變電站高壓并聯(lián)電抗器噪聲問(wèn)題日漸突出，現(xiàn)有變電站通過(guò)對(duì)高壓并聯(lián)電抗器加裝隔聲裝置達(dá)到控制噪聲的目的，但隔聲裝置可能造成高壓并聯(lián)電抗器散熱不足，使內(nèi)部絕緣系統(tǒng)性能劣化，影響特高壓并聯(lián)電抗器運(yùn)行可靠性與經(jīng)濟(jì)性。國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司的研究人員李光、王炳昱，在2020年第2期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，結(jié)合華東某超高壓變電站實(shí)際應(yīng)用案例，對(duì)加裝隔聲裝置后的高壓并聯(lián)電抗器噪聲影響和散熱性能進(jìn)行分析。

隨著我國(guó)超、特高壓電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，廣大公眾和環(huán)保部門(mén)對(duì)高壓變電站周界噪聲影響的關(guān)注程度越來(lái)越高。高壓并聯(lián)電抗器作為電力系統(tǒng)長(zhǎng)輸電線路的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，用于抑制長(zhǎng)線路容升效應(yīng)導(dǎo)致的過(guò)電壓，由于鐵心漏磁大且投運(yùn)即為滿功率運(yùn)行，產(chǎn)生的噪聲震動(dòng)大。由于高壓并聯(lián)電抗器通常安裝在變電站周界的出線側(cè)靠近圍墻，對(duì)站外噪聲的影響較大。

為了使變電站周界噪聲符合《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348—2008）2類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)確保變電站周?chē)用駞^(qū)噪聲符合《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）的要求，變電站的噪聲治理變得十分緊迫，而高壓并聯(lián)電抗器是變電站周界噪聲的重要來(lái)源，已經(jīng)成為噪聲治理的重點(diǎn)對(duì)象。

1 噪聲控制措施

對(duì)站內(nèi)高壓并聯(lián)電抗器的噪聲控制措施主要分為兩個(gè)方面，即內(nèi)部控制措施和外部控制措施。

內(nèi)部控制措施主要包括選用高導(dǎo)磁激光刻痕磁性硅鋼片和多級(jí)步進(jìn)搭接結(jié)構(gòu)，降低磁致伸縮；采用先進(jìn)工藝，例如合理選用綁扎、壓緊結(jié)構(gòu)及加強(qiáng)繞組、引線的固定等，防止因電磁力振動(dòng)引起的噪聲；加強(qiáng)裝配結(jié)構(gòu)，可以在鐵心墊腳與箱底間放置隔振橡膠墊，以及在油箱外壁槽型加強(qiáng)鐵中間充滿隔聲材料；降低附件噪聲，選用優(yōu)質(zhì)低噪聲風(fēng)扇，減少風(fēng)扇同時(shí)運(yùn)行組數(shù)等。

外部控制措施的目的是抑制噪聲的空間傳播，可采用全封閉BOX-IN、非全封閉隔聲間、外殼貼附吸音材料、增加隔聲墻等措施。

相較于內(nèi)部控制措施，外部控制措施更容易實(shí)現(xiàn)。而相對(duì)于其他外部控制措施，BOX-IN由于使用全封閉結(jié)構(gòu)，其隔聲效果具有明顯的優(yōu)勢(shì)而受到工程上的青睞。

2 聲屏障和BOX-IN降噪性能分析

分別對(duì)高壓并聯(lián)電抗器使用聲屏障和 BOX-IN兩種不同的降噪措施建立電抗器噪聲分析的計(jì)算模型，設(shè)定額定容量為40Mvar，額定聲功率為84～90dB，通過(guò)采用Sound PLAN軟件分別建立在電抗器防火墻正前端無(wú)任何隔音措施、建造8m高的聲屏障和使用高壓電抗器BOX-IN措施的計(jì)算模型，進(jìn)行噪聲值分析計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 三種情況噪聲點(diǎn)計(jì)算結(jié)果

由Sound PLAN軟件計(jì)算數(shù)據(jù)如圖1所示。聲屏障措施中接收點(diǎn)的噪聲減小幅度隨距離的增大而變小，說(shuō)明聲屏障的降噪效果隨距離的增大而降低，在聲屏障近處降噪效果很明顯，遠(yuǎn)處降噪效果較低。當(dāng)使用BOX-IN裝置時(shí)，與沒(méi)有采取降噪措施相比，接收點(diǎn)的噪聲值減小幅度隨距離的增大基本不變。

圖1 三種情況噪聲點(diǎn)計(jì)算結(jié)果曲線

通過(guò)計(jì)算可知，與采取聲屏障降噪措施相比，采取BOX-IN降噪措施時(shí)，接收點(diǎn)的噪聲減小幅度隨距離的增大而增大。考慮到變電站周界居民分布一般不會(huì)位于變電站較近的區(qū)域，所以并聯(lián)電抗器使用BOX-IN裝置安裝方式對(duì)降低遠(yuǎn)處民房噪聲效果明顯。

