干式铁芯串联电抗器运行后的噪声问题分析及处理对策

1、干式铁芯串联电抗器运行后的噪声问题分析及处理对策徐林峰;毛启武;欧小波;马志钦;唐金权;袁乙专【摘要】对干式铁芯串联电抗器运行后出现的各种噪声进行了详细的分析，介绍 了故障检测和处理的过程，为避免类似故障的发生，提出了相应的预防措施。%In the paper, the noises in the operation of dry-type iron core series reactors are analyzed in detail. The process of fault examination and treatment is introduced. The prevent meas

2、ures are presented to avoid the occurrence of similar fault.【期刊名称】机电工程技术【年(卷)，期】2015(000)005 【总页数】4页(P44-47) 【关键词】干式铁芯串联电抗器;噪声;分析 【作者】徐林峰;毛启武;欧小波;马志钦;唐金权;袁乙专【作者单位】广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广州510600;明珠电 气有限公司，广东广州511400;广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广 州I 510600;广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广州I 510600;明珠电气 有限公司，广东广州| 511400;明

3、珠电气有限公司，广东广州511400【正文语种】中文【中图分类】TM470前言电抗器是电网实现无功平衡、限制电网故障扩大的重要设备。近年来，电网内由于 10-35 kV干式铁芯电抗器质量问题、运行环境问题导致电抗器缺陷甚至停运的 情况时有发生，其中噪声大的问题已成为影响电抗器运行质量的最普遍的缺陷之一， 而且随着运行时间增长，噪声大的问题更加突出，严重影响设备持续安全运行1。 据统计，2011年10-35 kV干式铁芯电抗器在广东电网公司内发现缺陷共计202 台次，其中振动异常噪声过大缺陷共计76台次，缺陷率占比为37.6%。目前在系统中运行的铁芯电抗器均已通过试验考核，但在投运后或运行一段时

4、间后 即出现噪声大问题，此类缺陷在运行的产品中比较普遍。因此，对运行后的干式铁 芯电抗器噪声问题进行分析，研究处理对策，对加快噪声问题排查分析和制定降噪 措施，提高预防噪声能力，十分有意义，本文就此进行探讨。1运行后的噪声问题1.1技术参数名称：树脂绝缘干式铁芯串联电抗器；型号：CKSC-200 - 500/10-5 ;额定容量：200 - 500 kvar;(4 )额定电压：10 kV;额定端电压：318 V;额定电流：210-524 A;(7 )额定频率：50 Hz;(8 )额定电抗率：5% ;(9)绝缘等级：F ;(10 )绕组温升限值：95 K;（11）绝缘水平：LI75AC35 ;（

5、12 “令却方式：AN。1.2电抗器一般噪声问题分析和处理1.2.1金属杂音金属杂音频率以100 Hz为主，主要表现：（1）紧固螺丝松动，引起金属垫圈松 动，在交变磁场作用下金属垫圈撞击邻近金属件；（2）小体积的金属跌落在铁芯 和夹件之间的缝隙中，受交变磁场影响发生持续振动；（3）铁饼中的硅钢片松动；（4）电抗器金属围栏局部振动；（5）刀闸等开关设备没有合到位。判断方法： 选取长度不小于2米的干燥环氧绝缘棒用力顶怀疑部位的小零件，看金属杂音是 否变小，如发生明显变化就说明，对应部位的小零件在振动。解决办法：检修时对发生松动的部位，重新紧固，配合进行防松改造则更好。1.2.2局部噪声偏高对三相电

6、抗器进行噪声测试时，测试轮廓线为一个长圆形，如图1。噪声测试结果 显示，各点噪声不一致，有时表现为相邻的一串数据偏大，比如图1中的测点4、 5、6和7的数据受线圈（A,X ）对应铁芯柱影响较大，对照产品实物来讲，就是 单侧噪声偏高，差异有时在5 dB以上。产生原因为：（1）电抗器装配质量不稳 定，有一个铁芯柱装配质量较差，引起邻近该铁芯柱的一侧噪声大；（2）安装空 间狭小，电抗器发生噪声反射后，在局部测试区间显著加强；（3）安装地面不平； （4 ）多台电抗器相互影响。解决方法：（1）重新装配铁芯柱，或者更换铁芯；（2）在墙面装设吸音屏，减 少反射；（3）在电抗器底座与地面之间装橡胶垫，以减小地

7、面不平的影响；（4） 将电抗器装入具有吸音功能的夕卜壳中，可以把相互影响降到最低。图1噪声测点分布图1.2.3引线铜排噪声由于引线铜排有大电流通过，因空间磁场使铜排产生振动。铜排的振动将严重影响 电抗器的噪声，使电抗器的噪声增大35 dB以上，如果不仔细区分，可能会误 认为是电抗器本体的噪声。判断方法：选取长度不小于2米的干燥环氧绝缘棒用 力顶铜排，如果噪声发生明显变化就证明是引线铜排共振引起的噪声问题。解决方法：（1）稍微拧紧或者是松开支承点螺丝，尝试改变对铜排的约束，以破 坏铜排共振的条件；（2）铜排过度接头处采用软连接；（3）铜排支承点跨度大 时，增加支承点；（4）支承点加隔振橡胶垫。1

