干式铁芯电抗器噪声分析及结构改进

田民生

（西安中扬电气股份有限公司，陕西 西安 710077）

干式铁芯电抗器噪声分析及结构改进

田民生

（西安中扬电气股份有限公司，陕西 西安 710077）

干式铁芯电抗器是高压电器常用的一种，它由铁芯和线圈所构成，结构相对来说比较简单，其高性能的可靠性深受各电力系统的认可，而且体积小，在户内就可以使用。干式铁芯电抗器可以阻碍电容器回路内的电流，能和一些电容器相互配合达到滤波的作用。通过分析干式铁芯电抗器的噪声来源主要是铁芯部分，因为铁芯部分在工作时会因为磁致伸缩现象产生很大的噪声，如何控制产品噪声主要就体现在如何设计和制造铁芯，如何对产品的总体结构进行合理改进。本文通过对干式铁芯电抗器的结构、工作原理、安装环境以及自身缺陷等方面综合分析，浅析干式铁芯电抗器发出噪声的多重原因，并结合工作实践，对产品结构改进提出了具体的方案。

干式铁芯电抗器；噪声分析；结构改进

干式铁芯由于其自身漏磁量小、体积小节省空间等原因，在城市电力系统及新能源等领域应用越来越广泛，良好的发展前景也促使电网系统和生产厂家对其在系统中的应用越来越关注，产品的升级改造随着在应用中出现的各种缺陷而获得足够的重视。噪声就是该类产品在应用中的一个重要缺陷，已成为影响电抗器运行质量最普遍的缺陷之一。因此对干式铁芯电抗器产生噪声的原因进行分析具有现实意义，本文重点进行噪声分析、介绍产品结构的改进。

1 干式铁芯电抗器噪声分析

1.1 所用材料本身固有特性及产品固有设计要求所致的原因

通过分析干式铁芯电抗器的内部结构，我们不难发现，在干式铁芯电抗器的相邻接线柱铁芯饼之间存在一定宽度的非磁性气隙（无气隙的铁芯电抗器不在本文的分析范围内），这种气隙是根据电抗器的工作原理设计的，也是由其电网中的实际作用所决定的，这种气隙是必须存在的。因为铁芯中气隙的存在，如果给干式铁芯电抗器通电，在电磁力的作用下，电抗器的铁芯会产生一定量级的振动，一般来说电抗器铁芯所采用的材料是硅钢片，硅钢片的一大特色就是具有磁致伸缩的特性，由于硅钢片的磁致伸缩以及铁芯之间间隙的存在，电抗器置于强大电磁场中时铁芯随着励磁频率的不断变化而呈现周期性地振动，从而产生噪声。由此可见，干式铁芯电抗器本体噪声的来源主要是铁芯。

1.2 产品制造工艺手段不良及材料选择不当引起的噪声

根据材料学的相关知识，铁芯硅钢片的磁致伸缩是其固有特性，既然选择硅钢片作为铁芯材料，那么硅钢片这种材料就必然是最合适的，但硅钢片的磁致伸缩特性就无法避免，就成为降低电抗器噪声的难题，虽然硅钢片的磁致伸缩效应我们无法避免，因此就该想想如何减少这种磁致伸缩作用了。我们都知道硅钢片的优劣不同，其磁致伸缩大小也不同，由此可见选择做干式铁芯电抗器的硅钢片材料的优劣程度对产品的噪声大小是相关联的，在硅钢片的选择上应该尽量选择品质比较好、磁致伸缩作用更小的硅钢片；相柱中的气隙采用非磁性材料制作成垫块，气隙垫块所用材料也是一个关键因素，选择不当也会不利于减弱铁芯的振动；另外，铁芯饼与气隙垫块的加工制作精度、铁芯柱以及线圈的固定及夹持方式、产品组装固定的紧固与否，以及其他必要的减振件的设计等，都会对产品的噪声有一定的影响。

1.3 设计不合理产生的噪声

除却电抗器材料选取不当造成噪声之外，干式铁芯电抗器由于设计缺陷本身存在的问题也是产生噪声的重要原因。干式铁芯电抗器总体结构形式与干式变压器基本一致，三个相柱呈“一”字型布置，在容量较小时问题不大，正常工作时产生的噪声比较小，但是在大容量产品或并联电抗器时此种结构形式就存在一定的弊端，产品宽度方向尺寸大，布置结构太松散，不利于起吊、安装；最关键是结构件的固定强度相对会减弱，易变形，使得产品在设计时就存在这种缺陷，没有及时发现并改善，而导致产品噪声产生的几率较大。干式铁芯电抗器设计时的磁密度取值是否合理，铁芯饼的数量、高度及气隙的分布是否达到最优，铁芯相柱以及线圈的直径设计在满足电气性能要求的同时是否有利于减少振动，拉紧螺杆、压紧装置的尺寸设计及位置布置是否适宜、产品结构件的设计是否因强度不能满足要求而产生变形等等，也是产品产生噪声的一些不可忽视的因素。

