干式铁芯串联电抗器运行后的噪声问题分析及处理对策

徐林峰，毛启武，欧小波，马志钦，唐金权，袁乙专

（1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广州 510600；2.明珠电气有限公司，广东广州 511400）

0 前言

电抗器是电网实现无功平衡、限制电网故障扩大的重要设备。近年来，电网内由于10～35 kV干式铁芯电抗器质量问题、运行环境问题导致电抗器缺陷甚至停运的情况时有发生，其中噪声大的问题已成为影响电抗器运行质量的最普遍的缺陷之一，而且随着运行时间增长，噪声大的问题更加突出，严重影响设备持续安全运行[1]。据统计，2011年10～35 kV干式铁芯电抗器在广东电网公司内发现缺陷共计202台次，其中振动异常噪声过大缺陷共计76台次，缺陷率占比为37.6%。

目前在系统中运行的铁芯电抗器均已通过试验考核，但在投运后或运行一段时间后即出现噪声大问题，此类缺陷在运行的产品中比较普遍。因此，对运行后的干式铁芯电抗器噪声问题进行分析，研究处理对策，对加快噪声问题排查分析和制定降噪措施，提高预防噪声能力，十分有意义，本文就此进行探讨。

1 运行后的噪声问题

1.1 技术参数

（1）名称：树脂绝缘干式铁芯串联电抗器；

（2）型号：CKSC-200～500/10-5；

（3）额定容量：200～500 kvar；

（4）额定电压：10 kV；

（5）额定端电压：318 V；

（6）额定电流：210～524 A；

（7）额定频率：50 Hz；

（8）额定电抗率：5%；

（9）绝缘等级：F；

（10）绕组温升限值：95 K；

（11）绝缘水平：LI75AC35；

（12）冷却方式：AN。

1.2 电抗器一般噪声问题分析和处理

1.2.1 金属杂音

金属杂音频率以100 Hz为主，主要表现：（1）紧固螺丝松动，引起金属垫圈松动，在交变磁场作用下金属垫圈撞击邻近金属件；（2）小体积的金属跌落在铁芯和夹件之间的缝隙中，受交变磁场影响发生持续振动；（3）铁饼中的硅钢片松动；（4）电抗器金属围栏局部振动；（5）刀闸等开关设备没有合到位。判断方法：选取长度不小于2米的干燥环氧绝缘棒用力顶怀疑部位的小零件，看金属杂音是否变小，如发生明显变化就说明，对应部位的小零件在振动。

解决办法：检修时对发生松动的部位，重新紧固，配合进行防松改造则更好。

1.2.2 局部噪声偏高

对三相电抗器进行噪声测试时，测试轮廓线为一个长圆形，如图1。噪声测试结果显示，各点噪声不一致，有时表现为相邻的一串数据偏大，比如图1中的测点4、5、6和7的数据受线圈（A，X）对应铁芯柱影响较大，对照产品实物来讲，就是单侧噪声偏高，差异有时在5 dB以上。产生原因为：（1）电抗器装配质量不稳定，有一个铁芯柱装配质量较差，引起邻近该铁芯柱的一侧噪声大；（2）安装空间狭小，电抗器发生噪声反射后，在局部测试区间显著加强；（3）安装地面不平；（4）多台电抗器相互影响。

解决方法：（1）重新装配铁芯柱，或者更换铁芯；（2）在墙面装设吸音屏，减少反射；（3）在电抗器底座与地面之间装橡胶垫，以减小地面不平的影响；（4）将电抗器装入具有吸音功能的外壳中，可以把相互影响降到最低。

图1 噪声测点分布图

1.2.3 引线铜排噪声

由于引线铜排有大电流通过，因空间磁场使铜排产生振动。铜排的振动将严重影响电抗器的噪声，使电抗器的噪声增大3～5 dB以上，如果不仔细区分，可能会误认为是电抗器本体的噪声。判断方法：选取长度不小于2米的干燥环氧绝缘棒用力顶铜排，如果噪声发生明显变化就证明是引线铜排共振引起的噪声问题。

解决方法：（1）稍微拧紧或者是松开支承点螺丝，尝试改变对铜排的约束，以破坏铜排共振的条件；（2）铜排过度接头处采用软连接；（3）铜排支承点跨度大时，增加支承点；（4）支承点加隔振橡胶垫。

