干式鐵芯電抗器噪聲分析及結構改進

田民生

（西安中揚電氣股份有限公司，陜西 西安 710077）

干式鐵芯電抗器噪聲分析及結構改進

田民生

（西安中揚電氣股份有限公司，陜西 西安 710077）

干式鐵芯電抗器是高壓電器常用的一種，它由鐵芯和線圈所構成，結構相對來說比較簡單，其高性能的可靠性深受各電力系統(tǒng)的認可，而且體積小，在戶內(nèi)就可以使用。干式鐵芯電抗器可以阻礙電容器回路內(nèi)的電流，能和一些電容器相互配合達到濾波的作用。通過分析干式鐵芯電抗器的噪聲來源主要是鐵芯部分，因為鐵芯部分在工作時會因為磁致伸縮現(xiàn)象產(chǎn)生很大的噪聲，如何控制產(chǎn)品噪聲主要就體現(xiàn)在如何設計和制造鐵芯，如何對產(chǎn)品的總體結構進行合理改進。本文通過對干式鐵芯電抗器的結構、工作原理、安裝環(huán)境以及自身缺陷等方面綜合分析，淺析干式鐵芯電抗器發(fā)出噪聲的多重原因，并結合工作實踐，對產(chǎn)品結構改進提出了具體的方案。

干式鐵芯電抗器；噪聲分析；結構改進

干式鐵芯由于其自身漏磁量小、體積小節(jié)省空間等原因，在城市電力系統(tǒng)及新能源等領域應用越來越廣泛，良好的發(fā)展前景也促使電網(wǎng)系統(tǒng)和生產(chǎn)廠家對其在系統(tǒng)中的應用越來越關注，產(chǎn)品的升級改造隨著在應用中出現(xiàn)的各種缺陷而獲得足夠的重視。噪聲就是該類產(chǎn)品在應用中的一個重要缺陷，已成為影響電抗器運行質(zhì)量最普遍的缺陷之一。因此對干式鐵芯電抗器產(chǎn)生噪聲的原因進行分析具有現(xiàn)實意義，本文重點進行噪聲分析、介紹產(chǎn)品結構的改進。

1 干式鐵芯電抗器噪聲分析

1.1 所用材料本身固有特性及產(chǎn)品固有設計要求所致的原因

通過分析干式鐵芯電抗器的內(nèi)部結構，我們不難發(fā)現(xiàn)，在干式鐵芯電抗器的相鄰接線柱鐵芯餅之間存在一定寬度的非磁性氣隙（無氣隙的鐵芯電抗器不在本文的分析范圍內(nèi)），這種氣隙是根據(jù)電抗器的工作原理設計的，也是由其電網(wǎng)中的實際作用所決定的，這種氣隙是必須存在的。因為鐵芯中氣隙的存在，如果給干式鐵芯電抗器通電，在電磁力的作用下，電抗器的鐵芯會產(chǎn)生一定量級的振動，一般來說電抗器鐵芯所采用的材料是硅鋼片，硅鋼片的一大特色就是具有磁致伸縮的特性，由于硅鋼片的磁致伸縮以及鐵芯之間間隙的存在，電抗器置于強大電磁場中時鐵芯隨著勵磁頻率的不斷變化而呈現(xiàn)周期性地振動，從而產(chǎn)生噪聲。由此可見，干式鐵芯電抗器本體噪聲的來源主要是鐵芯。

1.2 產(chǎn)品制造工藝手段不良及材料選擇不當引起的噪聲

根據(jù)材料學的相關知識，鐵芯硅鋼片的磁致伸縮是其固有特性，既然選擇硅鋼片作為鐵芯材料，那么硅鋼片這種材料就必然是最合適的，但硅鋼片的磁致伸縮特性就無法避免，就成為降低電抗器噪聲的難題，雖然硅鋼片的磁致伸縮效應我們無法避免，因此就該想想如何減少這種磁致伸縮作用了。我們都知道硅鋼片的優(yōu)劣不同，其磁致伸縮大小也不同，由此可見選擇做干式鐵芯電抗器的硅鋼片材料的優(yōu)劣程度對產(chǎn)品的噪聲大小是相關聯(lián)的，在硅鋼片的選擇上應該盡量選擇品質(zhì)比較好、磁致伸縮作用更小的硅鋼片；相柱中的氣隙采用非磁性材料制作成墊塊，氣隙墊塊所用材料也是一個關鍵因素，選擇不當也會不利于減弱鐵芯的振動；另外，鐵芯餅與氣隙墊塊的加工制作精度、鐵芯柱以及線圈的固定及夾持方式、產(chǎn)品組裝固定的緊固與否，以及其他必要的減振件的設計等，都會對產(chǎn)品的噪聲有一定的影響。

1.3 設計不合理產(chǎn)生的噪聲

除卻電抗器材料選取不當造成噪聲之外，干式鐵芯電抗器由于設計缺陷本身存在的問題也是產(chǎn)生噪聲的重要原因。干式鐵芯電抗器總體結構形式與干式變壓器基本一致，三個相柱呈“一”字型布置，在容量較小時問題不大，正常工作時產(chǎn)生的噪聲比較小，但是在大容量產(chǎn)品或并聯(lián)電抗器時此種結構形式就存在一定的弊端，產(chǎn)品寬度方向尺寸大，布置結構太松散，不利于起吊、安裝；最關鍵是結構件的固定強度相對會減弱，易變形，使得產(chǎn)品在設計時就存在這種缺陷，沒有及時發(fā)現(xiàn)并改善，而導致產(chǎn)品噪聲產(chǎn)生的幾率較大。干式鐵芯電抗器設計時的磁密度取值是否合理，鐵芯餅的數(shù)量、高度及氣隙的分布是否達到最優(yōu)，鐵芯相柱以及線圈的直徑設計在滿足電氣性能要求的同時是否有利于減少振動，拉緊螺桿、壓緊裝置的尺寸設計及位置布置是否適宜、產(chǎn)品結構件的設計是否因強度不能滿足要求而產(chǎn)生變形等等，也是產(chǎn)品產(chǎn)生噪聲的一些不可忽視的因素。