3 BOX-IN結(jié)構(gòu)的溫升計(jì)算

3.1 BOX-IN結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)前文對(duì)Sound PLAN軟件計(jì)算結(jié)果的分析可知，在變電站周界噪聲問(wèn)題較為嚴(yán)重的區(qū)域，BOX-IN方案的優(yōu)勢(shì)明顯，安裝BOX-IN的高壓并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)如圖2所示，將并聯(lián)電抗器本體置于由隔聲墻板所密封的密閉空間內(nèi)，設(shè)置排風(fēng)機(jī)和進(jìn)風(fēng)孔并做相應(yīng)的消聲處理，BOX-IN預(yù)留供人員巡視進(jìn)出的隔聲門(mén)，并設(shè)置相應(yīng)的密封條保證其密閉性。

但由于電抗器本體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原因使得頂層隔音頂板與電抗器油箱上部空間狹小，給電抗器運(yùn)維檢修帶來(lái)了一些新問(wèn)題。

圖2（a）BOX-IN結(jié)構(gòu)正視圖

圖2（b）BOX-IN結(jié)構(gòu)俯視圖

根據(jù)BOX-IN相關(guān)結(jié)構(gòu)要求，需將電抗器本體與其散熱器分開(kāi)布置，電抗器本體完全至于密閉的封閉空間內(nèi)，需對(duì)加裝BOX-IN后電抗器繞組溫度、油面溫度進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，通過(guò)計(jì)算得出電抗器加裝BOX-IN對(duì)溫升的影響。

3.2 電抗器溫升計(jì)算（略）

本文以華東某500kV變電站某線高壓電抗器為例，該電抗器容量為40Mvar，冷卻方式為油浸自冷，計(jì)算其在加裝BOX-IN裝置后相關(guān)溫升指標(biāo)情況。該型高壓并聯(lián)電抗器額定損耗83.8kW，其繞組的熱負(fù)載為317.2W/m2，頂層油溫升修正值6K，繞組的絕緣校正溫差1.3K，繞組油道校正溫差0.2K，計(jì)算溫升按照1.05倍額定電壓下進(jìn)行計(jì)算，最終計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

其中計(jì)算值為本文計(jì)算結(jié)果，試驗(yàn)值為出廠試驗(yàn)時(shí)實(shí)際測(cè)量的結(jié)果，根據(jù)相關(guān)要求，該高壓并聯(lián)電抗器符合相關(guān)設(shè)計(jì)要求，油溫升和繞組溫升均符合相關(guān)要求，滿足BOX-IN運(yùn)行條件。

表2 溫升計(jì)算結(jié)果

3.3 電抗器實(shí)際溫升

工程投產(chǎn)后，跟蹤不同氣溫下電抗器各處溫升情況，其中，環(huán)境溫度為20℃時(shí)，發(fā)現(xiàn)該線路線高抗C相油溫62℃，繞組溫度為85℃；當(dāng)環(huán)境溫度為23℃時(shí)，同一組高抗C相油溫66℃，繞組溫度88℃。隨著夏日臨近，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到30℃時(shí)，高壓電抗器各相溫度見(jiàn)表3。

表3 溫升測(cè)量結(jié)果（單位: ℃）

其中BOX-IN內(nèi)部溫度為距離地面2m測(cè)溫，由于BOX-IN內(nèi)部正常設(shè)有通風(fēng)設(shè)施，并由底部進(jìn)風(fēng)，上部排風(fēng)，內(nèi)部溫度成梯度分布，上部空間溫度明顯高于離地2m處，BOX-IN內(nèi)部頂部溫度達(dá)43℃。

根據(jù)上述計(jì)算可知，當(dāng)迎峰度夏期間環(huán)境達(dá)到40℃時(shí)，推測(cè)BOX-IN內(nèi)部頂部溫度將達(dá)到54℃，電抗器油溫可達(dá)86℃左右，距離設(shè)備運(yùn)行油面控制溫度90℃裕度不足。

4 影響溫升因素分析

4.1 油流驅(qū)動(dòng)力

高壓并聯(lián)電抗器多采用油浸自冷或油浸風(fēng)冷冷卻形式，其特點(diǎn)是電抗器油流無(wú)潛油泵提供動(dòng)力，油流運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿κ怯驮谄魃韮?nèi)加熱和在散熱片中冷卻構(gòu)成的油流驅(qū)動(dòng)力，這個(gè)驅(qū)動(dòng)力的大小與冷卻中心和發(fā)熱中心的位置有關(guān)。