8、.2.4附件噪声有些电抗器带外壳、金属围栏、风机、温控器等附件，这些附件的共振产生附加噪 声，如果不能识别排除就会误认为是电抗器的本体噪声。判断方法：（1）夕卜壳： 选取长度不小于2米的干燥环氧绝缘棒用力顶外壳铝板（或钢板），看噪声是否 明显变化，如发生明显变化就说明外壳在振动。（2）风机：选取长度不小于2米 的干燥环氧绝缘棒用力顶每个风机的外壳，看噪声是否明显变化，如发生明显变化 就说明风机在共振。（3）其他附件：选取长度不小于2米的干燥环氧绝缘棒用力 顶电抗器所安装的每个零部件（如：温控器支架等），看噪声是否明显变化，如发 生明显变化就说明零部件在共振。解决方法：（1）看外壳铝板（或钢板）

9、是否松动，有可能安装时受不当外力变形， 需要重新拧紧一下外壳的螺丝，将外壳的铝板固定好，对变形的部分进行校正；（2）看风机是否松动，需要拧紧一下风机的紧固螺栓，在风机和风机支架之间垫 块橡胶，就可以抑制风机的振动；（3）如电抗器其他零部件松动，则需要重新 固定。1.3电抗器特珠噪声问题分析和处理1.3.1噪声随运行温度明显变化电抗器投运后，温度逐步升高，直至达到温度稳定。电抗器温升时间常数T 一般 在35 h之间，达到温度稳定一般在投运10 h之后。电抗器各种材料的热膨胀 系数彼此并不相同，具体见表1。表1材料的热膨胀系数材料名称主要功能环氧树脂体系（F级）铜硅钢片环氧板 带填料树脂体系*16

10、 mm不锈圆钢膨胀系数（10-6 K-1 ） 60-70 17.7 10.6 12.2 19 -23 56 16.6浇注绝缘导体铁芯间隙隔板绝缘垫块拉杆测试温度（C） 20 -80 20- 100 20 -100 20 -80 20- 80 20 - 100（1）电抗器生产用到多种材料，有铁磁材料如硅钢片、金属结构件等，有绝缘材 料如环氧树脂，有导体如铜导线、出线铜排等，这些材料受热后膨胀系数不一致， 造成线圈膨胀快而铁芯膨胀慢或者相反，伸缩很难同步；（2）产品设计上假设膨 胀差异可以被吸收，采用如橡胶垫等易变形材料，其实际效果要通过现场运行来检 验，通过检验来发现并补足其吸收能力的不足。解决

11、方法：由于材料特性差异，膨胀系数的差别总是存在的，要针对伸缩变化进行 膨胀吸收调节的设计和校验，并留有裕度。1.3.2噪声高于出厂值出厂时经声级测定合格的电抗器，在现场运行时，噪声常高于出厂值5dB以上， 主要原因在于：（1）谐波影响，这里指并联电容器无功补偿装置安装接入点的背景 谐波比较大；（2）环境中空腔放大噪声，有的安装基础考虑不周留有空腔；（3） 多台产品靠近安装相互激振，同规格产品，结构参数相同，易发生共振；（4）负 荷谐波增大，并联电容器无功补偿装置投入运行后，可能对特定谐波形成低阻抗通 道，由于电网阻抗参数改变后电流重新分配，实际流过电抗器的谐波超过安装前的 预计水平。解决方法：

12、（1）应用到存在较多谐波的系统时，电抗器设计时要选取较低的铁芯 磁密2；（2 ）将安装基础的空腔用沙或类似材料填实，破坏其空腔结构；（3） 为产品装上具有吸音功能的夕卜壳；（4）采用可调节电感值的电抗器，调节电抗值偏离谐振点。2预防措施与系统运行环境、安装操作过程及安装基础具体条件相关的噪声，只有在安装就位 投运后才能发现噪声问题并进行降噪处理，此外，从噪声产生机理分析，针对噪声 产生的产品自身原因，在现有设计方法、选材原则、生产工艺和检验试验手段基础 上，还须采取多种措施进行预防。2.1改进紧固工艺磁致伸缩是电抗器铁芯振动的一个重要内在原因，此外受电抗器铁芯柱分割影响， 铁饼之间存在电磁力相

13、互作用3-6，而铁芯电抗器以铁芯为支承骨架，铁芯的振 动使线圈振动也不可避免。电抗器生产过程中，须采取防振动措施，特别要收集运 行经验，不断改进紧固方法，如采用止动垫圈等。经证明对降噪起关键作用的工艺 措施，应推广应用，如铁饼真空浇注、铁芯柱与铁扼接缝处理等。2.2克服检验和试验盲区对串联电抗器，声级测定为特殊试验项目，而电抗器噪声不完全由设计、选材、工 艺路线决定，还与装配质量的稳定性相关。同规格同批次产品，噪声相差3-7 dB 的情况也存在。这说明装配质量影响噪声，有必要设计专用检验设备，以排查装配 弓I起的铁芯局部翘曲、结构件扭曲如拉杆的扭曲等严重不利于抑制噪声的情况，检 验装配质量的稳

