±800 kV奉賢換流站移動式Box-in結構設計

沈偉，馬棡

(1.華東電力設計院，上海市，200063;2.中國電力工程顧問集團公司，北京市，100120)

0 引言

向家壩—上海±800 kV特高壓直流示范工程是我國自主設計、建設、運行，并擁有自主知識產權的特高壓直流輸電工程。本工程于2010年8月5日正式投入商業運營，輸送容量6400 MW。與常規工程相比，特高壓換流站中產生噪聲的設備數量更多、噪聲更大、噪聲傳播的范圍更廣，可聽噪聲的控制尤為重要。

參照國內相關的工程經驗，換流站投運后進行噪聲治理實施難度大、費用高，不易達到預期目標;如果在工程方案設計和設備采購階段中加以考慮，能夠取得事倍功半的效果［1-10］。因此，奉賢換流站在工程設計之初就對噪聲控制給予重視，采用了優化總平面布置、選擇低噪音設備并加裝隔聲屏障等噪聲控制措施。

1 換流變常用的幾種降噪措施及特點

向上直流工程受端的奉賢換流站位于我國經濟發達的上海市境內，背靠浦南運河，圍墻距最近敏感點最長距離約200 m，噪聲治理工作難度較大。根據換流站噪聲源的分布特性和奉賢換流站的具體情況，提出了以下噪聲控制措施。

(1)優化總平面的布置。總平面布置中充分考慮噪聲源的影響，利用換流站內設施/建筑物進行合理的布置來阻擋噪聲傳播:采用高、低壓閥廳面對面布置方案對噪聲傳播有一定的抑制作用。

(2)設備選型中的降噪措施。采用新型全封閉移動式換流變，采用低噪聲平波電抗器，并降低設備高度、加裝隔聲屏障。交流濾波器場選用低噪聲的濾波電抗器，高壓電容器塔采取雙塔結構以降低噪聲源的高度;直流場濾波器的電容器和電抗器、閥冷卻塔等采用低噪聲設備。

(3)加裝隔聲屏障。

通過上述措施的綜合應用，奉賢換流站在采用新型封閉式換流變、交流濾波器場圍墻上安裝隔聲屏障(等效總高8 m)、平抗處圍墻上安裝隔聲屏障(等效總高10 m)、南側和站前區采用5 m和4 m高圍墻等措施后，換流站場界及周圍的噪聲計算水平可控制在50 dB以下。

2 換流變移動式Box-in降噪結構設計

換流變壓器是特高壓換流站內的主要噪聲源，為有效降低換流站的噪聲，對換流變壓器采用Box-in全封閉的型式進行隔聲處理。移動式Box-in降噪結構分為2部分:固定部分安裝在防火墻和基礎上;移動部分直接安裝在換流變壓器主體上，與換流變一同移動。這種結構能夠同時滿足隔聲降噪和快速更換檢修的要求。

2.1 設計原則

目前，國內傳統的換流變降噪結構有2種:(1)固定式降噪鋼結構屏障，屬于半封閉結構，更換設備時需全部拆除;(2)固定式全封閉Box-in降噪鋼結構，換流變更換時也需全部拆除［1］。2種降噪結構方案均需較長時間來更換和安裝降噪結構，不利于迅速更換設備。

在降噪的前提下，減少換流變更換拆裝工作量是奉賢換流站Box-in降噪結構設計的重點。綜合考慮奉賢換流站降噪和運行要求，提出了換流變移動式Box-in降噪設計方案，并設計出了換流變移動式Box-in降噪鋼結構，在保證降噪效果的前提下，縮短換流變檢修時間，提高了檢修效率。

2.2 設計方案

奉賢換流站工程采用移動式Box-in降噪鋼結構，如圖1所示，鋼結構分為固定部分鋼結構和移動部分鋼結構。

圖1 移動式Box-in降噪鋼結構Fig.1 Mobile Box-in Noise Reduction steel Structure

2.2.1 固定部分鋼結構

頂部固定三角撐鋼結構如圖2所示。橫桿采用HW100型鋼，斜撐采用雙拼角鋼，采用焊接方式與防火墻上預先埋設的鐵件連接，端部采用封邊角鋼把三角撐縱向連為一體，形成1個幾何不變體系，安全可靠。

前端固定部分鋼柱如圖3所示。在前端換流變兩側設置HW300×300鋼柱，與換流變基礎采用化學螺栓連接;鋼柱的側向通過2道斜撐與防火墻相連，采用化學螺栓，組裝方便。鋼柱頂部與頂部固定三角撐的封邊角鋼連接，前端固定鋼柱與頂部固定三角撐連為一體，形成1個可靠的固定鋼結構體系。

