徐林峰，毛啟武，歐小波，馬志欽，唐金權，袁乙專

（1.廣東電網有限責任公司電力科學研究院，廣東廣州 510600；2.明珠電氣有限公司，廣東廣州 511400）

0 前言

電抗器是電網實現無功平衡、限制電網故障擴大的重要設備。近年來，電網內由于10～35 kV干式鐵芯電抗器質量問題、運行環(huán)境問題導致電抗器缺陷甚至停運的情況時有發(fā)生，其中噪聲大的問題已成為影響電抗器運行質量的最普遍的缺陷之一，而且隨著運行時間增長，噪聲大的問題更加突出，嚴重影響設備持續(xù)安全運行[1]。據統(tǒng)計，2011年10～35 kV干式鐵芯電抗器在廣東電網公司內發(fā)現缺陷共計202臺次，其中振動異常噪聲過大缺陷共計76臺次，缺陷率占比為37.6%。

目前在系統(tǒng)中運行的鐵芯電抗器均已通過試驗考核，但在投運后或運行一段時間后即出現噪聲大問題，此類缺陷在運行的產品中比較普遍。因此，對運行后的干式鐵芯電抗器噪聲問題進行分析，研究處理對策，對加快噪聲問題排查分析和制定降噪措施，提高預防噪聲能力，十分有意義，本文就此進行探討。

1 運行后的噪聲問題

1.1 技術參數

（1）名稱：樹脂絕緣干式鐵芯串聯(lián)電抗器；

（2）型號：CKSC-200～500/10-5；

（3）額定容量：200～500 kvar；

（4）額定電壓：10 kV；

（5）額定端電壓：318 V；

（6）額定電流：210～524 A；

（7）額定頻率：50 Hz；

（8）額定電抗率：5%；

（9）絕緣等級：F；

（10）繞組溫升限值：95 K；

（11）絕緣水平：LI75AC35；

（12）冷卻方式：AN。

1.2 電抗器一般噪聲問題分析和處理

1.2.1 金屬雜音

金屬雜音頻率以100 Hz為主，主要表現：（1）緊固螺絲松動，引起金屬墊圈松動，在交變磁場作用下金屬墊圈撞擊鄰近金屬件；（2）小體積的金屬跌落在鐵芯和夾件之間的縫隙中，受交變磁場影響發(fā)生持續(xù)振動；（3）鐵餅中的硅鋼片松動；（4）電抗器金屬圍欄局部振動；（5）刀閘等開關設備沒有合到位。判斷方法：選取長度不小于2米的干燥環(huán)氧絕緣棒用力頂懷疑部位的小零件，看金屬雜音是否變小，如發(fā)生明顯變化就說明，對應部位的小零件在振動。

解決辦法：檢修時對發(fā)生松動的部位，重新緊固，配合進行防松改造則更好。

1.2.2 局部噪聲偏高

對三相電抗器進行噪聲測試時，測試輪廓線為一個長圓形，如圖1。噪聲測試結果顯示，各點噪聲不一致，有時表現為相鄰的一串數據偏大，比如圖1中的測點4、5、6和7的數據受線圈（A，X）對應鐵芯柱影響較大，對照產品實物來講，就是單側噪聲偏高，差異有時在5 dB以上。產生原因為：（1）電抗器裝配質量不穩(wěn)定，有一個鐵芯柱裝配質量較差，引起鄰近該鐵芯柱的一側噪聲大；（2）安裝空間狹小，電抗器發(fā)生噪聲反射后，在局部測試區(qū)間顯著加強；（3）安裝地面不平；（4）多臺電抗器相互影響。

解決方法：（1）重新裝配鐵芯柱，或者更換鐵芯；（2）在墻面裝設吸音屏，減少反射；（3）在電抗器底座與地面之間裝橡膠墊，以減小地面不平的影響；（4）將電抗器裝入具有吸音功能的外殼中，可以把相互影響降到最低。

圖1 噪聲測點分布圖

1.2.3 引線銅排噪聲

由于引線銅排有大電流通過，因空間磁場使銅排產生振動。銅排的振動將嚴重影響電抗器的噪聲，使電抗器的噪聲增大3～5 dB以上，如果不仔細區(qū)分，可能會誤認為是電抗器本體的噪聲。判斷方法：選取長度不小于2米的干燥環(huán)氧絕緣棒用力頂銅排，如果噪聲發(fā)生明顯變化就證明是引線銅排共振引起的噪聲問題。

解決方法：（1）稍微擰緊或者是松開支承點螺絲，嘗試改變對銅排的約束，以破壞銅排共振的條件；（2）銅排過度接頭處采用軟連接；（3）銅排支承點跨度大時，增加支承點；（4）支承點加隔振橡膠墊。

