干式鐵心電抗器的減振降噪措施研究

霍銓廣

摘要：隨著我國經濟建設的不斷發(fā)展和人們對生產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)勢越來越多地應用在城市辦公大樓、商務中心、住宅樓以及人們日常生活和工作的場所，而干式鐵心電抗器運行過程中的振動和噪聲已經逐漸引起人們的注意。

關鍵詞：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構進行了簡單的介紹，并對干式鐵心電抗器振動的原因進行了簡單的分析。在此基礎上，對干式鐵心電抗器的減振降噪的一般措施、經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干式鐵心電抗器結構

干式鐵心電抗器的基本構造是由空氣作為復合絕緣介質、繞組由玻璃纖維復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構。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構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，采用碟簧結構能對結構穩(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，其鐵心內部的溫度升高較為明顯，導致電抗器產生嚴重噪聲。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。電抗器兩側與高頻振動出現(xiàn)的振動差異較大。當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)氧樹脂復合材料容易發(fā)生玻璃化轉化，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，產生明顯的改變，可能造成鐵心結構低頻振動的密集，使干式鐵心電抗器產生較大振動和噪聲。

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磁硅鋼片（Hi-B），它能夠增強涂層抗張力，使結晶方位更加完整，通過有關試驗表明，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。通過有關電抗器噪聲試驗表明，當處于在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)質硅鋼片低損耗的優(yōu)勢就無法充分發(fā)揮出來。

3.2經濟降噪措施

3.2.1適當減小鐵心體積。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?？梢酝ㄟ^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構差異會導致鐵心直徑減小后增加電抗器的成本投入，但實際上，只要對產品進行優(yōu)化設計，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品成本投入，還會有效降低產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導致中間往外膨脹而兩端往內彎曲的現(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限位裝置，并且對鐵心夾緊力進行適當的控制，能夠起到一定的降噪效果。

3.3運行條件下降噪措施

電網的安裝場所環(huán)境因素、用戶負荷性質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的調節(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吸音材料能夠有效降低電抗器的噪聲。

結語：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，對鐵心的夾緊質量進行改善等等。應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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