桂林电力电容器有限责任公司 吴秀荣 黄桂发

自2010年向家坝—上海±800kV 特高压直流输电示范工程建成投运以来，我国高压直流输电工程建设得到快速、有续地推进。目前我国已成为世界上直流输电电压最高、线路最多、单条线路输电量和输电总量最大的国家。由于直流输电工程存在整流和逆变的过程，必然会产生大量的谐波，需要装设大量的滤波器。换流站装设的大容量并联、滤波电容器装置，由于数量较多、容量较大以及高次谐波流入电容器等因素，使得电容器噪声成为换流站中噪声的主要因素之一[1]，极大地影响了换流站内工作人员及周围居民的生活[2～3]，噪声问题也备受关注，亟待早日解决。因此如何在声源处抑制噪声的产生及传播，成为了值得研究的课题。

为加强电容器噪声控制，在建设高压直流输电工程前期，已在招标技术规范中明确了滤波及并联电容器的单台噪声要求，并且要求电容器单元噪声按照国标GB/T 32524.1《声学声压法测定电力电容器单元的声功率级和指向特征第1部分：半消声室精密法》来测量[4]，测量时要将数据进行记录，如果测量值不大于投标保证值，电容器单元噪声就符合指标要求。当然，招标规范对电容器装置的噪声也有要求，因装置噪声除了与单台噪声有关外，还与装置的高度、单台的数量等有关，装置噪声的控制主要还是通过单台噪声的控制来实现。

1 电容器噪声产生机理分析

1.1 电容器结构

单台电容器表面是不锈钢外壳，配有套管。电容器内都充满了油，并且内含一个由许多电容器元件经串、并联联接组成的心子。每个电容器元件由两层作为极板的铝箔和数层一定长度的塑料薄膜或纸膜绕制而成。根据实际用途，有些还装设了内熔丝及内放电电阻。另外，电容器真空浸渍处理工艺的好坏，对油浸式电容器的电气性能有很大的影响。

1.2 电容器噪声的产生机理

对于电容器心子内部元件而言，因电容器元件的每侧均有电极铝箔，当电容器元件加载电压时，内部极板每一侧受到大小相同，方向相反的静电力作用，由于电容器元件中间薄油层的强度是非常高的，尽管中间受力处上下力之间有小的偏移，但还是可互相抵消，故处于平衡状态，所以带电元件的大部分部位受力都是平衡的，仅顶部和底部边缘处的极板只受到单方向静电力作用而产生振动，因此，电容器元件的大部分可听噪声是从其顶部和底部发出的[5～6]。

电容器心子的发声机理与电容器元件类似，因电容器心子是由电容器元件逐层叠加，且平行于底面固定在电容器外壳内的。当电容器加载电压时，由于电容器元件的极板在外施电压的作用下，产生有规律的机械振动，由元件的振动通过液体绝缘介质和支撑心子的绝缘支架传递到外壳，外壳振动而产生噪声。因此电容器外壳的振动也主要集中在底部和顶部，即电容器的噪声主要沿着底部和出线套管的方向传播。

另外，也可根据电容器构造及工作运行环境分析电容器噪声产生机理。当谐波电流通过电容器时会产生较强的周期性电场，尤其在特高压直流输电工程中电容器在运行中产生的其他电场也比较强，在周期性电场作用下，电容器极板间膜介质受力振动，使得单台电容器产生噪声。由于整个系统中包括电容器在内带电设备较多，容易造成振动叠加，加之不锈钢外壳自身刚性不足，也容易在这一状态下一同发生结构性共振，这些都是电容器运行噪声较大的重要原因。

综上，一般认为电容器振动噪声的产生分为3个过程：交变的电场力作用在心子上使得心子产生振动；内部心子的振动通过绝缘介质和固定心子的绝缘件传递到电容器外壳，引起外壳振动；振动的电容器外壳向周围辐射可听噪声。

2 电容器单元降噪方法

根据上述电容器噪声产生机理，寻找减少和抑制噪声产生最合适的方法。减少和抑制噪声产生的方法有三种，首先是从声源处减弱或抑制噪声，但是应注意要与电容器的结构特点和工作原理相结合，进而找到合适的降噪措施；其次就是减少或抑制噪声传播，如通过选用合适的材料，在电容器外部安装适宜的降噪装置，进而起到隔音和阻断声音传播的作用，以此来减弱噪声的传播；最后还可以在人耳处减弱噪声，但是这种方法不适用于电容器单元降噪。

