水冷型SVG降噪方法研究

摘 要：【目的】靜止型無功補(bǔ)償發(fā)生器（SVG）在電力系統(tǒng)無功控制和諧波補(bǔ)償中發(fā)揮重要作用，但在運(yùn)行過程中，SVG產(chǎn)生的噪聲較高，影響周圍居住環(huán)境。為降低噪聲對環(huán)境影響，有必要對水冷型SVG降噪方法進(jìn)行研究?！痉椒ā渴紫龋ㄟ^優(yōu)化風(fēng)機(jī)設(shè)計，從本體出發(fā)，進(jìn)行降噪處理；其次，增加隔音板，從傳播途徑上實(shí)現(xiàn)對噪聲的物理隔絕。【結(jié)果】實(shí)例一：調(diào)整風(fēng)機(jī)數(shù)量并降低風(fēng)速方案后，實(shí)測SVG外部噪聲為51.5 dB（A），滿足要求。實(shí)例二：增加隔音罩后，能將噪聲有效控制在晝間54.8 dB（A）、夜間41.4 dB（A），滿足要求。【結(jié)論】采用大面積低速風(fēng)機(jī)散熱系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)接線采用星接方式，同時增加隔音罩進(jìn)行降噪，能有效從本體及噪聲路徑上處理噪聲。

關(guān)鍵詞：水冷SVG；風(fēng)機(jī)；隔音罩；降噪

中圖分類號：TM761.12" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2025）03-0014-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.03.003

Research on Noise Reduction Methods for Water Cooled SVG

HUANG Xiaocheng LI Zhenghao CHEN Qingquan YAO Yinpei MING Jiansheng

（Changzhou Bo Rui Electric Power Automation Equipment Co.， Ltd.， Changzhou 213100， China）

Abstract：[Purposes] Static Var Compensator Generator （SVG） plays an important role in reactive power control and harmonic compensation in power systems. However， SVG generates high levels of noise during operation， which affects the surrounding living environment. In order to reduce the impact of noise on the environment， it is necessary to study the noise reduction method of water cooled SVG. [Methods] Firstly， by optimizing the design of the fan， the noise reduction processing is carried out from the body; secondly， the sound insulation board is added to realize the physical isolation of noise from the propagation path. [Findings] In example 1， after adjusting the number of fans and reducing the wind speed， the measured external noise of SVG is 51.5 dB （ A ）， which meets the requirements. In example 2， the noise can be effectively controlled at 54.8 dB （ A ） in the daytime and 41.4 dB （ A ） at night after the sound insulation cover is added， which meets the requirements. [Conclusions] The large-area low-speed fan cooling system is adopted， and the fan wiring adopts star wiring. At the same time， the sound insulation cover is added for noise reduction， which can effectively deal with noise from the body and noise path.

Keywords： water cooled SVG; fan; blimp; noise reduction

0 引言

靜止型無功補(bǔ)償發(fā)生器（SVG）也被稱為靜止同步補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）［1］，是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，在電力系統(tǒng)中起到無功補(bǔ)償、抑制諧波等作用［2］。但該設(shè)備的半導(dǎo)體器件IGBT在工作時會散發(fā)一定熱量，為保證功率模塊穩(wěn)定運(yùn)行，常采用風(fēng)冷冷卻和水冷冷卻對功率模塊進(jìn)行散熱［3］，但這兩種散熱方式產(chǎn)生的噪聲較大，影響周圍居民生活質(zhì)量。通過目前國內(nèi)外對變電站噪聲傳播控制的研究，發(fā)現(xiàn)消聲、隔聲、吸聲等方法對抑制變電站噪聲傳播效果明顯［4］。因此，可從噪聲來源、傳播途徑及平面布置三個方面對噪聲進(jìn)行治理［5］。

1 SVG基本結(jié)構(gòu)及常規(guī)冷卻方式

1.1 SVG基本結(jié)構(gòu)

SVG裝置由并網(wǎng)組件、功率組件、控保組件、冷卻組件、整機(jī)運(yùn)行及控制組件組成。其中，并網(wǎng)組件包括隔離開關(guān)、軟啟動裝置、連接電抗器（或變壓器）等；功率組件包括IGBT、開關(guān)電源、直流電容、散熱器、鏈節(jié)監(jiān)控單元等；控保組件包括主控制器、分相控制器等；冷卻組件包括水冷主機(jī)、風(fēng)機(jī)組件、控制器、管路等；整機(jī)運(yùn)行及控制組件包括電流采集、直流過壓、響應(yīng)時間、無功及電壓控制性能、故障定位等。

