干式鐵心電抗器的減振降噪措施研究

霍銓廣

摘要：隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展和人們對生產(chǎn)生活需求的不斷提升，人們對電力系統(tǒng)的要求也越來越高。電抗器在維護整個電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行方面發(fā)揮著重要的作用。尤其是近年來，干式鐵心電抗器因其性能安全可靠、損耗較小、維修簡單以及體積小等優(yōu)勢越來越多地應(yīng)用在城市辦公大樓、商務(wù)中心、住宅樓以及人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯膱鏊墒借F心電抗器運行過程中的振動和噪聲已經(jīng)逐漸引起人們的注意。

關(guān)鍵詞：干式鐵心電抗器，局部磁密，減振降噪

本文主要對干式鐵心電抗器的結(jié)構(gòu)進行了簡單的介紹，并對干式鐵心電抗器振動的原因進行了簡單的分析。在此基礎(chǔ)上，對干式鐵心電抗器的減振降噪的一般措施、經(jīng)濟降噪措施以及運行條件下的降噪措施進行了簡單的探討。

1干式鐵心電抗器結(jié)構(gòu)

干式鐵心電抗器的基本構(gòu)造是由空氣作為復(fù)合絕緣介質(zhì)、繞組由玻璃纖維復(fù)合固化絕緣材料與樹脂澆注成形、由含有非磁性間隙的鐵軛同鐵心作為磁通回路。干式鐵心電抗器的基本組成部分包括鐵軛、 鐵餅、繞組以及氣隙。干式鐵心電抗器的基本構(gòu)造如下圖所示。

穿心螺桿將鐵心柱以及鐵軛壓密，鐵心柱被分成若干個鐵餅，通過非磁性材料在鐵餅之間相隔，就形成了帶間隙的鐵心結(jié)構(gòu)。圖中鐵心被線圈環(huán)繞的部分可以近似認為環(huán)氧樹脂（即氣隙）等復(fù)合材料占10%，硅鋼片（即鐵餅）占到總材料的90%。鐵軛主要材料就是硅鋼片。

2干式鐵心電抗器振動原因分析

某電抗器測點示意圖和碟簧結(jié)構(gòu)對電抗器的振動影響圖如下所示。

通過對干式鐵心電抗器一系列的振動試驗研究及以上測點圖可知，采用碟簧結(jié)構(gòu)能對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有較為明顯的作用，但是并不能很好地降低干式鐵心電抗器的振動。電抗器在連續(xù)長期的工作狀態(tài)下，其鐵心內(nèi)部的溫度升高較為明顯，導(dǎo)致電抗器產(chǎn)生嚴重噪聲。在高溫穩(wěn)定時，電抗器噪聲中較高的頻率出現(xiàn)比例增加。表面振動分布情況以及輻射表面形狀決定了聲輻射效率。鐵心的振動是造成電抗器振動的主要原因。在鐵心溫度升高且穩(wěn)定之后，電抗器與振動也發(fā)生了變化。電抗器兩側(cè)與高頻振動出現(xiàn)的振動差異較大。當(dāng)掃頻過程中的激勵頻率與線圈固有頻率較為接近時，干式鐵心電抗器的振動明顯增大，噪聲也隨著增大。通過對干式鐵心電抗器的間隙材料進行更換，能夠有效降低電抗器的噪聲。當(dāng)干式鐵心電抗器的鐵心溫度升到一定程度時，間隙的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料容易發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)化，從而使線圈與一些高頻振動發(fā)生共振，進而加劇干式鐵心電抗器的振動和噪聲。另外，在一定的高溫條件下，環(huán)氧樹脂材料的性能發(fā)生變化，這樣環(huán)氧樹脂材料的彈性模量就會降低，鐵心各階段的固有頻率也會發(fā)生一定的遷移，產(chǎn)生明顯的改變，可能造成鐵心結(jié)構(gòu)低頻振動的密集，使干式鐵心電抗器產(chǎn)生較大振動和噪聲。

3減振降噪一般措施

3.1澆注變壓器降噪措施

3.1.1為改善絕緣層，降低磁滯伸縮，可以采用超取向高導(dǎo)磁硅鋼片（Hi-B），它能夠增強涂層抗張力，使結(jié)晶方位更加完整，通過有關(guān)試驗表明，使用Hi-B硅鋼片能在相同的工作磁密度下使鐵心噪聲降低3～4dB。但是同普通硅鋼片相比，Hi-B硅鋼片含硅量高，硅鋼片的硬度較大，在鐵心剪切的過程中容易對刀具造成較大的磨損。同時Hi-B硅鋼片的造價較高，增加了成本投入。在磁通密度較小的情況下，普通硅鋼片與Hi-B硅鋼片的單位磨損相差不大。如在1.41T與1.42T磁通密度情況下，30Q-130硅鋼片的單位鐵損分別為0.756W/kg與0.743W/kg。而在1.41T與1.42T磁通密度條件下，30Q-120G硅鋼片的單位鐵損分別為0.752W/kg與0.741W/kg。其中30Q-130G硅鋼片比30Q-120G硅鋼片的價格減少了0.9元/kg，但是30Q-130G硅鋼片比30Q-120G硅鋼片的單位鐵損增加了0.27%。