1.2.4 附件噪声

有些电抗器带外壳、金属围栏、风机、温控器等附件，这些附件的共振产生附加噪声，如果不能识别排除就会误认为是电抗器的本体噪声。判断方法：（1）外壳：选取长度不小于2米的干燥环氧绝缘棒用力顶外壳铝板（或钢板），看噪声是否明显变化，如发生明显变化就说明外壳在振动。（2）风机：选取长度不小于2米的干燥环氧绝缘棒用力顶每个风机的外壳，看噪声是否明显变化，如发生明显变化就说明风机在共振。（3）其他附件：选取长度不小于2米的干燥环氧绝缘棒用力顶电抗器所安装的每个零部件（如：温控器支架等），看噪声是否明显变化，如发生明显变化就说明零部件在共振。

解决方法：（1）看外壳铝板（或钢板）是否松动，有可能安装时受不当外力变形，需要重新拧紧一下外壳的螺丝，将外壳的铝板固定好，对变形的部分进行校正；（2）看风机是否松动，需要拧紧一下风机的紧固螺栓，在风机和风机支架之间垫一块橡胶，就可以抑制风机的振动；（3）如电抗器其他零部件松动，则需要重新固定。

1.3 电抗器特珠噪声问题分析和处理

1.3.1 噪声随运行温度明显变化

电抗器投运后，温度逐步升高，直至达到温度稳定。电抗器温升时间常数τ一般在3～5 h之间，达到温度稳定一般在投运10 h之后。电抗器各种材料的热膨胀系数彼此并不相同，具体见表1。

表1 材料的热膨胀系数

（1）电抗器生产用到多种材料，有铁磁材料如硅钢片、金属结构件等，有绝缘材料如环氧树脂，有导体如铜导线、出线铜排等，这些材料受热后膨胀系数不一致，造成线圈膨胀快而铁芯膨胀慢或者相反，伸缩很难同步；（2）产品设计上假设膨胀差异可以被吸收，采用如橡胶垫等易变形材料，其实际效果要通过现场运行来检验，通过检验来发现并补足其吸收能力的不足。

解决方法：由于材料特性差异，膨胀系数的差别总是存在的，要针对伸缩变化进行膨胀吸收调节的设计和校验，并留有裕度。

1.3.2 噪声高于出厂值

出厂时经声级测定合格的电抗器，在现场运行时，噪声常高于出厂值5 dB以上，主要原因在于：（1)谐波影响，这里指并联电容器无功补偿装置安装接入点的背景谐波比较大；（2）环境中空腔放大噪声，有的安装基础考虑不周留有空腔；（3）多台产品靠近安装相互激振，同规格产品，结构参数相同，易发生共振；（4）负荷谐波增大，并联电容器无功补偿装置投入运行后，可能对特定谐波形成低阻抗通道，由于电网阻抗参数改变后电流重新分配，实际流过电抗器的谐波超过安装前的预计水平。

解决方法：（1）应用到存在较多谐波的系统时，电抗器设计时要选取较低的铁芯磁密[2]；（2）将安装基础的空腔用沙或类似材料填实，破坏其空腔结构；（3）为产品装上具有吸音功能的外壳；（4）采用可调节电感值的电抗器，调节电抗值偏离谐振点。

2 预防措施

与系统运行环境、安装操作过程及安装基础具体条件相关的噪声，只有在安装就位投运后才能发现噪声问题并进行降噪处理，此外，从噪声产生机理分析，针对噪声产生的产品自身原因，在现有设计方法、选材原则、生产工艺和检验试验手段基础上，还须采取多种措施进行预防。

2.1 改进紧固工艺

磁致伸缩是电抗器铁芯振动的一个重要内在原因，此外受电抗器铁芯柱分割影响，铁饼之间存在电磁力相互作用[3-6]，而铁芯电抗器以铁芯为支承骨架，铁芯的振动使线圈振动也不可避免。电抗器生产过程中，须采取防振动措施，特别要收集运行经验，不断改进紧固方法，如采用止动垫圈等。经证明对降噪起关键作用的工艺措施，应推广应用，如铁饼真空浇注、铁芯柱与铁轭接缝处理等。

2.2 克服检验和试验盲区

对串联电抗器，声级测定为特殊试验项目，而电抗器噪声不完全由设计、选材、工艺路线决定，还与装配质量的稳定性相关。同规格同批次产品，噪声相差3～7 dB的情况也存在。这说明装配质量影响噪声，有必要设计专用检验设备，以排查装配引起的铁芯局部翘曲、结构件扭曲如拉杆的扭曲等严重不利于抑制噪声的情况，检验装配质量的稳定性。对噪声敏感的变电站选用的电抗器设备，宜将声级测定列入例行试验项目。