1.2 SVG冷卻方式

常見的SVG冷卻方式分為風(fēng)冷和水冷。水冷型SVG在使用壽命、運(yùn)行可靠性、設(shè)備維護(hù)、現(xiàn)場適應(yīng)性等方面均優(yōu)于風(fēng)冷SVG，且水冷方案能較好解決室內(nèi)閥組濾網(wǎng)灰塵多及室內(nèi)風(fēng)機(jī)噪聲大的問題，更適合對現(xiàn)場環(huán)境噪聲及污穢敏感的場合。根據(jù)《國家電網(wǎng)有限公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）》（2018）10.4.1.12條“新投運(yùn)SVG裝置應(yīng)采用全封閉空調(diào)制冷或全封閉水冷散熱方式”，本研究對水冷SVG設(shè)備噪聲的控制措施進(jìn)行研究［6］。

2 SVG設(shè)備噪聲源分析

2.1 并網(wǎng)組件及功率組件

并網(wǎng)組件噪聲主要來自鐵芯或線圈，SVG成套設(shè)備的這部分噪聲一般低于空冷器5 dB以上，設(shè)備大部分為直掛型結(jié)構(gòu)，無須變壓器。電抗器為成熟電氣設(shè)備，本研究不做重點(diǎn)降噪分析。功率模塊是非主要噪聲來源。根據(jù)設(shè)備調(diào)研資料，閥組噪聲低于空冷器5 dB以上，且集中在閥室內(nèi)，一般不用特殊考慮。

2.2 冷卻組件

冷卻組件如圖1所示，由水冷主機(jī)水泵、水風(fēng)換熱器風(fēng)機(jī)和空調(diào)內(nèi)外風(fēng)機(jī)組成。其中，水風(fēng)換熱器風(fēng)機(jī)和空調(diào)內(nèi)外風(fēng)機(jī)是SVG成套設(shè)備噪聲的最大來源。

2.2.1 水冷主機(jī)水泵。SVG一般配置1主1備2臺水泵，水泵噪聲一般為68 dB。相同功率下，進(jìn)口水泵產(chǎn)生的噪聲比國產(chǎn)水泵小3～5 dB。

2.2.2 空調(diào)。根據(jù)《國家電網(wǎng)有限公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）》（2018）要求，SVG設(shè)備通常選用水冷產(chǎn)品，空調(diào)散熱設(shè)備使用較少。因此，針對這部分本研究不做重點(diǎn)介紹。

2.2.3 水風(fēng)換熱器風(fēng)機(jī)。在實(shí)際工程實(shí)踐中，SVG設(shè)備噪聲的主要來源是水風(fēng)換熱器（風(fēng)機(jī)），空氣動力產(chǎn)生的噪聲約占SVG設(shè)備噪聲總量的75%。

因此，本研究主要從以下兩個方面進(jìn)行降噪研究控制，即聲源降噪（降低冷卻組件的相關(guān)噪聲源）和傳播路徑降噪（在聲源和受者之間插入聲屏障、在產(chǎn)品本體增加減震墊或外殼內(nèi)部增加隔音棉、隔聲罩等）。

3 SVG噪聲控制與降噪方式研究

3.1 SVG噪聲控制

降低噪聲包括降低在傳播路徑上降噪及對受者進(jìn)行防護(hù)。噪聲媒介如圖2所示。

聲源噪聲可通過以下途徑降低。改進(jìn)機(jī)械設(shè)計，如低噪聲風(fēng)機(jī)、低噪聲微電機(jī)、低噪聲空調(diào)器、低噪聲空壓機(jī)等；改進(jìn)工藝和操作方式；提高加工精度和裝配質(zhì)量。

控制噪聲傳播途徑是最常用的辦法，包括吸聲、消聲、隔聲、隔振、阻尼減振等。先識別噪聲源，再根據(jù)噪聲源特點(diǎn)而采取相應(yīng)的噪聲控制措施。常見的傳播路徑降噪設(shè)計方法如圖3所示，實(shí)際設(shè)計要根據(jù)產(chǎn)品和現(xiàn)場情況具體開展。

對水冷SVG設(shè)備進(jìn)行噪聲源分析，噪聲來源主要為水冷主機(jī)主循環(huán)泵、室外水風(fēng)換熱器風(fēng)機(jī)、空調(diào)室外機(jī)、室內(nèi)功率柜軸流風(fēng)機(jī)。其中，風(fēng)機(jī)是噪聲的主要來源。