1.4 安装、运行时的噪声

（1）产品安装时有固体异物掉入产品内部引起的噪声，由于这种原因产生噪声的现象非常常见，有时由于掉入的物件硬度比较大，会直接损坏电抗器的正常工作状态，大大减少电抗器的使用寿命。

（2）产品安装固定时紧固件松动、安装基础不平整等因素产生的噪声，大多数场合下，电抗器的安装环境是复杂多变的，可能就会被安装在一个本身有震动现象的物体上，如果安装时紧固件没有紧固好，在外界的震动作用下，频繁的震动不但会使得电抗器产生噪声，也会让电抗器从安装不牢固的地方产生裂纹。

（3）安装位置不当引起安装基础与产品产生共振，如安装于户内强度较弱的楼板上、安装于未有效进行结构加强的配电柜内等。

（4）产品运行时系统参数有异常（如电流电压超标、谐波电流大等）或系统设计时参数选择不当（如容量不匹配、电抗率选取有误等）。

2 基于设计缘故的结构改进

2.1 非磁性气隙材料的选择

通过拆卸各种类型的干式铁芯电抗器，发现小容量串联电抗器在设计时气隙的高度尺寸一般较小，大多数情况下均是采用环氧板做气隙垫块即可满足要求，这种选择未能充分考虑到产品降噪的要求，这种材料也不是最佳的选择，大容量串联电抗器或并联电抗器由于气隙高度较大，不宜采用环氧板做气隙垫块的材料，如果我们选择与硅钢片弹性模量相适应的石质材料较为合适，另外比较重要的一点就是设计时要进行合理的分布，经过严密的强度核算后再来设计其尺寸大小，以及加工精度的高低。

2.2 相柱的处置方式

相柱就是电抗器本身作为接入三相电的接线柱，为使相柱具有良好的整体性，采取相柱整体浇注是通用的方法，但这样不利于相柱散热，如果热量太大，会造成电抗器内部电阻阻值的改变，降低电抗器的性能。

2.3 紧固方式的设计

大容量产品因其总体尺寸较大，压（拉）紧力要求也较大，普通不锈钢螺杆强度将不能满足要求，为兼顾铁芯电抗器穿芯紧固件不能使用普通钢紧固件以防止紧固件发热，同时满足强度要求，宜采用高强度无磁钢制作拉紧螺杆和其他压紧件。

2.4 磁通密度的设计

磁通密度与声压级一般呈近似线性关系，设计时应选取合理的磁通密度。通常情况下，小容量产品的磁通密度可取0.9～1T，大容量及并联电抗器的磁通密度应取小一些，既能满足对损耗的要求，又对噪声控制有一定的作用。

2.5 产品总体结构的改进

如图1、图2所示，干式铁芯电抗器一般均设计成“一”字型结构形式，这种结构形式的产品在制作方面有一定的优势，结构简单，制造方便，但大容量产品及并联产品采用这种结构形式时，其总体尺寸大、重量重，尤其是宽度尺寸太大，铁轭及夹件的长度也相应较大，对尺寸保证、强度要求就会很高，无论是在制造厂家还是在安装现场，吊运中难免会造成产品变形，安装后产生噪声的几率很大。

针对这些不足，我们对产品三个相柱的布置进行了改变，将“一”字型布置结构改进为“品”字型布置结构形式，这样的设计使产品结构更加紧凑，整体性更强，产品稳定性更好，起吊安装均较方便。实测噪声及用户反馈信息均表明，此结构产品相比于一字型结构产品噪声明显较小，完全满足电抗器相关标准规定的振动及噪声要求。

图1 “一” 字型

图2 “品”字型

3 结语

干式铁芯电抗器作为电力系统常用的元件，其产生的任何问题对电力系统的安全而言都是重大问题，由于电抗器存在噪音问题一直未能得到解决，因此本文通过对干式铁芯电抗器的结构、工作原理等方面详细的分析研究，剖析导致噪音产生的各种原因，发现干式铁芯电抗器噪声产生的原因大多是结构设计与制造不当而产生的，运行过程中产生的噪声不具有普遍性，属于异常情况；最后总结出合理的产品结构设计和精良的制造手段是减少产品噪声最有效的办法。

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[2]周金标，常会军，杨建立. 电力电容器与无功补偿[J]. 2010.31(6)50-52.

TM47

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1671-0711（2017）06（下）-0058-02