試分析換流站電力設(shè)備降噪方案

張俊杰 張軍

摘? ?要：文章分析了換流站電力設(shè)備的噪聲機(jī)理和聲源特性，并在此基礎(chǔ)上制定有效的設(shè)備降噪方案，希望為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：換流站;電力設(shè)備;降噪方案

自21世紀(jì)以來，為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾的需求，我國輸電電壓不斷提升，直流換流站中的電力設(shè)備在規(guī)模和容量上均顯著提升，雖然提高了換流工作的效率，卻導(dǎo)致了噪聲問題，使周邊居民日常生活受到了影響，在此背景下，研究換流站電力設(shè)備降噪方案，意義十分重大。

1? ? 換流站電力設(shè)備噪聲控制方式

通過查閱相關(guān)資料得知，在換流站中噪聲主要的來源為變壓器、電抗器和濾波器組。在電壓和負(fù)載額定的情況下，變壓器的噪聲可達(dá)88 dB，在諧波情況下，可能會(huì)達(dá)到110 dB，而電抗器和濾波器的噪聲等級與變壓器大致相同。由此可以看出，生活在換流站附近的居民，生活質(zhì)量必然會(huì)在噪聲的影響下有所降低。

就換流站的噪聲源而言，對噪聲進(jìn)行控制的方法主要體現(xiàn)在以下方面。（1）對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，使結(jié)構(gòu)精度不斷提升，并采取有效的措施，使內(nèi)部阻尼得到改善，進(jìn)一步縮小聲源的噪聲發(fā)射功率。（2）應(yīng)用多種減噪方法，比如干涉、隔聲、減振等在傳輸路徑中對聲源噪聲輻射進(jìn)行控制的方法。從實(shí)際應(yīng)用結(jié)果上看，最有效的控制措施為改進(jìn)結(jié)構(gòu)，但這種措施應(yīng)用難度較高，很難在已經(jīng)成熟的設(shè)備中應(yīng)用，故控制受聲點(diǎn)、聲功率成為主要的應(yīng)用方法[1]。

從控制噪聲傳播途徑的角度上看，隔聲和吸聲方法的應(yīng)用較為廣泛。吸聲方法是指通過吸聲材料的使用，對受聲點(diǎn)的聲能進(jìn)行控制，這種吸聲材料具有將聲能轉(zhuǎn)化為熱能或其他能量的功能。比如微穿孔孔共振吸聲結(jié)構(gòu)、多孔吸聲材料等。隔聲技術(shù)是指應(yīng)用隔聲板，對聲音傳播進(jìn)行阻隔，以縮減聲能。目前，隔聲設(shè)施應(yīng)用十分普遍，常見的包括隔聲罩、隔聲墻以及屏障。此外，在控制噪聲時(shí)應(yīng)用主動(dòng)消聲技術(shù)，亦可取得良好的效果。其原理為聲波相削干涉原理，主要是指在規(guī)定位置上發(fā)出抗噪聲源，其聲波應(yīng)該與噪聲源聲波相等，但相位應(yīng)相反，促使二者在對抗的過程中抵消，最終實(shí)現(xiàn)對噪聲的有效控制，但這種噪聲控制方法較為復(fù)雜，故難以被大規(guī)模應(yīng)用。

2? ? 換流站電力設(shè)備降噪措施

2.1? 變壓器和電抗器降噪

通過上述分析得知，在換流站中，噪聲來源主要包括3部分，變壓器和電抗器就是其中的兩個(gè)噪聲源，究其原因，主要是換流站中設(shè)備規(guī)模和布置密度較大，從而導(dǎo)致噪聲問題十分嚴(yán)重。變壓器產(chǎn)生的噪聲包括以下幾種。（1）冷卻風(fēng)扇運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲。（2）電磁噪聲。（3）變壓器振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。噪聲形成機(jī)理如下：變壓器在工作過程中，會(huì)在磁通的作用下，發(fā)生伸縮振動(dòng)，繼而出現(xiàn)電磁噪聲。并且電磁噪聲的大小與功率存在正向關(guān)聯(lián)。電磁噪聲會(huì)借助變壓器進(jìn)行輻射，尤其是在共振情況下，噪聲強(qiáng)度會(huì)大幅度上升。為實(shí)現(xiàn)對噪聲的控制，可以結(jié)合吸聲和隔聲等措施隔離聲源。經(jīng)過多年研究與發(fā)展，一種具有良好隔聲性能的隔聲結(jié)構(gòu)被研發(fā)出來，這個(gè)隔聲結(jié)構(gòu)就是BOX-IN，將這種隔聲結(jié)構(gòu)應(yīng)用于換流站之中，可以實(shí)現(xiàn)對各類聲源的有效阻隔，具體表現(xiàn)為利用隔聲結(jié)構(gòu)封閉聲源，阻斷聲音流出的路徑，但應(yīng)用這種方法時(shí)，需要對散熱進(jìn)行考慮，因此，部分地區(qū)在應(yīng)用BOX-IN時(shí)，還會(huì)在隔聲區(qū)外部設(shè)置冷卻風(fēng)扇。在發(fā)揮隔聲結(jié)構(gòu)隔聲作用的同時(shí)，保證設(shè)備的安全。