3.2 水冷SVG風(fēng)機(jī)降噪研究及控制

3.2.1 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制。噪聲和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，隨著水冷設(shè)備容量增大，噪聲也隨之增大。降低空冷器轉(zhuǎn)速能減少風(fēng)機(jī)風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣動力噪聲，從而降低整體空冷器噪聲。

在滿足散熱前提下，適當(dāng)增加風(fēng)機(jī)數(shù)量，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，能有效減少噪聲。兩個相同風(fēng)扇的噪聲相加約增加3 dB ；4個相同風(fēng)扇的噪聲相加約增加6 dB。在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和數(shù)量之間取得一個平衡點(diǎn)，以滿足降噪需求。水冷設(shè)備容量在500 kW以上，增加風(fēng)扇數(shù)量、減少運(yùn)行轉(zhuǎn)速能減少10～15 dB的噪聲；水冷設(shè)備容量為200～500 kW，增加風(fēng)扇數(shù)量、減少運(yùn)行轉(zhuǎn)速能減少6～10 dB的噪聲；水冷設(shè)備容量在200 kW以下，增加風(fēng)扇數(shù)量、減少運(yùn)行轉(zhuǎn)速能減少3～5 dB的噪聲?，F(xiàn)場空冷器及風(fēng)機(jī)外形如圖4所示。

3.2.2 風(fēng)機(jī)電機(jī)角接/星接方案。風(fēng)機(jī)一般采用三相異步電機(jī)，繞組接法有兩種，分別為角接（△）與星接（Y）。角接數(shù)據(jù)參數(shù)見表1，星接數(shù)據(jù)參數(shù)見表2。

由表1、表2可知，測試頻率為50 Hz，對空氣冷卻器噪聲進(jìn)行測量，按照空氣冷卻器水平放置高度1.5 m、距離空氣冷卻器側(cè)面1 m處測量的噪聲平均值。當(dāng)冷卻容量小于700 kW時，將接線方式由角接改為星接，能有效降低空冷器成套設(shè)備噪聲；當(dāng)容量大于700 kW時，因風(fēng)量減小而導(dǎo)致制冷效果下降，需要增加空冷器臺數(shù)，以確保制冷效果保持不變，但多套設(shè)備疊加后的噪聲與原方案并無太大區(qū)別，且成本會大幅增加，故角接改星接的方案在容量大于700 kW時不適用。

3.2.3 電機(jī)磁極數(shù)方案。風(fēng)機(jī)外形如圖5所示。其中，圖5（a）為型號為900 C的風(fēng)機(jī)（頻率為60 Hz），電極級數(shù)為8級、轉(zhuǎn)速為870 r/min、功率為2.7 kW，在標(biāo)準(zhǔn)空氣條件下1 m處測得風(fēng)機(jī)噪聲為70 dB；圖5（b）為相同風(fēng)機(jī)型號，風(fēng)機(jī)電機(jī)級數(shù)為10級、轉(zhuǎn)速為700 r/min、功率為1.3 kW，相同空氣條件下測得噪聲為60 dB。由此可知，改變風(fēng)機(jī)磁極數(shù)量能有效降低成套設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。

3.2.4 增加隔音罩方案。隔聲罩由隔聲和吸聲材料組成，能將噪聲源封閉起來，是控制噪聲的經(jīng)濟(jì)有效方法。隔聲罩適用于的場合為風(fēng)量要求較小的空調(diào)器噪聲治理；空壓機(jī)、水泵、油泵、發(fā)電機(jī)等體積較小、形狀比較規(guī)整的噪聲源；車間辦公室、操作間等。隔聲罩的現(xiàn)場如圖6所示。

4 工程應(yīng)用

4.1 居民區(qū)SVG降噪案例

該項目位于杭州某居民區(qū)附近，在原有老舊變電站基礎(chǔ)上加裝SVG，水冷散熱器均在戶外。噪聲測量如圖7所示?？紤]到周圍對噪聲比較敏感，工程建設(shè)初期對SVG噪聲治理提出多種管控措施。根據(jù)合理設(shè)計風(fēng)機(jī)數(shù)量，增加風(fēng)機(jī)磁極方案，白天實(shí)測噪聲為51.5 dB，滿足要求。

4.2 變電站SVG降噪

某變電站現(xiàn)場勘測如圖8所示，布置2套戶內(nèi)水冷SVG設(shè)備，單套設(shè)備額定補(bǔ)償容量為8 Mvar。兩套SVG設(shè)備共用2臺水風(fēng)換熱器和4臺民用空調(diào)（用戶自備）進(jìn)行散熱。根據(jù)現(xiàn)場勘測結(jié)果，該項目擾動聲源位于地面，毗鄰居民區(qū)，屬國家一類功能區(qū)，居民區(qū)—1處實(shí)測噪聲為62～60 dB，不滿足要求。