1.4 安裝、運行時的噪聲

（1）產(chǎn)品安裝時有固體異物掉入產(chǎn)品內(nèi)部引起的噪聲，由于這種原因產(chǎn)生噪聲的現(xiàn)象非常常見，有時由于掉入的物件硬度比較大，會直接損壞電抗器的正常工作狀態(tài)，大大減少電抗器的使用壽命。

（2）產(chǎn)品安裝固定時緊固件松動、安裝基礎不平整等因素產(chǎn)生的噪聲，大多數(shù)場合下，電抗器的安裝環(huán)境是復雜多變的，可能就會被安裝在一個本身有震動現(xiàn)象的物體上，如果安裝時緊固件沒有緊固好，在外界的震動作用下，頻繁的震動不但會使得電抗器產(chǎn)生噪聲，也會讓電抗器從安裝不牢固的地方產(chǎn)生裂紋。

（3）安裝位置不當引起安裝基礎與產(chǎn)品產(chǎn)生共振，如安裝于戶內(nèi)強度較弱的樓板上、安裝于未有效進行結構加強的配電柜內(nèi)等。

（4）產(chǎn)品運行時系統(tǒng)參數(shù)有異常（如電流電壓超標、諧波電流大等）或系統(tǒng)設計時參數(shù)選擇不當（如容量不匹配、電抗率選取有誤等）。

2 基于設計緣故的結構改進

2.1 非磁性氣隙材料的選擇

通過拆卸各種類型的干式鐵芯電抗器，發(fā)現(xiàn)小容量串聯(lián)電抗器在設計時氣隙的高度尺寸一般較小，大多數(shù)情況下均是采用環(huán)氧板做氣隙墊塊即可滿足要求，這種選擇未能充分考慮到產(chǎn)品降噪的要求，這種材料也不是最佳的選擇，大容量串聯(lián)電抗器或并聯(lián)電抗器由于氣隙高度較大，不宜采用環(huán)氧板做氣隙墊塊的材料，如果我們選擇與硅鋼片彈性模量相適應的石質(zhì)材料較為合適，另外比較重要的一點就是設計時要進行合理的分布，經(jīng)過嚴密的強度核算后再來設計其尺寸大小，以及加工精度的高低。

2.2 相柱的處置方式

相柱就是電抗器本身作為接入三相電的接線柱，為使相柱具有良好的整體性，采取相柱整體澆注是通用的方法，但這樣不利于相柱散熱，如果熱量太大，會造成電抗器內(nèi)部電阻阻值的改變，降低電抗器的性能。

2.3 緊固方式的設計

大容量產(chǎn)品因其總體尺寸較大，壓（拉）緊力要求也較大，普通不銹鋼螺桿強度將不能滿足要求，為兼顧鐵芯電抗器穿芯緊固件不能使用普通鋼緊固件以防止緊固件發(fā)熱，同時滿足強度要求，宜采用高強度無磁鋼制作拉緊螺桿和其他壓緊件。

2.4 磁通密度的設計

磁通密度與聲壓級一般呈近似線性關系，設計時應選取合理的磁通密度。通常情況下，小容量產(chǎn)品的磁通密度可取0.9～1T，大容量及并聯(lián)電抗器的磁通密度應取小一些，既能滿足對損耗的要求，又對噪聲控制有一定的作用。

2.5 產(chǎn)品總體結構的改進

如圖1、圖2所示，干式鐵芯電抗器一般均設計成“一”字型結構形式，這種結構形式的產(chǎn)品在制作方面有一定的優(yōu)勢，結構簡單，制造方便，但大容量產(chǎn)品及并聯(lián)產(chǎn)品采用這種結構形式時，其總體尺寸大、重量重，尤其是寬度尺寸太大，鐵軛及夾件的長度也相應較大，對尺寸保證、強度要求就會很高，無論是在制造廠家還是在安裝現(xiàn)場，吊運中難免會造成產(chǎn)品變形，安裝后產(chǎn)生噪聲的幾率很大。

針對這些不足，我們對產(chǎn)品三個相柱的布置進行了改變，將“一”字型布置結構改進為“品”字型布置結構形式，這樣的設計使產(chǎn)品結構更加緊湊，整體性更強，產(chǎn)品穩(wěn)定性更好，起吊安裝均較方便。實測噪聲及用戶反饋信息均表明，此結構產(chǎn)品相比于一字型結構產(chǎn)品噪聲明顯較小，完全滿足電抗器相關標準規(guī)定的振動及噪聲要求。

圖1 “一” 字型

圖2 “品”字型

3 結語

干式鐵芯電抗器作為電力系統(tǒng)常用的元件，其產(chǎn)生的任何問題對電力系統(tǒng)的安全而言都是重大問題，由于電抗器存在噪音問題一直未能得到解決，因此本文通過對干式鐵芯電抗器的結構、工作原理等方面詳細的分析研究，剖析導致噪音產(chǎn)生的各種原因，發(fā)現(xiàn)干式鐵芯電抗器噪聲產(chǎn)生的原因大多是結構設計與制造不當而產(chǎn)生的，運行過程中產(chǎn)生的噪聲不具有普遍性，屬于異常情況；最后總結出合理的產(chǎn)品結構設計和精良的制造手段是減少產(chǎn)品噪聲最有效的辦法。

[1]董志鋼. 變壓器的噪聲（2）[J]. 變壓器，1995.32(11):27-28.

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