一种干式空心电抗器隔声罩及其设计方法

摘要

一种干式空心电抗器隔声罩及其设计方法，根据隔声罩结构特征将隔声罩划分为隔声模块、消声模块和吸声模块，引入模块化设计方法，即先根据变电站站界噪声限值计算获得隔声罩设计降噪量，再根据隔声罩设计降噪量和不同频率降噪量进行隔声模块的参数设计、吸声模块的参数设计以及消声模块的参数设计，满足上述参数设计的隔声模块、吸声模块和消声模块连接而成干式空心电抗器的隔声罩的最终降噪量要不小于设计降噪量。针对干式空心电抗器噪声水平、频率特征以及设备散热需求，通过将降噪措施分解为隔声、消声和吸声模块设计，实现了定量化降噪，极大地提升了隔声罩设计效率，全面切断了电抗器噪声的传播途径，确保了隔声罩良好的降噪效果。

说明书

技术领域

本发明属于噪声控制技术领域，更具体，涉及一种干式空心电抗器隔声罩及其设计方法。

背景技术

为满足城市地区高负荷、大规模用电需求，输变电工程不断建设发展，干式空心电抗器的使用频率越来越高。干式空心电抗器主要用于电力系统的无功补偿，对电网的稳定性和输变电线路的安全性具有重要意义。

然而，由于电抗器长期运行，线圈在电磁力作用下不断振动而产生噪声，给变电站站界噪声达标带来严重压力，目前已引起国网环保专家的重点关注。

现有技术中，干式空心电抗器最常用的降噪措施为隔声罩，隔声罩主要由顶部防雨罩、中部桶形罩和底部消声器组成，通过将电抗器线圈进行声学密封，以阻隔其噪声传播。现有的隔声罩设计标准主要有GB/T 19886-2005《声学隔声罩和隔声间噪声控制指南》、T/CEC139-2017《电力设备隔声罩技术条件》等，在确定降噪量指标后，即可进行声学参数设计与计算。然而，目前所采用的设计方法计算步骤多、工作量大，且未充分考虑材料声学参数对整体降噪效果的影响，尤其是对平波电抗器在100Hz～600Hz低频段噪声的治理效果十分有限。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种干式空心电抗器隔声罩及其设计方法，根据隔声罩结构特征，引入模块化设计方法，极大地提升了隔声罩设计效率，确保了隔声罩良好的降噪效果。

本发明采用如下的技术方案。

一种干式空心电抗器隔声罩设计方法的步骤如下：

步骤1，采集干式空心电抗器线圈各噪声量测点的1/3倍频程频谱和A计权声压级，计算获得干式空心电抗器整体的A计权声压级，满足如下关系式：

式中，

L

L

步骤2，根据干式空心电抗器所在变电站的周边声环境功能区等级，获取站界噪声限值，计算获得隔声罩设计降噪量；

步骤3，根据隔声罩设计降噪量和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征进行隔声模块的参数设计、吸声模块的参数设计以及消声模块的参数设计；

步骤4，满足上述参数设计的隔声模块、吸声模块和消声模块，连接而成干式空心电抗器的隔声罩的最终降噪量，要不小于设计降噪量，即TL

隔声罩的最终降噪量满足如下关系式：

TL

式中，

TL

L

L

L

优选地，

在步骤1中，干式空心电抗器线圈各噪声量测点，是指在干式空心电抗器线圈高度1/2处、距离干式空心电抗器外表面0.2m处、以电抗器中心为圆心围绕电抗器一周、间距均匀地布置的n个量测点，相邻的两个量测点与电抗器中心组成的夹角为360°的1/n；

优选地，

在步骤2中，隔声罩设计降噪量是干式空心电抗器的噪声传播至站界处的声压级与站界噪声限值之差，满足如下关系式：

TL＝L

式中，

TL表示隔声罩设计降噪量，

ΔL表示噪声传播衰减量，单位为dB，

L

优选地，

噪声传播衰减量ΔL满足如下关系式：

式中，

r表示干式空心电抗器与站界的距离；

优选地，

在步骤3中，根据隔声罩设计降噪量和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，查询“隔声模块降噪量数据表”，对双层夹心式结构的隔声模块进行双层外板厚度、夹心板中间填充的吸声材料厚度进行设计；

隔声模块降噪量数据表(单位：dB)