對現(xiàn)場噪聲進(jìn)行排查和分析，項目配置的水風(fēng)換熱器及空調(diào)機(jī)組沒有進(jìn)行相應(yīng)的降噪處理，根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場安裝布置及與受影響區(qū)域位置關(guān)系，降噪重點(diǎn)是減少噪聲空氣傳播。因此，換熱器及空調(diào)機(jī)組排風(fēng)降噪和空氣隔聲降噪是關(guān)鍵。

綜合經(jīng)濟(jì)性、可行性考慮，為保證設(shè)備通風(fēng)散熱及滿足噪聲限值，本研究采用以下降噪措施：設(shè)置1個3 000 mm×6 000 mm加排風(fēng)消聲的整體式隔聲罩，根據(jù)機(jī)組設(shè)備尺寸大小，設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)龍骨，將吸隔聲板材安裝在鋼結(jié)構(gòu)龍骨上。鋼結(jié)構(gòu)龍骨骨架以80 mm×80 mm×3 mm鍍鋅方管作為主要型材，配有角鋼、槽鋼等，做到安全可靠。整體吸隔聲降噪主要在進(jìn)風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)面積不小于機(jī)組進(jìn)風(fēng)凈面積，確保設(shè)備能正常進(jìn)風(fēng)。吸隔聲板材采用75 mm復(fù)合吸隔聲構(gòu)造，由0.6 mm吸聲孔板、玻璃纖維布、75 mm隔音棉、3 mm隔音板、0.6 mm鋼板復(fù)合而成，對低頻噪聲具有良好隔聲效果。

隔音罩方案設(shè)計如圖9所示，在降噪的同時，不影響設(shè)備通風(fēng)和散熱，有利于設(shè)備日常維護(hù)及長久運(yùn)行。

噪聲監(jiān)控記錄如圖10所示。對水風(fēng)換熱器進(jìn)行噪聲治理后，當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時，扣除非該項目的噪聲影響，周邊受影響保護(hù)居民區(qū)噪聲值符合《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096-2008）中Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，即居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研設(shè)計、行政辦公為主要功能區(qū)域，白天噪聲小于55 dB、夜晚小于45 dB。

5 結(jié)語

根據(jù)上述研究可知，相同功率情況下，進(jìn)口水泵產(chǎn)生噪聲小于國產(chǎn)水泵3～5 dB；水風(fēng)換熱器隨著水冷設(shè)備容量增大，產(chǎn)生噪聲效果越大。增加風(fēng)扇數(shù)量、降低運(yùn)行轉(zhuǎn)速能顯著降低噪聲。水冷設(shè)備容量在500 kW以上，增加風(fēng)扇數(shù)量、減少運(yùn)行轉(zhuǎn)速，噪聲能減少10～15 dB；水冷設(shè)備容量為200～500 kW，增加風(fēng)扇數(shù)量、減少運(yùn)行轉(zhuǎn)速，噪聲能減少6～10 dB；水冷設(shè)備容量在200 kW以下，增加風(fēng)扇數(shù)量、減少運(yùn)行轉(zhuǎn)速，噪聲能減少3～5 dB。

不同場合對設(shè)備噪聲要求不同，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過采取綜合的降噪措施，可將居民區(qū)附近水冷型SVG處的噪聲白天降至50～60 dB、夜間降至40～50 dB。

參考文獻(xiàn)：

［1］張新，韓丹，吳超.靜止型動態(tài)無功發(fā)生器SVG在風(fēng)電場的應(yīng)用［J］.科技資訊，2013（28）：96-97.

［2］張明江.SVG型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置功能特性檢測分析［J］.黑龍江大學(xué)工程學(xué)報，2014，5（1）：84-90.

［3］張向東，龐俊強(qiáng).杏花山風(fēng)電場SVG型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置不同冷卻方式運(yùn)行分析［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2022（21）：124-125，128.

［4］李文忠.城區(qū)變電站噪聲影響分析及降噪措施的研究與應(yīng)用［D］.福州：福州大學(xué)，2017.

［5］錢澤倫，錢程晨，徐曉明.500 kV楊高變電站噪聲治理方案的研究及實(shí)施［J］.電世界，2024，65（5）：7-11.

［6］張科乾，黃小成，劉佳林，等.新能源場站風(fēng)冷與水冷SVG運(yùn)行對比分析［J］.黑龍江科學(xué)，2024，15（8）：74-77.