3.1.2為了降低產(chǎn)品噪聲，可以降低干式鐵心電抗器的鐵心額定工作磁密度。通過有關(guān)電抗器噪聲試驗表明，當(dāng)處于在1.45T以上的額定工作磁密度時，鐵心噪聲隨著磁密度每降低0.1T而降低2～3dB，但是磁密度的降低會使得鐵心體積增大，而且也增加了產(chǎn)品的成本。另外，若是干式鐵心電抗器的鐵心額定工作磁密度取值太低，那么優(yōu)質(zhì)硅鋼片低損耗的優(yōu)勢就無法充分發(fā)揮出來。

3.2經(jīng)濟降噪措施

3.2.1適當(dāng)減小鐵心體積。電抗器的主要噪聲源就是鐵心，一個行之有效地降低電抗器噪聲的措施就是減少鐵心的重量和體積。可以通過縮小鐵心的直徑來實現(xiàn)。人們往往認為鋼材與硅鋼片之間的結(jié)構(gòu)差異會導(dǎo)致鐵心直徑減小后增加電抗器的成本投入，但實際上，只要對產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計，通過一系列的分析、計算以及比較，減小鐵心的直徑不僅會降低產(chǎn)品成本投入，還會有效降低產(chǎn)品的噪聲和空載消耗。

3.2.2通過采用階梯接縫疊片方式能夠有效降低干式鐵心電抗器的噪聲，而且不會增加成本投入。由于硅鋼片的自由端為鐵心接縫處，鐵心的局部磁密度能夠通過階梯接縫疊片方式得到有效降低，這樣接縫處產(chǎn)生的局部磁密的降低就使得接縫處的噪聲得到有效降低。

3.2.3將低壓繞組與鐵心之間的氣隙分隔開來。由于電抗器的噪聲是一種基波頻率為100Hz的聲波，它由高次諧波以及基波組成，包括一般波動的所有特征，即含有繞射、折射、共振以及反射的一系列特點，電抗器的鐵心截面是近似圓形的多級梯形的對稱的截面，噪聲的發(fā)出體為鐵心，可以將其看做由無數(shù)個對稱的小聲波源組成，如果將低壓繞組與鐵心之間的氣隙分隔開來，那么就將對稱聲波源的相干途徑截斷，能夠大大降低電抗器的噪聲。一般可使磁密度降低4～6dB。

3.2.4通過對鐵心的夾緊質(zhì)量進行改善能夠在一定程度上降低干式鐵心電抗器的噪聲。由于鐵軛夾緊時常常因為夾件的鋼性不夠?qū)е轮虚g往外膨脹而兩端往內(nèi)彎曲的現(xiàn)象，從而使得同層的軛片與芯片沒能處于同一平面，進而導(dǎo)致橫向磁通，磁密波形不再呈現(xiàn)正弦曲線，高次諧波成分因為磁滯伸縮的增大而增大。通過在夾件兩端增設(shè)限位裝置，并且對鐵心夾緊力進行適當(dāng)?shù)目刂疲軌蚱鸬揭欢ǖ慕翟胄Ч?/p>

3.3運行條件下降噪措施

電網(wǎng)的安裝場所環(huán)境因素、用戶負荷性質(zhì)以及電壓等電抗器的運行條件因素都可能引起電抗器噪聲增大。為了降低電抗器的噪聲，可以對變壓器分接頭電壓進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。采用Dyn11接法的變壓器，以及將隔離變壓器安裝在可控硅裝置與采用Dyn11接法的變壓器之間都能夠降低干式鐵心電抗器的噪聲。當(dāng)電抗器鐵心局部心片短路或者電抗器鐵心多點接地時，及時排除鐵心故障，就能減少鐵心局部磁通畸變，進而減少電抗器噪聲。當(dāng)電抗器與四壁之間的距離小于3m時，且電抗器的安裝環(huán)境四壁比較光滑時，在安裝場所的四壁上鋪設(shè)吸音材料能夠有效降低電抗器的噪聲。

結(jié)語：為了降低干式鐵心電抗器的振動和噪聲，可以采用超取向高導(dǎo)磁硅鋼片，降低干式鐵心電抗器的鐵心額定工作磁密度；還可以適當(dāng)減小鐵心體積，采用階梯接縫疊片方式，將低壓繞組與鐵心之間的氣隙分隔開來，對鐵心的夾緊質(zhì)量進行改善等等。應(yīng)該在實際工作中進行更加深入的研究與探討，以更加有效地降低干式鐵心電抗器的噪聲和振動。

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