1.2.4 附件噪聲

有些電抗器帶外殼、金屬圍欄、風機、溫控器等附件，這些附件的共振產生附加噪聲，如果不能識別排除就會誤認為是電抗器的本體噪聲。判斷方法：（1）外殼：選取長度不小于2米的干燥環(huán)氧絕緣棒用力頂外殼鋁板（或鋼板），看噪聲是否明顯變化，如發(fā)生明顯變化就說明外殼在振動。（2）風機：選取長度不小于2米的干燥環(huán)氧絕緣棒用力頂每個風機的外殼，看噪聲是否明顯變化，如發(fā)生明顯變化就說明風機在共振。（3）其他附件：選取長度不小于2米的干燥環(huán)氧絕緣棒用力頂電抗器所安裝的每個零部件（如：溫控器支架等），看噪聲是否明顯變化，如發(fā)生明顯變化就說明零部件在共振。

解決方法：（1）看外殼鋁板（或鋼板）是否松動，有可能安裝時受不當外力變形，需要重新擰緊一下外殼的螺絲，將外殼的鋁板固定好，對變形的部分進行校正；（2）看風機是否松動，需要擰緊一下風機的緊固螺栓，在風機和風機支架之間墊一塊橡膠，就可以抑制風機的振動；（3）如電抗器其他零部件松動，則需要重新固定。

1.3 電抗器特珠噪聲問題分析和處理

1.3.1 噪聲隨運行溫度明顯變化

電抗器投運后，溫度逐步升高，直至達到溫度穩(wěn)定。電抗器溫升時間常數τ一般在3～5 h之間，達到溫度穩(wěn)定一般在投運10 h之后。電抗器各種材料的熱膨脹系數彼此并不相同，具體見表1。

表1 材料的熱膨脹系數

（1）電抗器生產用到多種材料，有鐵磁材料如硅鋼片、金屬結構件等，有絕緣材料如環(huán)氧樹脂，有導體如銅導線、出線銅排等，這些材料受熱后膨脹系數不一致，造成線圈膨脹快而鐵芯膨脹慢或者相反，伸縮很難同步；（2）產品設計上假設膨脹差異可以被吸收，采用如橡膠墊等易變形材料，其實際效果要通過現場運行來檢驗，通過檢驗來發(fā)現并補足其吸收能力的不足。

解決方法：由于材料特性差異，膨脹系數的差別總是存在的，要針對伸縮變化進行膨脹吸收調節(jié)的設計和校驗，并留有裕度。

1.3.2 噪聲高于出廠值

出廠時經聲級測定合格的電抗器，在現場運行時，噪聲常高于出廠值5 dB以上，主要原因在于：（1)諧波影響，這里指并聯(lián)電容器無功補償裝置安裝接入點的背景諧波比較大；（2）環(huán)境中空腔放大噪聲，有的安裝基礎考慮不周留有空腔；（3）多臺產品靠近安裝相互激振，同規(guī)格產品，結構參數相同，易發(fā)生共振；（4）負荷諧波增大，并聯(lián)電容器無功補償裝置投入運行后，可能對特定諧波形成低阻抗通道，由于電網阻抗參數改變后電流重新分配，實際流過電抗器的諧波超過安裝前的預計水平。

解決方法：（1）應用到存在較多諧波的系統(tǒng)時，電抗器設計時要選取較低的鐵芯磁密[2]；（2）將安裝基礎的空腔用沙或類似材料填實，破壞其空腔結構；（3）為產品裝上具有吸音功能的外殼；（4）采用可調節(jié)電感值的電抗器，調節(jié)電抗值偏離諧振點。

2 預防措施

與系統(tǒng)運行環(huán)境、安裝操作過程及安裝基礎具體條件相關的噪聲，只有在安裝就位投運后才能發(fā)現噪聲問題并進行降噪處理，此外，從噪聲產生機理分析，針對噪聲產生的產品自身原因，在現有設計方法、選材原則、生產工藝和檢驗試驗手段基礎上，還須采取多種措施進行預防。

2.1 改進緊固工藝

磁致伸縮是電抗器鐵芯振動的一個重要內在原因，此外受電抗器鐵芯柱分割影響，鐵餅之間存在電磁力相互作用[3-6]，而鐵芯電抗器以鐵芯為支承骨架，鐵芯的振動使線圈振動也不可避免。電抗器生產過程中，須采取防振動措施，特別要收集運行經驗，不斷改進緊固方法，如采用止動墊圈等。經證明對降噪起關鍵作用的工藝措施，應推廣應用，如鐵餅真空澆注、鐵芯柱與鐵軛接縫處理等。

2.2 克服檢驗和試驗盲區(qū)

對串聯(lián)電抗器，聲級測定為特殊試驗項目，而電抗器噪聲不完全由設計、選材、工藝路線決定，還與裝配質量的穩(wěn)定性相關。同規(guī)格同批次產品，噪聲相差3～7 dB的情況也存在。這說明裝配質量影響噪聲，有必要設計專用檢驗設備，以排查裝配引起的鐵芯局部翹曲、結構件扭曲如拉桿的扭曲等嚴重不利于抑制噪聲的情況，檢驗裝配質量的穩(wěn)定性。對噪聲敏感的變電站選用的電抗器設備，宜將聲級測定列入例行試驗項目。