出于控制隔音室混響聲的考慮，可以將吸聲結(jié)構(gòu)增加到密閉隔聲室的側(cè)邊或頂端，進(jìn)一步強(qiáng)化噪聲控制效果。實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果表明，通過對BOX-IN結(jié)構(gòu)的合理運(yùn)用，可以將變壓器和電抗器的噪聲等級由88變?yōu)?5左右，有助于保障居民的正常生活[2]。

2.2? 交流濾波器組

2.2.1? 濾波電抗器

目前，在換流站中應(yīng)用的濾波電抗器，類型為干式空心電抗器，噪聲產(chǎn)生原理為繞組振動(dòng)，但這種電抗器與傳統(tǒng)電抗器相比，產(chǎn)生的噪聲較小。在電流經(jīng)過電抗器時(shí)，在磁力的作用下，帶電繞組就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，由振動(dòng)引發(fā)的噪聲就會(huì)借助空氣傳播。想要實(shí)現(xiàn)對這類噪聲的控制，可以采取的方法包括兩種，一種是減小繞組振動(dòng)，另一種是控制諧波電流。某研究機(jī)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式，對噪聲進(jìn)行了有效控制，采用設(shè)計(jì)方法包括如下幾點(diǎn)。（1）對結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行合理的優(yōu)化，以擴(kuò)大共振頻率和臨界頻率間的距離。（2）使線圈截面增加，通過慣性的有效應(yīng)用，使振幅縮小。

另外，對于已經(jīng)建成的濾波電抗器而言，將圓柱狀隔聲罩加入到電抗器周圍是有效的措施，出于設(shè)備安全的考慮，可以在隔聲罩頂端設(shè)置敞口，保持內(nèi)部通風(fēng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，這種隔聲罩的使用，可以將高達(dá)88 dB的噪聲減弱至72 dB。

2.2.2? 濾波電容器

濾波電容器與其他電力設(shè)備相比，具有如下的特點(diǎn)。（1）較大的占地面積。（2）高度大。（3）較為廣泛的分布范圍。因此，上述提出的BOX-IN隔聲方法難以適用。再加上濾波場大多分布在換流站的邊緣區(qū)域，噪聲會(huì)產(chǎn)生非常大的影響，因此，選擇合理的降噪方法十分關(guān)鍵。

在分析設(shè)備結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)，極板上的交變電場力是引發(fā)振動(dòng)噪聲的主要原因，通常情況下，其產(chǎn)生振動(dòng)頻率遠(yuǎn)高于電壓頻率。就電力容器而言，電壓內(nèi)部包含兩種成分，分別為諧波和基波，這在一定程度上加大了降噪的難度。

由于電容器組由大量的電容器組成，需要分析單個(gè)電容器的噪聲來源，據(jù)查閱資料得知，底面是電容器噪聲的主要來源，為此，可以通過雙地面結(jié)構(gòu)和增加地面阻尼隔聲等措施，使單個(gè)電容器的噪聲等級下降，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電容器組噪聲強(qiáng)度的控制。

就濾波場電容器組而言，電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且單元眾多，并且這些單元會(huì)在工作過程中發(fā)出指向振動(dòng)噪聲，具有特定的分布規(guī)律。為控制噪聲，可以采取雙塔式的塔架結(jié)構(gòu)，這種塔架結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)相比，高度較低，并且還能改變電容器的安裝方式，通過兩列背靠背安裝方式的使用，使電容器單元產(chǎn)生的噪聲減小。另外，采取縱橫交錯(cuò)的布置方式，還可以改變噪聲的分布規(guī)律和指向性，有助于整體噪聲強(qiáng)度的減弱。

3? ? 結(jié)語

本文通過對換流站電力設(shè)備噪聲問題進(jìn)行分析，并提出了幾種應(yīng)用范圍較廣且應(yīng)用效果顯著的噪聲控制方案，有助于實(shí)現(xiàn)降噪的目的。在控制電力設(shè)備噪聲的同時(shí)，還要對絕緣距離要求進(jìn)行考慮，并以此為基礎(chǔ)，優(yōu)化場區(qū)布置，以減弱換流站噪聲對周邊居民的影響。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]張輝.工業(yè)廠房的隔音與降噪治理研究[J].綠色環(huán)保建材，2019（1）：193，196.