优选地，

在步骤3中，根据隔声罩设计降噪量和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，查询“吸声模块降噪量数据表”，对吸声模块占据中部桶内壁的面积比例进行设计；

吸声模块的降噪量数据表(单位：dB)

优选地，

在步骤3中，根据隔声罩设计降噪量和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，查询“消声模块降噪量数据表”，对消声模块的材料容重、消声片厚度进行设计；

消声模块降噪量数据表(单位：dB)

优选地，

消声模块的散热风量会降低消声模块的降噪量，消声模块的散热风量设计值减少的降噪量满足如下关系式：

式中，

Q表示消声模块的散热风量设计值，

S表示消声模块的横截面积；

一种干式空心电抗器隔声罩包括：隔声罩顶部、隔声罩中部和隔声罩底部；

隔声罩顶部布置在干式空心电抗器上星形架的上方，隔声罩底部布置在干式空心电抗器下星形架的下方，隔声罩中部布置在干式空心电抗器上星形架与干式空心电抗器下星形架之间；

隔声罩顶部包括顶部防雨罩和顶部筒形罩，顶部防雨罩布置在顶部筒形罩的上方，顶部筒形罩布置在干式空心电抗器上星形架的上方，顶部防雨罩和顶部筒形罩采用不锈钢立柱和无磁金属螺栓与干式空心电抗器上星形架连接；

隔声罩底部包括底部消声桶，底部消声桶采用无磁金属螺栓与干式空心电抗器下星形架连接；

隔声罩中部包括中部桶，中部桶布置在干式空心电抗器上星形架与干式空心电抗器下星形架之间，采用无磁金属螺栓与干式空心电抗器上星形架、干式空心电抗器下星形架连接；中部桶的内部中空、并布置有干式空心电抗器线圈，并且干式空心电抗器线圈的中轴线与中部桶的中轴线重合；

顶部防雨罩、顶部筒形罩和中部桶采用隔声模块制作；底部消声桶采用消声模块制作；吸声模块采用护面网和无磁金属螺栓固定于中部桶内壁。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、针对平波电抗器的噪声特性，将隔声罩整体设计分解为隔声、吸声和消声模块设计，简化了降噪设计流程，提升了降噪设计效率；

2、以变电站站界噪声达标为目标，进行各类降噪材料的参数优选设计，实现了定量化降噪，确保了隔声罩整体的有效性和工程经济性；

3、综合考虑了平波电抗器散热需求，且采用无磁钢进行结构连接，避免了涡流发热效应。

附图说明

图1为本发明的一种干式空心电抗器隔声罩设计方法的噪声量测点分布的俯视图；

图2为本发明的一种干式空心电抗器隔声罩设计方法的噪声量测点分布的正视图；

图3为本发明实施例1中测试获得的干式空心电抗器近场噪声1/3倍频程频谱图；

图4为本发明的一种干式空心电抗器隔声罩的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

实施例1。

本优选实施例中，以某城市变电站中63kV、40MVA的干式空心电抗器为重要声源设备。依据GB/T 15190《声环境功能区分类》该城市变电站划分为I类声环境功能区，依据GB12348噪声排放限值要求，该站昼间噪声应达到50dB(A)以下，夜间噪声应达到45dB(A)以下；

该干式空心电抗器的隔声罩设计方法的步骤如下：

步骤1，采集干式空心电抗器线圈各噪声量测点的1/3倍频程频谱和A计权声压级，计算获得干式空心电抗器整体的A计权声压级，满足如下关系式：

式中，

L

L

对于干式空心电抗器噪声中影响较大的100Hz、300Hz的噪声成分，也采用上述公式进行合成计算。

具体地，

在步骤1中，干式空心电抗器线圈各噪声量测点，是指在干式空心电抗器线圈高度1/2处、距离干式空心电抗器外表面0.2m处、以电抗器中心为圆心围绕电抗器一周、间距均匀地布置的n个量测点，相邻的两个量测点与电抗器中心组成的夹角为360°的1/n；

本优选实施例中，按照上述方法布置了12个量测点，量测点的俯视图如图1所示，相邻的两个量测点与电抗器中心组成的夹角为30°，量测点的正视图如图2所示；

本优选实施例中，通过测量和计算得到的干式空心电抗器整体的近场噪声为71.5dB(A)，125Hz和300Hz噪声级分别为53.3dB和59dB。测试获得的该干式空心电抗器近场噪声1/3倍频程频谱如图3所示。