2.3 加強運行維護指導

設備運行維護手冊要增加現場防噪聲內容，對異常噪聲現象提示查找原因的方向和排查的具體步驟。鐵芯電抗器的鐵芯柱先分割再復合而成，不利于噪聲抑制，要特別加強鐵芯防松動的檢查，包括局部鐵芯片的松動、作用在鐵芯上的緊固裝置防松等。

2.4 合理選型避開諧振

根據GB50227-2008并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范，當電網背景諧波為5次及以上時，電抗率配置可按4.5%～5%。要注意電容值的實測值和理論值差別，考核容抗和電抗匹配關系，避開諧振。

3 現場噪聲處理實例

某變電站共有2套并聯(lián)電容器無功補償裝置，全部采用了樹脂絕緣干式鐵芯串聯(lián)電抗器（型號：CKSC-300/10-5），投運后用戶反映噪聲大，嚴重影響值班人員休息，經現場測試，單臺運行噪聲（聲壓級）高達81.3 dB(A)。

噪聲原因排查步驟如下：經檢查，產品投運時間已有1年2個月，說明產品已經年度周期性負荷變化運行考驗，基本可以暴露設備在噪聲方面的隱患。線圈為兩包封結構，兩側銅排出線，外觀未見異常，從下至上表面測試溫度84℃～98℃，溫升正常（環(huán)境溫度28℃）。產品鐵芯采用了“山”字形鐵軛，沒有中心拉桿，靠8條旁拉桿拉緊。檢查安裝基礎，無空腔等不當結構，地腳緊固螺栓無明顯松動。檢查電流諧波含量，僅有少量諧波，以5次諧波為主，總諧波含量3.7%（低于5%）。調查環(huán)境噪聲，通風設施無異常噪聲；且離主變室較遠，可以排除主變噪聲影響；同室布置2套并聯(lián)電容器無功補償裝置，再無其他噪聲源。再檢查圍欄，圍欄由金屬立柱和非金屬網板拼接而成，無異常。進出線全部采用了電纜。

初步判斷，噪聲由產品本體產生，受鐵芯松動影響概率較高。為進一步查找原因，選取長度為2米的干燥環(huán)氧絕緣棒用力頂住上鐵軛，震感十分明顯。頂住下鐵軛，震感依然十分明顯。詢問值班人員，產品運行后已經過一次降噪處理，主要是重新緊固鐵芯并刷漆。由此推測產品鐵芯結構可能有固有缺陷，上述措施不能消除該缺陷。借助可移動光源，仔細查看鐵芯柱，發(fā)現鐵芯柱未采用真空澆注工藝，其上涂刷的樹脂已大部分脫落，至此可以判斷鐵芯柱松動引起噪聲異常。

由于鐵芯柱松動缺陷沒法現場消除，降噪方案是按現場產品尺寸和參數重做一臺干式鐵芯串聯(lián)電抗器，重做時鐵芯采用磁致伸縮性能好的30Q120硅鋼片，鐵芯柱采用真空澆注工藝，重新安裝就位時在安裝基礎上增加了隔振橡膠墊。投運后產品實測噪聲（聲壓級）降到53.1 dB(A)（詳見表2），解決了困擾用戶的噪聲問題，說明噪聲異常原因排查判斷正確，所采取的降噪措施有效。

4 結束語

隨著在網投運干式鐵芯電抗器的增加和產品運行時間的增長，設備在噪聲方面隱患暴露的幾率逐漸增大，加強噪聲問題的分析和處理，提高對設備運行中的噪聲問題的辯識能力并保持警惕，防止出現嚴重事故，減小設備停運損失。

表2 聲級測定

（1）在設備選型和工程設計上，須采取降噪措施，防止共振等噪聲放大情況出現；

（2）干式鐵芯電抗器有其特珠性，即使采用同樣的設計、采取同樣的降低噪聲措施生產，每臺產品的噪聲仍然有其獨特性，須研究適用的檢驗設備對噪聲隱患進行識別和處理；

（3）研究干式鐵芯電抗器噪聲問題分析和處理方法，制訂處理預案，以提高噪聲問題排查速度和現場改善效果。

［1］孫志，張文春，陳國珍.變電站鐵心電抗器振動噪聲測試及分析研究［J］.電氣制造，2014（1）：74-77.

［2］劉旺玉，李靜，張勇，等.干式串聯(lián)鐵心電抗器振動噪聲控制研究［J］.機械設計與制造，2010（8）：141-143.

［3］崔立君.特種變壓器理論與設計［M］.北京：科學技術文獻出版社，1996.

［4］曾慶贛.樹脂澆注干式變壓器和電抗器［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［5］段紹輝，丁慶，黎劍鋒，等.非晶合金鐵芯干式變壓器噪聲特性研究與分析［J］.機電工程技術，2014（3）： 36-39.

［6］劉石，徐林峰，馮永新，等.10kV干式鐵心并聯(lián)電抗器振動問題研究［J］.變壓器，2009，46（9）：31-34.