14、定性。对噪声敏感的变电站选用的电抗器设备，宜将声级测定列入 例行试验项目。2.3加强运行维护指导设备运行维护手册要增加现场防噪声内容，对异常噪声现象提示查找原因的方向和 排查的具体步骤。铁芯电抗器的铁芯柱先分割再复合而成，不利于噪声抑制，要特 别加强铁芯防松动的检查，包括局部铁芯片的松动、作用在铁芯上的紧固装置防松2.4合理选型避开谐振根据GB50227-2008并联电容器装置设计规范，当电网背景谐波为5次及以上时， 电抗率配置可按4.5%5%。要注意电容值的实测值和理论值差别，考核容抗和 电抗匹配关系，避开谐振。3现场噪声处理实例某变电站共有2套并联电容器无功补偿装置，全部采用了树脂绝缘干式

15、铁芯串联 电抗器（型号：CKSC-300/10-5 ），投运后用户反映噪声大，严重影响值班人员 休息，经现场测试，单台运行噪声（声压级）高达81.3 dB（A）。噪声原因排查步骤如下：经检查，产品投运时间已有1年2个月，说明产品已经 年度周期性负荷变化运行考验，基本可以暴露设备在噪声方面的隐患。线圈为两包 封结构，两侧铜排出线，外观未见异常，从下至上表面测试温度84C98C，温 升正常（环境温度28C）。产品铁芯采用了“山”字形铁扼，没有中心拉杆，靠 8条旁拉杆拉紧。检查安装基础，无空腔等不当结构，地脚紧固螺栓无明显松动。 检查电流谐波含量，仅有少量谐波，以5次谐波为主，总谐波含量3.7% （

16、低于 5%）。调查环境噪声，通风设施无异常噪声；且离主变室较远，可以排除主变噪 声影响；同室布置2套并联电容器无功补偿装置，再无其他噪声源。再检查围栏， 围栏由金属立柱和非金属网板拼接而成，无异常。进出线全部采用了电缆。初步判断，噪声由产品本体产生，受铁芯松动影响概率较高。为进一步查找原因， 选取长度为2米的干燥环氧绝缘棒用力顶住上铁扼，震感十分明显。顶住下铁扼， 震感依然十分明显。询问值班人员，产品运行后已经过一次降噪处理，主要是重新 紧固铁芯并刷漆。由此推测产品铁芯结构可能有固有缺陷，上述措施不能消除该缺 陷。借助可移动光源，仔细查看铁芯柱，发现铁芯柱未采用真空浇注工艺，其上涂 刷的树脂已

17、大部分脱落，至此可以判断铁芯柱松动引起噪声异常。由于铁芯柱松动缺陷没法现场消除，降噪方案是按现场产品尺寸和参数重做一台干 式铁芯串联电抗器，重做时铁芯采用磁致伸缩性能好的30Q120硅钢片，铁芯柱 采用真空浇注工艺，重新安装就位时在安装基础上增加了隔振橡胶垫。投运后产品 实测噪声(声压级)降到53.1 dB(A)(详见表2)，解决了困扰用户的噪声问题， 说明噪声异常原因排查判断正确，所采取的降噪措施有效。4结束语随着在网投运干式铁芯电抗器的增加和产品运行时间的增长，设备在噪声方面隐患 暴露的几率逐渐增大，加强噪声问题的分析和处理，提高对设备运行中的噪声问题 的辩识能力并保持警惕，防止出现严重事

18、故，减小设备停运损失。表2声级测定声压级测量及声功率级计算：电抗器额定励磁，轮廓线距基准面距 离1.0 m，测量点间的距离0.87 m，测量点分别布置14个。测量点高度0.58 m， 轮廓线周长12.2 m。测测量环境条件测测量结果测试室总表面面积S v(m2)测 量表面的面积S(m2)平均吸声系数a吸声量A(m2 )环境修正系数K冷却装置状态背景噪声平均值LbgA A(dB(A)电抗器噪声平均值LPA0(dB(A) A计权声压级LPA(dB(A)A计权声功率级LWA (dB(A) 420 26.50.15 63.0 4.12 AN 41.5 56.7 53.1 67.6在设备选型和工程设计上，须采取降噪措施，防止共振等噪声放大情况出现；干式铁芯电抗器有其特珠性，即使采用同样的设计、采取同样的降低噪声措 施生产，每台产品的噪声仍然有其独特性，须研究适用的检验设备对噪声隐患进行 识别和处理；研究干式铁芯电抗器噪声问题分析和处理方法，制订处理预案，以提高噪声 问题排查速度和现场改善效果。参考文献：1 孙志，张文春，陈国珍.变电站铁心电