我国_500kV换流站设备可听噪声的测量分析及降噪措施

Jan. 2008

文章编号：1000-3673（2008）02-0038-04 中图分类号：TM83 文献标识码：A 学科代码：470·4034

我国±500 kV换流站设备可听噪声的

测量分析及降噪措施

韩 辉，吴桂芳，瞿雪弟，赵 龙

（中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192）

Measurement and Analysis of Audible Noise Bringing about by Equipments in

Domestic ±500 kV Converter Stations and Noise Reduction Measures

HAN Hui，WU Gui-fang，QU Xue-di，ZHAO Long

（China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100192，China）

ABSTRACT: To master the audible noise level of ±500kV DC converter stations in China, the audible noise bringing about by the equipments with large acoustical power such as converter transformers, smoothing reactors and AC filters in ±500kV DC converter stations is measured. According to the measured frequency spectrum, the noise generation mechanism of main equipments in converter stations is analyzed. According to the noise generation mechanism of converter transformers, smoothing reactors and AC filters, different noise reduction measures for them are proposed respectively. KEY WORDS: ±500 kV converter station；audible noise；measurement；frequency spectrum

摘要：为掌握我国±500 kV直流换流站的可听噪声水平，对我国±500 kV换流站内换流变压器、平波电抗器、交流滤波器等声功率较大的设备的可听噪声进行了测量，根据测量频谱结果，分析了站内主要设备产生噪声的机理，并针对换流变压器、平波电抗器、交流滤波器的噪声产生机理提出了不同的降噪措施。

关键词：±500 kV换流站；可听噪声；测量；频谱

降噪措施可更好地控制换流站噪声。因此对换流站内设备的噪声进行测量并分析其频谱特性，对制定治理换流站可听噪声的方案具有重要意义。

根据噪声测试和调查结果[1-3]，换流站的主要噪声源是换流变压器、平波电抗器、交流滤波器组等室外设备，这些设备发出的噪声是不同原因产生的[4-10]。本文将从噪声产生的机理入手，根据现场实测频谱波形对换流站各种设备噪声产生的原因进行分析，并根据各种设备的主要噪声频点提出控制噪声的方法。

1 测量方法

由于设备在负载情况下的噪声比空载时大，所以在测量换流站设备噪声时，应尽可能选择设备在额定功率运行时的噪声，而测量对象都为户外设备。测量前后应用声校准器校准测量仪器的示值偏差不大于 2 dB，否则测量无效。测量时传声器加风罩。仪器用A计权声级，即在某规定时间内测量A声级的能量平均值，单位为dB(A)。用声级计采样时，仪器动态特性为“慢”响应，采样时间间隔为5 s。用环境噪声自动监测仪采样时，仪器动态特性为“快”响应，采样应在无雨、无雪的天气条件时间间隔不大于1 s[11-13]。

下进行测量，当风速达到5.5 m/s以上(风力大于3级)时停止测量。

测量换流变压器、平波电抗器产生的噪声时，应在没有防火墙的一边距设备2 m处进行；滤波器组一般由围栏围起，测点选择在围栏外噪声最大值处。噪声计距地面高度为1.5 m，因为此处为噪声敏感点。

0 引言

换流站内的电气设备在运行时会产生噪声。由我国龙泉、政平、安顺、肇庆等±500 kV换流站的噪声测量结果可知，换流站厂界和周围部分居民住房的可听噪声水平较高，这一方面是因为换流站内设备声功率较高，另一方面是在设计换流站时对噪声限值设定的较宽造成的。换流站建成以后，需要采取降噪措施治理噪声，并对换流站内主要声源设备的噪声进行分析。根据其频谱特性，采取相应的

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2 换流站设备噪声分析

换流站内噪声主要包括电磁噪声、气体动力噪声和机械振动噪声，下文对±500 kV换流站内的各种主要噪声源进行分析。

（1）换流变压器。换流变压器是换流站中声级最高的室外噪声源，换流变压器的噪声大小与运行功率、厂家型号等有关。功率越大，噪声越大。在额定功率下，换流变压器平均噪声水平约为85~100 dB(A)。换流变压器的噪声来源可以分为3部分，即为铁心、绕组和冷却系统。

铁心产生噪声的原因主要是在交变磁场的作用下，硅钢片的尺寸会发生微小变化。由于磁致伸缩的变化周期为电源信号的半个周期，所以磁致伸缩引起的变压器本体振动是以电源频率的2倍 (100 Hz)为基频。另外，对于换流变压器，即使较小的直流电流也可使噪声显著增加。绕组产生振动的原因是电流会在绕组中产生电磁力，漏磁场使结构件产生振动，振动幅值与电流的平方成正比。不同于交流变压器，换流变压器负荷电流含有较高的奇次谐波含量，因此绕组产生的这部分噪声不容忽视。冷却系统的噪声是强迫油循环冷却装置中的泵和风扇的振动引起的，其以中高频噪声为主且噪声较大，但随着距离增加，其噪声衰减较快。 图1、2分别为葛洲坝和江陵换流站换流变压器的噪声频谱。需要说明，下文图中的噪声幅值均采用A计权测量。从图1、2可以看到：换流变压器噪声频谱中低频部分有明显的峰值；而受冷却风扇的影响，中频带的声级也较高；高频段的声级则呈平缓下降趋势，设备噪声总体频带较宽。根据统计结果可知，换流变压器噪声在400、100和315 Hz处出现峰值。

