试分析换流站电力设备降噪方案

张俊杰 张军

摘   要：文章分析了换流站电力设备的噪声机理和声源特性，并在此基础上制定有效的设备降噪方案，希望为相关行业提供借鉴。

关键词：换流站;电力设备;降噪方案

自21世纪以来，为满足社会经济发展和人民群众的需求，我国输电电压不断提升，直流换流站中的电力设备在规模和容量上均显著提升，虽然提高了换流工作的效率，却导致了噪声问题，使周边居民日常生活受到了影响，在此背景下，研究换流站电力设备降噪方案，意义十分重大。

1    换流站电力设备噪声控制方式

通过查阅相关资料得知，在换流站中噪声主要的来源为变压器、电抗器和滤波器组。在电压和负载额定的情况下，变压器的噪声可达88 dB，在谐波情况下，可能会达到110 dB，而电抗器和滤波器的噪声等级与变压器大致相同。由此可以看出，生活在换流站附近的居民，生活质量必然会在噪声的影响下有所降低。

就换流站的噪声源而言，对噪声进行控制的方法主要体现在以下方面。（1）对内部结构进行改善，使结构精度不断提升，并采取有效的措施，使内部阻尼得到改善，进一步缩小声源的噪声发射功率。（2）应用多种减噪方法，比如干涉、隔声、减振等在传输路径中对声源噪声辐射进行控制的方法。从实际应用结果上看，最有效的控制措施为改进结构，但这种措施应用难度较高，很难在已经成熟的设备中应用，故控制受声点、声功率成为主要的应用方法[1]。

从控制噪声传播途径的角度上看，隔声和吸声方法的应用较为广泛。吸声方法是指通过吸声材料的使用，对受声点的声能进行控制，这种吸声材料具有将声能转化为热能或其他能量的功能。比如微穿孔孔共振吸声结构、多孔吸声材料等。隔声技术是指应用隔声板，对声音传播进行阻隔，以缩减声能。目前，隔声设施应用十分普遍，常见的包括隔声罩、隔声墙以及屏障。此外，在控制噪声时应用主动消声技术，亦可取得良好的效果。其原理为声波相削干涉原理，主要是指在规定位置上发出抗噪声源，其声波应该与噪声源声波相等，但相位应相反，促使二者在对抗的过程中抵消，最终实现对噪声的有效控制，但这种噪声控制方法较为复杂，故难以被大规模应用。

2    换流站电力设备降噪措施

2.1  变压器和电抗器降噪

通过上述分析得知，在换流站中，噪声来源主要包括3部分，变压器和电抗器就是其中的两个噪声源，究其原因，主要是换流站中设备规模和布置密度较大，从而导致噪声问题十分严重。变压器产生的噪声包括以下几种。（1）冷却风扇运动过程中产生的振动噪声。（2）电磁噪声。（3）变压器振动产生的噪声。噪声形成机理如下：变压器在工作过程中，会在磁通的作用下，发生伸缩振动，继而出现电磁噪声。并且电磁噪声的大小与功率存在正向关联。电磁噪声会借助变压器进行辐射，尤其是在共振情况下，噪声强度会大幅度上升。为实现对噪声的控制，可以结合吸声和隔声等措施隔离声源。经过多年研究与发展，一种具有良好隔声性能的隔声结构被研发出来，这个隔声结构就是BOX-IN，将这种隔声结构应用于换流站之中，可以实现对各类声源的有效阻隔，具体表现为利用隔声结构封闭声源，阻断声音流出的路径，但应用这种方法时，需要对散热进行考虑，因此，部分地区在应用BOX-IN时，还会在隔声区外部设置冷却风扇。在发挥隔声结构隔声作用的同时，保证设备的安全。

出于控制隔音室混响声的考虑，可以将吸声结构增加到密闭隔声室的侧边或顶端，进一步强化噪声控制效果。实践应用结果表明，通过对BOX-IN结构的合理运用，可以将变压器和电抗器的噪声等级由88变为65左右，有助于保障居民的正常生活[2]。

2.2  交流滤波器组

2.2.1  滤波电抗器

目前，在换流站中应用的滤波电抗器，类型为干式空心电抗器，噪声产生原理为绕组振动，但这种电抗器与传统电抗器相比，产生的噪声较小。在电流经过电抗器时，在磁力的作用下，带电绕组就会发生振动，由振动引发的噪声就会借助空气传播。想要实现对这类噪声的控制，可以采取的方法包括两种，一种是减小绕组振动，另一种是控制谐波电流。某研究机构通过结构设计的方式，对噪声进行了有效控制，采用设计方法包括如下几点。（1）对结构尺寸、机械强度进行合理的优化，以扩大共振频率和临界频率间的距离。（2）使线圈截面增加，通过惯性的有效应用，使振幅缩小。

另外，对于已经建成的滤波电抗器而言，将圆柱状隔声罩加入到电抗器周围是有效的措施，出于设备安全的考虑，可以在隔声罩顶端设置敞口，保持内部通风。试验结果表明，这种隔声罩的使用，可以将高达88 dB的噪声减弱至72 dB。

2.2.2  滤波电容器

滤波电容器与其他电力设备相比，具有如下的特点。（1）较大的占地面积。（2）高度大。（3）较为广泛的分布范围。因此，上述提出的BOX-IN隔声方法难以适用。再加上滤波场大多分布在换流站的边缘区域，噪声会产生非常大的影响，因此，选择合理的降噪方法十分关键。

在分析设备结构后发现，极板上的交变电场力是引发振动噪声的主要原因，通常情况下，其产生振动频率远高于电压频率。就电力容器而言，电压内部包含两种成分，分别为谐波和基波，这在一定程度上加大了降噪的难度。

由于电容器组由大量的电容器组成，需要分析单个电容器的噪声来源，据查阅资料得知，底面是电容器噪声的主要来源，为此，可以通过双地面结构和增加地面阻尼隔声等措施，使单个电容器的噪声等级下降，从而实现对整个电容器组噪声強度的控制。

就滤波场电容器组而言，电容器内部结构复杂，且单元众多，并且这些单元会在工作过程中发出指向振动噪声，具有特定的分布规律。为控制噪声，可以采取双塔式的塔架结构，这种塔架结构与原有结构相比，高度较低，并且还能改变电容器的安装方式，通过两列背靠背安装方式的使用，使电容器单元产生的噪声减小。另外，采取纵横交错的布置方式，还可以改变噪声的分布规律和指向性，有助于整体噪声强度的减弱。

3    结语

本文通过对换流站电力设备噪声问题进行分析，并提出了几种应用范围较广且应用效果显著的噪声控制方案，有助于实现降噪的目的。在控制电力设备噪声的同时，还要对绝缘距离要求进行考虑，并以此为基础，优化场区布置，以减弱换流站噪声对周边居民的影响。

[参考文献]

[1]周启学，毛奇志，任晋宇.科考船机械设备减振降噪措施的应用[J].船海工程，2019（4）：42-46.

[2]张辉.工业厂房的隔音与降噪治理研究[J].绿色环保建材，2019（1）：193，196.