具體冷卻循環(huán)過(guò)程如圖3所示，其中A—B為油在設(shè)備內(nèi)部升溫過(guò)程，C—D為油在散熱片內(nèi)降溫過(guò)程，兩條曲線之間的高度差是產(chǎn)生油流驅(qū)動(dòng)力的必要因素。只有冷卻中心點(diǎn)高于發(fā)熱中心點(diǎn)時(shí)，才能產(chǎn)生壓差，而且冷卻中心點(diǎn)與發(fā)熱中心點(diǎn)的高差越大，油循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力越大。所以在設(shè)計(jì)自然油循環(huán)電抗器時(shí)應(yīng)使冷卻中心與發(fā)熱中心的高度差盡可能加大，這樣才能產(chǎn)生足夠的循環(huán)油流驅(qū)動(dòng)力，形成穩(wěn)定的自然油循環(huán)。

圖3 自然油流的冷卻循環(huán)過(guò)程

但是當(dāng)散熱設(shè)計(jì)散熱能力不足時(shí)，油無(wú)法在散熱器中冷卻至較低的溫度，導(dǎo)致該驅(qū)動(dòng)力循環(huán)溫度區(qū)間變小，從而導(dǎo)致了油流驅(qū)動(dòng)力的減小，此時(shí)需要借助散熱器降低散熱器內(nèi)油的溫度，從而保證該循環(huán)可以穩(wěn)定進(jìn)行。

4.2 流動(dòng)阻力

公式8

油流通道不同部分由于截面積的不同其流速也不相同，計(jì)算油管路的摩擦油阻力時(shí)應(yīng)分段計(jì)算后求和。油管路特殊部位的形狀油阻力是由流體流動(dòng)過(guò)程中流過(guò)彎頭及界面等突然發(fā)生變化的區(qū)域時(shí)流體產(chǎn)生擾動(dòng)引起的。

當(dāng)油流驅(qū)動(dòng)力與流動(dòng)阻力相等時(shí)，可形成穩(wěn)定的自然油循環(huán)。所以不同的結(jié)構(gòu)最終都會(huì)形成穩(wěn)定的自然油循環(huán)，但循環(huán)的油流速度則與油箱、散熱片、管路等結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，合理優(yōu)化相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效提高自然油循環(huán)冷卻效率。

4.3 繞組結(jié)構(gòu)

由于高壓并聯(lián)電抗器均為餅式繞組結(jié)構(gòu)，繞組由多個(gè)線餅組成，具有縱向和橫向油道，相關(guān)論文提及，就油浸自冷方式的散熱變壓器而言，其繞組結(jié)構(gòu)對(duì)于散熱有顯著的影響。餅式繞組中若不存在縱向油道、導(dǎo)向隔板將影響繞組內(nèi)部的油流阻力，由于電抗器繞組不存在內(nèi)外繞組之分且繞組徑向尺寸會(huì)略大于電力變壓器，所以在溫升計(jì)算中應(yīng)充分考慮電抗器與變壓器的不同，對(duì)電抗器溫升進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)估。

5 結(jié)論

1）本文通過(guò)軟件計(jì)算表明，相較于使用聲屏障的高壓并聯(lián)電抗器，采用BOX-IN結(jié)構(gòu)可以將電抗器全范圍噪聲功率級(jí)大幅度降低，這對(duì)于降低全區(qū)域范圍內(nèi)噪聲具有巨大的優(yōu)勢(shì)和重要的意義。

2）隔聲裝置安裝在高壓并聯(lián)電抗器油箱周?chē)?，未將散熱器包括在?nèi)，不影響散熱器經(jīng)熱輻射及空氣對(duì)流散熱，也不會(huì)對(duì)油箱內(nèi)的油流特性形成影響，只會(huì)限制油箱周?chē)目諝饬鲃?dòng)。

3）本文通過(guò)計(jì)算得出，盡管在電抗器加裝BOX- IN可以通過(guò)增加散熱器組數(shù)滿足電抗器溫升要求，但由于并聯(lián)電抗器投運(yùn)即為滿負(fù)荷運(yùn)行且增加BOX-IN后對(duì)油流驅(qū)動(dòng)力、油流阻力都有不利影響，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮充足的溫升裕度，避免造成絕緣熱老化與絕緣劣化。

4）在高壓并聯(lián)電抗器BOX-IN結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需與電抗器同步設(shè)計(jì)，必要時(shí)修改電抗器結(jié)構(gòu)參數(shù)以滿足BOX-IN運(yùn)行檢修需求，充分考慮內(nèi)部散熱、設(shè)備安裝、巡視檢修等問(wèn)題。

5）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可采用增加BOX-IN排風(fēng)扇、加裝散熱器靜音風(fēng)扇、增加水噴霧系統(tǒng)等措施控制高壓并聯(lián)電抗器實(shí)際溫升。

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