（2）平波电抗器。平波电抗器的噪声大小与其结构、运行功率和厂家型号等有关。换流站使用的平波电抗器有干式空心和油浸铁心式2种。在我国的±500 kV换流站中，葛洲坝和南桥换流站使用的是干式平波电抗器，其余换流站均采用油浸式电抗器。在额定功率下，干式平波电抗器的平均噪声水平约为70 dB(A)，油浸式平波电抗器平均噪声水平约为80~90 dB(A)。

干式空心电抗器的线圈是由一个或多个经过环氧树脂浸渍和密封线圈层组成的，其材质为绝缘铝。线圈和线圈磁场的电流相互作用引起线圈振动，这是空心电抗器产生噪声的主要原因。由于现代换流站是12脉冲桥结构，所以谐波分量主要是12次和24次谐波。对于50 Hz交流系统，平波电抗器噪声为600和1 200 Hz的谐波。

葛洲坝换流站采用了干式空心平波电抗器，图3为葛洲坝换流站平波电抗器的可听噪声测量频谱。从

图3可知，可听噪声在630 Hz频率附近出现主峰值。

图3 葛洲坝换流站平波电抗器可听噪声频谱

Fig. 3 Audible noise spectrum of smoothing reactors

in Gezhouba converter station

图1 葛洲坝换流站换流变压器可听噪声频谱

Fig. 1 Audible noise spectrum of converter transformer

in Gezhouba converter station

油浸铁心式电抗器除铁心结构特殊外，绕组和绝缘结构与换流变压器类似，因此可沿用变压器的降噪方法对其降噪。电抗器的铁心为分段式，段间间隙用非磁性绝缘材料构成。由于段间间隙增加会导致铁心磁阻增加，相当一部分与绕组匝链的磁通不经由铁心而自成回路，因此铁心的磁通密度减小，磁致伸缩引起的噪声也相应减小，但是分段铁心之间存在磁吸引力，这部分磁吸引力引起的振动和噪声超过了磁致伸缩而产生的振动和噪声。

图4为龙泉换流站平波电抗器的噪声频谱。由图4可以看到，在63~160 Hz的频率范围内，噪声保持了较高的声级，这部分噪声主要是由平波电抗器的分段铁心振动引起的。另外，630 Hz的噪声也

图2 江陵换流站换流变压器可听噪声频谱

Fig. 2 Audible noise spectrum of converter transformer

in Jiangling converter station

图4 龙泉换流站平波电抗器可听噪声频谱

Fig. 4 Audible noise spectrum of smoothing reactor in

Longquan converter station

40 韩辉等：我国±500 kV换流站设备可听噪声的测量分析及降噪措施 Vol. 32 No. 2

较高，这主要是线圈振动产生的。

（3）交流滤波器组。交流滤波器组由滤波电容器与滤波电抗器构成，交流滤波电抗器多采用空心电抗器，其噪声产生的机理与空心平波电抗器类似。

电场的作用使电容器内部产生振动，这种振动传给外壳使箱壁振动并形成电容器噪声。

交流滤波器组噪声频谱峰值主要由滤除的谐波频率决定，换流站内11和13次谐波滤波器噪声明显较大，由测量统计结果可知，交流滤波器噪声的主频点集中在630、100、500 Hz附近，主峰值和第二峰值非常明显，高频段也有个别声级较高的频点。

图5为葛洲坝、龙泉、江陵和宜都换流站交流滤波器组的噪声频谱。

图5 葛洲坝、龙泉、江陵和宜都换流站

交流滤波器组可听噪声频谱

Fig. 5 Audible noise spectrum of AC filters in Gezhouba,

Longquan, Jiangling and Yidu converter station

3 降噪措施

3.1 控制声源 3.1.1 换流变压器

根据上述噪声机理和频谱分析结果可知，换流变压器铁心发出的噪声对整体噪声贡献较大，如能对铁心进行有效的降噪处理，就可减小换流变压器噪声。因此，本文提出可以从如下方面对换流变压器进行降噪处理：①采用磁致伸缩小的高导磁材料，如与其它材质的硅钢片相比，优质的硅钢片可使噪声再降低4~5 dB(A)。②降低铁心磁通密度，可以降低噪声。磁通密度每降低0.1T，噪声可降低2~3 dB(A)。但磁通密度降低后，铁心截面积、变压器等容量和造价都相应增加，从成本上来说这是不经济的。因此，磁通密度的降低量不能超过标准磁通密度的10%。③在铁心端面上涂环氧胶或聚酯胶可增加铁心表面张力约束，也可减少磁致伸缩量，从而达到降低噪声的目的。④在油箱外部加隔音板，在钢板内放吸音材料。吸音材料有岩棉、玻璃纤维等。隔音板能把变压器本体发射的部分噪声反射回去，且当噪声穿过隔声板时，隔声板可吸收一些噪声。采用这种隔音板可使噪声降低10~15 dB(A)。⑤选择和设计新型的低噪声冷却风扇替代高噪声风扇。