2.3 加强运行维护指导

设备运行维护手册要增加现场防噪声内容，对异常噪声现象提示查找原因的方向和排查的具体步骤。铁芯电抗器的铁芯柱先分割再复合而成，不利于噪声抑制，要特别加强铁芯防松动的检查，包括局部铁芯片的松动、作用在铁芯上的紧固装置防松等。

2.4 合理选型避开谐振

根据GB50227-2008并联电容器装置设计规范，当电网背景谐波为5次及以上时，电抗率配置可按4.5%～5%。要注意电容值的实测值和理论值差别，考核容抗和电抗匹配关系，避开谐振。

3 现场噪声处理实例

某变电站共有2套并联电容器无功补偿装置，全部采用了树脂绝缘干式铁芯串联电抗器（型号：CKSC-300/10-5），投运后用户反映噪声大，严重影响值班人员休息，经现场测试，单台运行噪声（声压级）高达81.3 dB(A)。

噪声原因排查步骤如下：经检查，产品投运时间已有1年2个月，说明产品已经年度周期性负荷变化运行考验，基本可以暴露设备在噪声方面的隐患。线圈为两包封结构，两侧铜排出线，外观未见异常，从下至上表面测试温度84℃～98℃，温升正常（环境温度28℃）。产品铁芯采用了“山”字形铁轭，没有中心拉杆，靠8条旁拉杆拉紧。检查安装基础，无空腔等不当结构，地脚紧固螺栓无明显松动。检查电流谐波含量，仅有少量谐波，以5次谐波为主，总谐波含量3.7%（低于5%）。调查环境噪声，通风设施无异常噪声；且离主变室较远，可以排除主变噪声影响；同室布置2套并联电容器无功补偿装置，再无其他噪声源。再检查围栏，围栏由金属立柱和非金属网板拼接而成，无异常。进出线全部采用了电缆。

初步判断，噪声由产品本体产生，受铁芯松动影响概率较高。为进一步查找原因，选取长度为2米的干燥环氧绝缘棒用力顶住上铁轭，震感十分明显。顶住下铁轭，震感依然十分明显。询问值班人员，产品运行后已经过一次降噪处理，主要是重新紧固铁芯并刷漆。由此推测产品铁芯结构可能有固有缺陷，上述措施不能消除该缺陷。借助可移动光源，仔细查看铁芯柱，发现铁芯柱未采用真空浇注工艺，其上涂刷的树脂已大部分脱落，至此可以判断铁芯柱松动引起噪声异常。

由于铁芯柱松动缺陷没法现场消除，降噪方案是按现场产品尺寸和参数重做一台干式铁芯串联电抗器，重做时铁芯采用磁致伸缩性能好的30Q120硅钢片，铁芯柱采用真空浇注工艺，重新安装就位时在安装基础上增加了隔振橡胶垫。投运后产品实测噪声（声压级）降到53.1 dB(A)（详见表2），解决了困扰用户的噪声问题，说明噪声异常原因排查判断正确，所采取的降噪措施有效。

4 结束语

随着在网投运干式铁芯电抗器的增加和产品运行时间的增长，设备在噪声方面隐患暴露的几率逐渐增大，加强噪声问题的分析和处理，提高对设备运行中的噪声问题的辩识能力并保持警惕，防止出现严重事故，减小设备停运损失。

表2 声级测定

（1）在设备选型和工程设计上，须采取降噪措施，防止共振等噪声放大情况出现；

（2）干式铁芯电抗器有其特珠性，即使采用同样的设计、采取同样的降低噪声措施生产，每台产品的噪声仍然有其独特性，须研究适用的检验设备对噪声隐患进行识别和处理；

（3）研究干式铁芯电抗器噪声问题分析和处理方法，制订处理预案，以提高噪声问题排查速度和现场改善效果。

［1］孙志，张文春，陈国珍.变电站铁心电抗器振动噪声测试及分析研究［J］.电气制造，2014（1）：74-77.

［2］刘旺玉，李静，张勇，等.干式串联铁心电抗器振动噪声控制研究［J］.机械设计与制造，2010（8）：141-143.

［3］崔立君.特种变压器理论与设计［M］.北京：科学技术文献出版社，1996.

［4］曾庆赣.树脂浇注干式变压器和电抗器［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［5］段绍辉，丁庆，黎剑锋，等.非晶合金铁芯干式变压器噪声特性研究与分析［J］.机电工程技术，2014（3）： 36-39.

［6］刘石，徐林峰，冯永新，等.10kV干式铁心并联电抗器振动问题研究［J］.变压器，2009，46（9）：31-34.