪聲特性、水平和需要散發(fā)的熱量以及敏感點(diǎn)位置來(lái)計(jì)算。由于隔聲屏對(duì)中高頻的噪聲治理比較適用，所以當(dāng)冷卻裝置及風(fēng)機(jī)等是噪聲的主要貢獻(xiàn)者的話(huà)，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(diǎn)的傳播途徑之間加上一道屏障，當(dāng)聲源發(fā)出的聲波遇到屏障時(shí)，它將沿著三條途徑傳播，一部分越過(guò)聲屏障的頂端繞射至受聲點(diǎn);一部分透過(guò)聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn);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(dá)聲的傳播，減少透射聲到達(dá)受聲點(diǎn)，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(fēng)散熱消聲器的隔音室把高抗本體封閉起來(lái)，把冷卻風(fēng)扇放在隔音室外面，這樣其降噪量可以達(dá)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(gè)封閉六面體隔音室把高抗本體包裹起來(lái)，只把風(fēng)扇留在外面。在維修時(shí)，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(lái)，才能移動(dòng)高抗。固定式Box-in的最大缺點(diǎn)是拆卸和安裝困難，所需時(shí)間長(zhǎng)。并且高抗頂面和Box-in屋面之間高度小，不方便運(yùn)行人員進(jìn)檢修和維護(hù)。

5.2可拆卸式Box-in技術(shù)

可拆卸式Box-in的最大特點(diǎn)是把靠近閥廳側(cè)防火墻軸流風(fēng)機(jī)處屋面設(shè)計(jì)墻軸流風(fēng)機(jī)處屋面設(shè)計(jì)墻軸流風(fēng)機(jī)處屋面設(shè)計(jì)墻軸流風(fēng)機(jī)處屋面設(shè)計(jì)墻軸流風(fēng)機(jī)處屋面設(shè)計(jì)成相對(duì)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(hù)時(shí)是可以拆除的。相對(duì)于固定式Box-in來(lái)說(shuō)，檢修和維護(hù)時(shí)間大幅度減少。

5.3移動(dòng)式Box-in技術(shù)

移動(dòng)部分隔聲圍護(hù)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(chǎng)與設(shè)備本體的預(yù)留固定件用螺栓連接。由于移動(dòng)部分吸隔聲板通過(guò)鋼架與設(shè)備本體連接在一起，在高抗運(yùn)行時(shí)，設(shè)備本體振動(dòng)會(huì)通過(guò)支撐鋼架向外傳遞，從而引起吸隔聲振動(dòng)向外輻射噪聲，導(dǎo)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(dòng)力噪聲和機(jī)械振動(dòng)噪聲是造成換流站設(shè)備噪聲污染的主要噪聲類(lèi)型。（2）通過(guò)持續(xù)的研究運(yùn)行時(shí)間對(duì)設(shè)備聲功率級(jí)的影響，并探索設(shè)備大修等操作對(duì)改善設(shè)備噪聲的作用，從設(shè)備維護(hù)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(jìn)行屏蔽、吸收和疏導(dǎo)，從而阻止噪聲的傳播。

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