換流變壓器移動式BOX-IN設計

高 湛，李 華

（中南電力設計院，武漢市，430071）

0 引言

換流變壓器BOX-IN設計是借助換流變壓器防火墻對換流變壓器本體進行封閉式隔聲處理的一種變壓器噪聲治理的新技術。與聲屏障相比，BOX-IN可以更加有效降低換流變壓器噪聲對周圍環境的影響。

目前國內已建和在建的換流變壓器BOX-IN發展經歷了3個階段：第1階段為相對固定式BOX-IN，如華新換流站換流變BOX-IN；第2階段為可拆卸式BOX-IN，如高嶺背靠背換流站換流變BOX-IN；第3階段為可移動式BOX-IN，如奉賢換流站換流變BOX-IN。相對固定式和可拆卸式BOX-IN相比于可移動式BOX-IN，其拆卸和安裝工程量大，所需時間較長，一定程度上影響了換流變壓器的檢修。

1 移動式BOX-IN

1.1 移動式BOX-IN結構型式

移動式BOX-IN是采用移動式和帶有通風散熱消聲器的隔音室把換流變壓器本體封閉起來，把冷卻風扇放在隔音室外面，即部分BOX-IN鋼結構是固定在換流變壓器上，隨換流變設備可以一起移動。移動式BOX-IN設計效果如圖1所示。

移動式BOX-IN由4部分組成，具體細分為頂部固定、頂部移動、前端固定、前端移動。頂部固定部分的隔聲圍護結構與換流變壓器兩側防火墻連接，前端固定部分與換流變壓器基礎連接，在更換換流變壓器時這2部分不用拆除；移動部分的隔聲圍護結構是固定在換流變壓器本體上，在更換換流變壓器時此部分與換流變壓器一同移出。特別注意一點，換流變壓器本體頂面和BOX-IN屋面聲屏障之間高度宜為1.5 m，以方便運行人員爬上換流變壓器進行檢修和維護。

固定部分隔聲圍護結構由型鋼三角支架、型鋼立柱、吸聲隔聲板和隔聲門組成。型鋼三角支架與換流變壓器兩側防火墻上的預埋件連接，用于安裝頂部固定部分吸隔聲板。型鋼立柱采用化學螺栓與換流變壓器基礎固定，用于安裝前端固定部分吸隔聲板和隔聲門。

移動部分隔聲圍護結構由支撐鋼架、減振器、吸隔聲板組成。支撐鋼架在現場與換流變壓器本體的預留固定件用螺栓連接。由于移動部分吸隔聲板通過鋼架與換流變本體連接在一起，當換流變運行起來后其自身振動會通過支撐鋼架向外傳遞，從而引起吸隔聲振動向外輻射噪聲，導致BOX-IN整體降噪效果下降。為防止出現這種固體傳聲現象，在吸隔聲板與支撐鋼架之間設置隔振器，以切斷吸隔聲板與換流變本體之間聲橋，從而保證降噪設備的降噪功效。

BOX-IN內部吸聲體在現場采用熱鍍鋅膨脹螺栓固定在換流變壓器兩側防火墻及閥廳防火墻上。

移動式BOX-IN結構如圖2所示。

1.2 移動式BOX-IN防水處理

頂部吸隔聲板的防水處理方法有2種。板與板拼接處、安裝螺栓處等直接利用耐候密封膠進行防水處理；兩側固定部分與防火墻的交接處采用泛水板進行防水處理，具體做法見圖3。

1.3 換流變BOX-IN通風散熱及溫度控制

1.3.1 換流變BOX-IN通風散熱控制

目前已建和在建換流變壓器BOX-IN通風散熱有2種控制系統：設置機械通風系統，如高嶺背靠背換流站；未設置機械通風系統，如奉賢換流站。根據BOX-IN實際運行情況及相關規范要求，換流變壓器BOX-IN宜設置機械通風系統，主要理由如下：（1）根據已投入運行的換流變BOX-IN，夏季其內環境溫度較長時間在50℃左右，這個溫度對于運行維護、巡視都比較高，應將其控制不超過45℃較為合適；（2）換流變壓器是帶油設備，機械通風可改善內部空氣狀況，為維護、巡視人員提供新風，改善其工作環境；（3）從理論上來說，換流變壓器有發生火災的可能，應通過所設置的消防系統進行滅火，滅火后應該開啟機械通風系統快速排除BOX-IN內煙氣。