另外，应采取适当措施，尽量避免交流系统中的

直流电流通过各种方式感应到直流系统，尽量减小通过换流变压器的直流偏磁电流，从而降低由此产生的噪声和对设备造成的损害，避免系统安全事故。 3.1.2 平波电抗器

控制干式平波电抗器噪声的关键是线圈的振动，可采用如下方法来降低噪声：①调整结构尺寸、间隔棒和机械支撑，使共振频率远离临界频率。②选择双层横截面，使线圈的重量加倍。这种方法最大可使电抗器噪声降低约6 dB(A)。

油浸式平波电抗器的可听噪声是由线圈与铁心振动噪声共同作用产生的，由于平波电抗器除铁心以外的其它结构与换流变压器结构类似，所以除了采取使铁心柱整体化的方法外，还可参考换流变压器和空心平波电抗器的降噪方法。 3.1.3 交流滤波器组

对交流滤波器组的滤波电抗器进行降噪时，可参考空心平波电抗器的降噪方法。考虑到应减小电容器元件表面的振动，故可以采用如下方法降噪：①通过增加串联电容器元件的数目来减小电容器罐里的电介质应力和振动力；②通过改进机械阻尼来压紧堆栈式电容器元件，以此提高电容器单元外壳的刚度；③设计电容器时考虑共振频率。 3.2 噪声隔离

如果从控制设备内部工艺的角度降噪较难实现或成本较高的话，就需要考虑采用从传播途径方面控制噪声的方法：①加装声屏障可以得到10~15 dB(A)的降噪量。②采用隔音室或隔音罩降低噪声时，降噪量可以达到15~25 dB(A)。③利用地形(山岗、土坡等)和地物(建筑物、树木、草丛等)可以阻断或屏蔽一部分噪声的传播。种植有一定密度和宽度的树丛和草坪也可使噪声衰减。

以换流变压器为例，从换流变压器噪声1/3倍频程频谱可以看出，在50~1 250 Hz的频率范围内，除个别频率外，声级均大于70 dB，噪声峰值大致在400、100、315 Hz处出现，在选用吸声与隔声材料时可得到更好的降噪效果。

由文献[14-17]可知，采用双层中空铝板与双层中空铁板可较好地隔绝频率为400 Hz的频点噪声，因此采用上述材料作换流变压器声屏障会取得较好的隔声效果。采用中空铁板制成的声屏障后，宜都换流站屏障内、外噪声频谱的对比结果见图6。从图6可知，除400 Hz和100 Hz这2个频点外，声屏障

外其余个频点的声级均小于60 dB，降噪效果较好。

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图6 宜都换流站换流变压器声屏障内、外噪声

的频谱对比结果

Fig. 6 Audible noise spectrum inside and outside sound barrier of converter transformer in Yidu converter station

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韩 辉(1980－)，男，硕士研究生，工程师，从事电磁环境方面的研究工作，E-mail：hanhui@epri.ac.cn；

吴桂芳(1976－)，女，硕士研究生，工程师，从事电磁环境方面的研究工作。

4 结论

（1）电磁噪声、气体动力噪声和机械振动噪

声是造成换流站设备噪声污染的主要噪声类型。换流变压器和平波电抗器是换流站的主要室外噪声源，交流滤波器的平均噪声水平虽然略低，但由于其规模大、结构高，对换流站噪声有一定的影响。

（2）换流变压器噪声主频点集中在400、100和315 Hz，在中低频带，其声级较高，在高频段，其声级平缓下降。设备噪声以铁心振动噪声为主，因此可主要针对铁心采取降噪措施。

（3）干式平波电抗器主频点集中在80、160、630 Hz附近，设备噪声主要由线圈电磁振动是使其产生噪声的主要原因，因此主要针对线圈采取降噪措施；油浸式平波电抗器主频点集中在630、100

设备噪声主要以铁心振动与线圈电和500 Hz附近，

磁振动噪声为主，因此可同时对铁心和线圈进行降噪处理。

（4）交流滤波器组噪声的主峰值和第二峰值非常明显，高频段也有个别声级较高的频点，设备噪声主要由电抗器线圈电磁振动与电容器膜片电磁振动引起，主频点集中在630、100、500 Hz附近，因此可主要针对交流滤波器组的电容器与电抗器采取降噪措施。

（5）降低设备的噪声主要是为了控制设备所在范围内的噪声污染。除采用上述方法控制设备本身的噪声源外，还可利用地形、地物设置天然屏障，并采用屏障、吸声等措施在噪声源和接受者之间进行屏蔽、吸收和疏导，从而阻止噪声的传播。

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（编辑 杜宁）