2.2.2 移動部分鋼結構

頂部門型鋼結構如圖4所示。橫梁和柱采用HW100型鋼，斜撐采用方鋼管，由于換流變頂部支點較少，在下方兩邊各增加了1根HW200的過渡橫梁，與換流變頂板支撐塊采用螺栓連接。

圖4 頂部門型鋼結構Fig.4 Top sector steel structure

前端鋼結構如圖5所示。采用縱橫向布置的HW100型鋼鋼框架結構，通過換流變前端設置的支撐塊與換流變螺栓連接。移動部分鋼結構均采用螺栓與換流變連接，安裝靈活、便于組裝與拆卸。

2.2.3 隔聲板減振設計

由于運行過程中換流變振動較大，為增強隔聲效果，隔聲板需增加減振措施。本工程對不同的結構區域采取了不同的減振措施。由于換流變Box-in頂部活動鋼架上的隔聲板主要產生的是豎向壓力，因此采用橡膠支座連接，如圖6所示。

換流變前端鋼架上的隔聲板，由于其在自重作用下對鋼架主要產生剪力，故不采用無法承受剪力的橡膠支座，而是采用有內螺栓的圓柱體減振柱，見圖7。

圖7 換流變前端鋼架圓柱體減振柱Fig.7 Front cylinder steel damping column of converter transformer

2.2.4 固定和活動板間的密封設計

考慮到施工誤差，在換流變上頂板活動隔聲板與防火墻固定三角撐上的固定板之間，預留了一定的縫隙。由于施工中標高產生的誤差，可能引起上部活動板下壓下部固定板而產生二次應力，危及結構安全，故本次設計要求加工單位選購低彈性模量的通長中空橡膠密封條，確保上下隔聲板通過密封條接觸密封后避免上、下隔聲板之間傳力。

2.2.5 Box-in 頂部防水處理

Box-in頂部板與板之間采用耐候硅酮密封膠進行防水處理，活動部分板與固定部分板之間采用通長中空橡膠密封條兼作防水條，固定部分板與防火墻之間采用角鋼加泛水薄鋼板進行防水處理，如圖8所示。

圖8 Box-in頂部防水處理Fig.8 waterproofing treatment at the top of Box-in structure

2.3 設計注意事項

移動式Box-in降噪結構設計在國內外尚屬首次，無工程實例可供參考;換流變又是站內最重要的設備之一，配套設備較多，為保證移動式Box-in結構的降噪效果和安全可靠運行，在結構設計中還應注意以下事項。

2.3.1 鋼結構與換流變套管布置

由于換流變的套管較多，結構布置時應注意套管的位置并及時避讓，并留出足夠的運行空間，結構體系仍須通過構造來加固處理。

2.3.2 鋼結構與水噴淋管道布置

換流變的每個間隔均有水噴霧管道，Box-in結構設計必須綜合考慮水噴淋管道布置。首先，避免各層水噴淋管道跟頂部三角撐碰撞，并應留有一定的空間。其次，水噴淋管道穿過Box-in前端板時，根據管道的位置來調節結構桿件的標高，還要根據水管連接頭的種類(插接頭或法蘭接頭)，確定隔聲板開孔的大小。

2.4 效果

通過結構的受力分析和細部合理設計，移動式Box-in降噪鋼結構體系可靠而牢固，受力合理，具有剛度大、變形小、減振和密封效果好的優點，滿足工程要求。

3 結構設計優化

通過移動式Box-in降噪結構在特高壓直流換流站中的應用實踐，設計人員積累了設計經驗，也發現了一些值得優化的地方。

3.1 優化頂部橫梁截面

由于換流變頂部支撐塊數量和隔聲板自身跨度有限，因此在頂部增加了1根HW200×200的橫梁截面。由于初次設計無經驗可循，并考慮到本工程的重要性，截面選擇相對保守。通過計算分析，截面可優化為HW150×150，既能滿足受力要求，外形也更加美觀。在后續工程設計中，考慮增加頂板支撐塊的數量，取消該橫梁。

3.2 優化設備頂部門型鋼架斜撐

奉賢換流站Box-in設計采用頂部門型鋼架柱兩側設置斜撐，為門型架提供最大的支撐力并保證其剛度要求，但這對頂部運行人員的通行有一定妨礙。后續工程設計優化方案為:僅在鋼柱外側設斜撐，角度減小;內側取消斜撐，撓度增大，但受力和變形均滿足要求，更加美觀，同時為運行人員提供了更大的巡視空間。

4 結語

隨著我國特高壓直流工程后續建設的開展和研究的進一步深化，換流變移動式Box-in降噪結構設計也將不斷優化，最終一定能夠在滿足運行要求的前提下為換流變提供一種輕便、堅固、易于拆卸的Box-in降噪結構，并實現降噪要求。

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