高压直流换流站中电容器装置的噪声产生机理与降噪技术

随着直流输电电压等级的提高、输送功率的增大，电容器装置已成为换流站中噪声的主要来源之一，迫切需要对其噪声产生机理及降噪技术展开研究。本项目对直流输电用电容器在多频率合成电压作用下的噪声信号进行测试和分析，结合电容器电-机耦合噪声模型，运用统计分析、多因子交叉分析等方法，研究电容器的电气特性（电压的频率及幅值、平均工作场强）和机械特性（芯子压紧系数、电容器的放置形式、安装方式等）对其噪声特性的影响，进而探索塔架固有振动特性（与塔架的机械结构有关）、单台电容器的噪声及各个电容器放置的相对位置与电容器装置噪声水平之间的内在联系，掌握各种因素对电容器及电容器装置噪声产生的影响规律，从而提出单台电容器和整个电容器装置噪声产生的机理以及切实有效且可行的降噪措施。研究结果不仅可以丰富高压直流换流站中电容器装置噪声的基础理论，而且对我国±800kV直流换流站的噪声污染治理具有重要的工程应用价值。

高压直流换流站内交流滤波电容器装置由于数量多、尺寸大，并且流经大量的谐波电流，其可听噪声水平往往严重超出了国家环境部门所制定的场界限制，对换流站周边居民正常的生产和生活造成了严重的干扰。因此进行电容器可听噪声的产生机理及可听噪声控制措施的研究不仅具有重要的学术认知意义，还具有重要的工程应用价值。.本项目建立起了电容器芯子的振动模型，分析了微电容场强、芯子弹性系数、频率等因素对芯子振动的影响，并研究了芯子与外壳振动的相位和幅值关系，建立了电容器内部的振动传递模型。通过对外壳多个位置振动信号的测量分析，提出了外壳振动以平面缩涨为主，且与芯子振动具有相似的特征。另外，项目对单台电容器的噪声特性进行了研究，分析了电容器噪声的方向性、电流幅值和频率与噪声水平的关系及多频率下噪声频率项增加的现象，提出了流过电容器的电流及其固有机械特性是影响外壳振动和可听噪声的关键因素，据此明确了电容器可听噪声的产生机理。.对滤波场电容器装置的振动和噪声进行了测量，证实了滤波场噪声主要来自电容器装置，分析了电容器和塔架的振动特性及其与电压、位置、频率等因素的关系。结果表明：随着塔架高度的增加，振动强度逐渐减弱；电容器振动幅度随电流幅值的升高而增大。利用噪声预测公式，对电容器与塔架的噪声贡献量和贡献系数进行了计算，确定了电容器装置区域任意场点处的噪声主要来自电容器，塔架的振动影响较小。.根据电容器噪声的产生机理并引入振动加速度级的概念，基于测得的电容器表面振动加速度信号计算得到振动加速度级和噪声声压级，依此提出了一种计算电容器噪声A计权声压级的计算方法，计算和测量结果对比分析验证了该方法的正确性。基于边界元方法(BEM)，建立了电容器装置的噪声计算仿真模型，实现了整个装置噪声分布的计算分析。.在对电容器内部安装降噪元件进行可听噪声控制理论分析的基础上，开发了相应的低噪声电容器。针对双调谐和多调谐滤波装置中电容器噪声频谱分布宽的特点，研制了基于可压缩空间元件(CSC)的低噪声电容器，它在宽频带内具有优异的低噪声特性，且适应性更广。为了降低生产成本，另外研制了一种双底面型低噪声电容器，它具有宽频带低噪声特性。本项目最后研究了整个电容器装置可听噪声的控制措施，提出了通过交错式布置电容器来减小整个装置可听噪声水平的方法，理论分析和试验都验证了这种方法的有效性。