步骤2，根据干式空心电抗器所在变电站的周边声环境功能区等级，获取站界噪声限值，计算获得隔声罩设计降噪量。

具体地，

隔声罩设计降噪量是干式空心电抗器的噪声传播至站界处的声压级与站界噪声限值之差，满足如下关系式：

TL＝L

式中，

TL表示隔声罩设计降噪量，

ΔL表示噪声传播衰减量，单位为dB，

L

具体地，

噪声传播衰减量ΔL满足如下关系式：

式中，

r表示干式空心电抗器与站界的距离，本优选实施例中，r＝5m；

最终计算得到隔声罩设计降噪量为12.5dB。

除了采用上述公式计算隔声罩的设计降噪量，还可采用有限元软件仿真计算站界噪声级，进而确定隔声罩的设计降噪量。

步骤3，根据隔声罩设计降噪量和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征进行隔声模块的参数设计、吸声模块的参数设计以及消声模块的参数设计。

具体地，

在步骤3中，根据隔声罩设计降噪量和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，查询表1“隔声模块降噪量数据表”，对双层夹心式结构的隔声模块进行双层外板厚度、夹心板中间填充的吸声材料厚度进行设计；其中，“隔声模块降噪量数据表”通过试验测试获得。

表1隔声模块降噪量数据表(单位：dB)

本优选实施例中，隔声模块的双层外板采用玻璃钢制作、夹心板中间填充玻璃棉吸声材料；值得注意的是，所属领域的技术人员可以任意选择隔声模块的双层外板和夹心板中间填充材料的材质、厚度等参数，本发明优选实施例中采用的玻璃钢和玻璃棉仅为非限制性的较优选择，隔声模块降噪量数据表中采用的玻璃钢和玻璃棉厚度也仅为本发明优选实施例实施中的非限制性的较优选择。

按照隔声罩设计降噪量12.5dB和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，最终选定的隔声模块参数如表2所示：

表2隔声模块设计参数表(单位：dB)

具体地，

在步骤3中，根据隔声罩设计降噪量和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，查询表3“吸声模块降噪量数据表”，对吸声模块占据中部桶内壁的面积比例进行设计；其中，“吸声模块降噪量数据表”通过试验测试获得。

表3吸声模块降噪量数据表(单位：dB)

本优选实施例中，吸声模块采用玻璃棉制作；值得注意的是，所属领域的技术人员可以任意选择吸声模块的的材质、占据筒形罩内壁的面积比例等参数，本发明优选实施例中采用的玻璃棉和占据筒形罩内壁的面积比例仅为非限制性的较优选择。

按照隔声罩设计降噪量12.5dB和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，最终选定的吸声模块参数如表4所示；

表4吸声模块设计参数表(单位：dB)

从吸声模块参数可见，吸声模块采用玻璃棉制作，贴附与中部桶内壁，用于消除隔声罩内混响。由于隔声模块已满足降噪量需求，吸声模块主要作用为优化低频噪声治理效果。

具体地，

在步骤3中，根据隔声罩设计降噪量和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，查询表5“消声模块降噪量数据表”，对消声模块的材料容重、消声片厚度进行设计；其中，“消声模块降噪量数据表”通过试验测试获得。

表5消声模块的降噪量数据表(单位：dB)

具体地，

消声模块的散热风量会降低消声模块的降噪量，消声模块的散热风量设计值减少的降噪量满足如下关系式：

式中，

Q表示消声模块的散热风量设计值，

S表示消声模块的横截面积。

在进行消声模块参数设计时，消声模块的散热风量应充分考虑电抗器散热需求，根据不同的电抗器损耗值查询表6“消声模块的散热风量设计数据表”，获得消声模块的散热风量设计值；其中，“消声模块的散热风量设计数据表”通过试验测试获得。

表6消声模块的散热风量设计数据表

本优选实施例中，干式空心电抗器容量为40MVA，取其1％作为热损耗，则热损耗功率为400kW，查阅表6得到散热风量设计值为105000m

表7消声模块的降噪量数据表(单位：dB)

