隨著我國超、特高壓電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，廣大公眾和環(huán)保部門對高壓變電站周界噪聲影響的關(guān)注程度越來越高。高壓并聯(lián)電抗器作為電力系統(tǒng)長輸電線路的無功補(bǔ)償設(shè)備，用于抑制長線路容升效應(yīng)導(dǎo)致的過電壓，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類標(biāo)準(zhǔn)，同時確保變電站周圍居民區(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源，已經(jīng)成為噪聲治理的重點(diǎn)對象。

1 噪聲控制措施

對站內(nèi)高壓并聯(lián)電抗器的噪聲控制措施主要分為兩個方面，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，通過采用Sound PLAN軟件分別建立在電抗器防火墻正前端無任何隔音措施、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，與沒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，接收點(diǎn)的噪聲減小幅度隨距離的增大而增大?？紤]到變電站周界居民分布一般不會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Sound PLAN軟件計(jì)算結(jié)果的分析可知，在變電站周界噪聲問題較為嚴(yán)重的區(qū)域，BOX-IN方案的優(yōu)勢明顯，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，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)維檢修帶來了一些新問題。

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布置，電抗器本體完全至于密閉的封閉空間內(nèi)，需對加裝BOX-IN后電抗器繞組溫度、油面溫度進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，通過計(jì)算得出電抗器加裝BOX-IN對溫升的影響。

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)時實(shí)際測量的結(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，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，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，高壓電抗器各相溫度見表3。

表3 溫升測量結(jié)果（單位: ℃）

其中BOX-IN內(nèi)部溫度為距離地面2m測溫，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，推測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)是電抗器油流無潛油泵提供動力，油流運(yùn)動的主要動力是油在器身內(nèi)加熱和在散熱片中冷卻構(gòu)成的油流驅(qū)動力，這個驅(qū)動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)過程如圖3所示，其中A—B為油在設(shè)備內(nèi)部升溫過程，C—D為油在散熱片內(nèi)降溫過程，兩條曲線之間的高度差是產(chǎn)生油流驅(qū)動力的必要因素。只有冷卻中心點(diǎn)高于發(fā)熱中心點(diǎn)時，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)動力越大。所以在設(shè)計(jì)自然油循環(huán)電抗器時應(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)過程

但是當(dāng)散熱設(shè)計(jì)散熱能力不足時，油無法在散熱器中冷卻至較低的溫度，導(dǎo)致該驅(qū)動力循環(huán)溫度區(qū)間變小，從而導(dǎo)致了油流驅(qū)動力的減小，此時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過程中流過彎頭及界面等突然發(fā)生變化的區(qū)域時流體產(chǎn)生擾動引起的。

當(dāng)油流驅(qū)動力與流動阻力相等時，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，對電抗器溫升進(jìn)行科學(xué)合理的評估。

5 結(jié)論

• 1）本文通過軟件計(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大幅度降低，這對于降低全區(qū)域范圍內(nèi)噪聲具有巨大的優(yōu)勢和重要的意義。
• 2）隔聲裝置安裝在高壓并聯(lián)電抗器油箱周圍，未將散熱器包括在內(nèi)，不影響散熱器經(jīng)熱輻射及空氣對流散熱，也不會對油箱內(nèi)的油流特性形成影響，只會限制油箱周圍的空氣流動。
• 3）本文通過計(jì)算得出，盡管在電抗器加裝BOX- IN可以通過增加散熱器組數(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后對油流驅(qū)動力、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、巡視檢修等問題。
• 5）結(jié)合現(xiàn)場運(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。