換流變在運行過程中必然存在損耗，換流變的損耗包括空載損耗和負載損耗，兩者之和即為換流變的余熱量。換流變的余熱主要是通過換流變的冷卻器把熱能排出，但仍有一部分熱量會通過換流變本身的殼體散發。采用BOX-IN隔聲結構時，換流變本體置于密閉的隔聲室內，殼體所散發的熱量需要及時排至BOX-IN外面。換流變壓器BOX-IN通風計算的重要參數是換流變的空載損耗和負載損耗，其通風量可按式（1）進行計算，

式中：L為通風量，m3/h；Q為換流變本體散熱量，W；c為空氣比熱容，取c=1.01 kJ/（kg·℃）；ρav為進排風平均密度，kg/m3；Δt為進排風溫度差，℃。Δt=tex-tin，不應超過15 ℃；tex、tin為進、排風溫度，tin可取當地通風室外計算溫度，tex宜不大于45℃。

以±800 kV穗東換流站換流變壓器為例，換流變壓器單臺容量240 MVA，損耗最大值為700 kW，本體余熱量按70 kW考慮，其他余熱量由換流變散熱器帶走。廣州室外通風計算溫度為31℃，BOX-IN內設計溫度為45℃，忽略BOX-IN由內到外的傳熱。由式（1）可以得出，通風量為15370 m3/h，即配置2臺風量不小于7687 m3/h的軸流風機一般可滿足換流變壓器BOX-IN的通風散熱要求。

1.3.2 換流變BOX-IN溫度控制

換流變BOX-IN溫度控制方案：每臺軸流風機可設有遠程/就地切換開關，遠程和就地均能實現手動啟?？刂疲h程通過監控系統空接點控制，就地通過端子箱按鈕控制。

每臺換流變BOX-IN的2臺軸流風機設有自動/手動切換按鈕，能夠實現自動控制和手動控制切換，自動控制采用PLC，由BOX-IN內的溫度探頭根據BOX-IN內溫度單獨控制風機啟停，BOX-IN內溫度達到40℃啟動第1臺風機，BOX-IN內溫度達到45℃啟動第2臺風機，BOX-IN內溫度降到40℃停止1臺風機，BOX-IN內溫度降到35℃停止另1臺風機。

預留與火災報警系統接口（能接收火災報警系統發出的空接點信號），在發生火災時自動斷開風機電源，防止火災蔓延。

2 換流變壓器BOX-IN降噪效果

通過對華新換流站的BOX-IN內、外噪聲進行現場噪聲測試，得到了換流變壓器BOX-IN的降噪效果。

測點1在BOX-IN內，距BOX-IN前端聲屏障板1 m；測點2在BOX-IN的外部，距防火墻端部距離為1 m；測點3、測點4和測點5在BOX-IN的外部，分別離冷卻風扇表面為3.7，10.7，22.7 m。

圖4分別是測點1和測點2的噪聲頻譜圖。

測點1的聲壓級為84.7 dB（A），測點2的聲壓級為69.9 dB（A），2者相差14.8 dB（A）。測點1的頻譜顯示出的最大噪聲頻率為400 Hz，其次為500 Hz，但這些頻率特征在測點2的頻譜中都沒有明顯地顯示出來。測點1和測點2的主要頻率處的噪聲比較如表1所示。

測點1體現出的是換流變的噪聲頻譜特征，而測點2體現出的基本是風扇的中頻噪聲頻譜特征。

表1 測點1和測點2的主要頻率處的噪聲比較Tab.1 Comparison of the sound pressure levels at mainfrequency of No.1 and No.2 testing

測點3、測點4、測點5的噪聲比較如表2所示。這3個測點的頻譜特征與測點2基本一樣，體現出的都是風扇的頻譜特征。測點1和測點2的測試結果還說明換流變本體噪聲遠大于冷卻風扇的噪聲。

表2 測點3、測點4、測點5的噪聲測量值Tab.2 The measured sound pressure levels of No.3, No.4 andNo.5 testing points

3 結語

在借鑒華新換流站和高嶺換流站換流變BOX-IN優點基礎上，重點介紹了換流變移動式BOX-IN的結構型式、通風散熱、溫度控制、降噪效果。換流變壓器BOX-IN整體降噪量達到20 dB（A）左右（扣除換流變壓器冷卻風扇的噪聲），尤其能有效改善400 Hz等低頻噪聲對站區周圍及站內環境的影響。

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