步骤4，满足上述参数设计的隔声模块、吸声模块和消声模块，连接而成干式空心电抗器的隔声罩的最终降噪量，要不小于设计降噪量，即TL

隔声罩的最终降噪量满足如下关系式：

TL

式中，

TL

L

L

L

经过计算，本优选实施例中，TL

实施例2。

本优选实施例中，以某城市变电站中3台35kV、20MVA的干式空心电抗器为重要声源设备。依据GB/T 15190《声环境功能区分类》该城市变电站划分为I类声环境功能区，依据GB 12348噪声排放限值要求，该站昼间噪声应达到50dB(A)以下，夜间噪声应达到45dB(A)以下；

本优选实施例中，按照国网物资采购标准要求，变电站主要声源设备近场噪声不应超过65dB(A)；通过采用有限元软件Comsol建立了干式空心电抗器单元的噪声传播仿真模型，通过仿真得到站界噪声声压级为59dB(A)；根据GB12348的规定，站界声压级为45dB(A)，故隔声罩设计降噪量为14dB；

根据隔声罩设计降噪量进行隔声模块的参数设计、吸声模块的参数设计以及消声模块的参数设计；按照隔声罩设计降噪量14dB和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，查询表1、表3、表5、表6，最终选定的各模块参数如表8所示；

表8隔声罩各模块的设计参数表

满足上述参数设计的隔声模块、吸声模块和消声模块，连接而成干式空心电抗器的隔声罩的最终降噪量，要不小于设计降噪量，即TL

隔声罩的最终降噪量满足如下关系式：

TL

式中，

TL

L

L

L

经过计算，本优选实施例中，TL

实施例3。

本优选实施例中，以某城市变电站中50kV、50MVA的干式空心电抗器为重要声源设备。依据GB/T 15190《声环境功能区分类》该城市变电站划分为I类声环境功能区，依据GB12348噪声排放限值要求，该站昼间噪声应达到50dB(A)以下，夜间噪声应达到45dB(A)以下；

本优选实施例中，根据平波电抗器近场噪声测试，掌握其1/3倍频程频谱，整体声压级73dB(A)，125Hz和300Hz降噪量分别为53dB和60dB。采用噪声传播衰减公式计算，确定站界声压级为62dB(A)；根据GB12348的规定，站界声压级为45dB(A)，故隔声罩设计降噪量为17dB；

根据隔声罩设计降噪量进行隔声模块的参数设计、吸声模块的参数设计以及消声模块的参数设计；按照隔声罩设计降噪量17dB和干式空心电抗器的1/3倍频程频谱特征，查询表1、表3、表5、表6，最终选定的隔声各模块参数如表9所示；

表9隔声罩各模块的设计参数表

满足上述参数设计的隔声模块、吸声模块和消声模块，连接而成干式空心电抗器的隔声罩的最终降噪量，要不小于设计降噪量，即TL

隔声罩的最终降噪量满足如下关系式：

TL

式中，

TL

L

L

L

经过计算，本优选实施例中，TL

实施例4。

一种干式空心电抗器隔声罩，如图4所示，包括：隔声罩顶部、隔声罩中部和隔声罩底部；

隔声罩顶部布置在干式空心电抗器上星形架3的上方，隔声罩底部布置在干式空心电抗器下星形架5的下方，隔声罩中部布置在干式空心电抗器上星形架3与干式空心电抗器下星形架5之间；

隔声罩顶部包括顶部防雨罩1和顶部筒形罩2，顶部防雨罩1布置在顶部筒形罩2的上方，顶部筒形罩2布置在干式空心电抗器上星形架3的上方，顶部防雨罩1和顶部筒形罩2采用不锈钢立柱和无磁金属螺栓与干式空心电抗器上星形架3连接；

隔声罩底部包括底部消声桶6，底部消声桶6采用无磁金属螺栓与干式空心电抗器下星形架5连接；

隔声罩中部包括中部桶4，中部桶4布置在干式空心电抗器上星形架3与干式空心电抗器下星形架5之间，采用无磁金属螺栓与干式空心电抗器上星形架3、干式空心电抗器下星形架5连接；中部桶4的内部中空、并布置有干式空心电抗器线圈7，并且干式空心电抗器线圈7的中轴线与中部桶4的中轴线重合；

顶部防雨罩1、顶部筒形罩2和中部桶4采用隔声模块制作；底部消声桶6采用消声模块制作；吸声模块采用护面网和无磁金属螺栓固定于中部桶4内壁。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。