所以在声源处减弱噪声与在声音的传播中减弱噪声的方法，就可以应用在高压直流输电工程低噪声电容器单元设计中，根据不同的方法采用优化电容器内部结构设计或制造工艺、在外壳底部和顶部内外部增加隔声腔、隔声罩等降噪措施。

2.1 电容器内部减少噪声产生的方法

从设计结构来讲，可以采用以下方式来减少电容器内部噪声的产生：

2.1.1 心子固定或采用减振缓冲

在通电条件下，引线片也会产生一定程度的振动，发出噪声，且随着频率的增大，影响程度越大。要调整电容器内部心子串联段的结构，减少因为电动力的运动而导致串段间的位置发生改变和振动的现象。同时通过采用减振缓冲和心子固定结构，保障电容器心子顶部和底部的稳定，避免因为外界因素，影响心子的正常运动，同时尽可能消耗振动能量，进而减弱噪声。

2.1.2 采取合理的压紧系数，选用合适的心轴

压紧系数越大，元件受到的约束力就越强，振动空间就越小，噪声水平会较低。由于电容器元件结构和制造工艺的限制，压紧系数不能无限大。配合电容器制造工艺，巧妙地设计心子结构，采用合理的压紧系数。在提高元件压紧系数的同时，还要保证元件的压紧系数均衡，以此来降低极板间的振动频率，进而减少噪声。

另外，还可以通过选用合适的心轴调整元件宽度，减小心子与外壳间隙，紧固心子，避免位移，减弱噪声。

2.1.3 合理设计电容器电动力强度

电容器在交变电压作用下，电极间的电介质受到交变的电场力作用，同时，极板上流过的电流使两个极板受到电动力的作用，在电场力与电动力的共同作用下产生频率为电源频率的2倍的振动噪声。由于电场力与外加电压的平方成正比，电动力与流过极板的电流的平方成正比，调整元件串并数进而减小元件受到的电场力与电动力，可以有效地降低电容器内部噪声[5]。

2.1.4 心子内部安装降噪元件

降噪元件有隔声腔、穿孔板等。隔声腔由金属材质加工而成，隔声腔的内部可以是空腔，也可以增加填充物，通常为空腔结构；可以安放在电容器元件串联段内部，也可以安装在元件串联段间。因它的结构与元件相似，具有一定的刚性，所以隔声腔附近的元件很难发生共振情况。降噪设计的原理主要是调整频响曲线避开共振频率，降低噪声。但需要注意的是，通过空腔调整频响特性时有可能在其他频率上发生共振，导致电容器噪声不降反升。另外，空腔型降噪措施一旦发生漏油情况，会导致电容器内部浸渍不足，绝缘下降。

2.1.5 外壳的顶部或底部加装元件

内侧加装隔声腔、穿孔板等隔声吸声降噪元件。电容器的噪声主要是沿着电容器的底部和出线套管方向上传播的，因此在电容器外壳底部和顶部的内侧即器身两侧增加钢材质的隔声腔也能有效地阻滞噪声的传播，降低噪声。穿孔板主要安装在心子的两端，尤其是微穿孔板为具有足够宽带的通用型吸声体，对特定频率谐波具有吸声特性。

从工艺上来说，还可以同步采用如下措施：

首先要注意选用厚度均匀性较好的薄膜；选用浸渍性强、使膜溶胀性小、收缩率小的优质浸渍剂。

元件卷制时最好在具有恒定张力的自动卷制机上进行，不仅要控制卷制所需的材料，还要注意材料卷制的圈数和适宜的张力，使得卷制的元件紧密度与一致性要好，好减少振动，进而避免噪声。

除此之外还要以提高电容器的整体浸透性能为目的，完善电容器的真空浸渍工艺，以此来减少噪声的产生。

2.2 电容器外部减少噪声的方法

电容器的噪声主要是沿着电容器的底部和出线套管方向上传播。在电容器外壳底部和顶部可以采用安装吸音罩来减少噪声。吸音罩结构内填充了大量的吸音材料，而且为了控制吸音罩与箱壳底部和顶部的噪声，在吸音材料与箱壳底部和顶部也设置了安全空隙，进而减少因为共振而产生的噪声。另外，为了避免因为天气因素而产生的噪声，在吸音罩与箱壳四周都要安装保护措施，以此来避免雨水进入吸音材料，降低吸音效果。但是在箱壳底部和顶部外部安装降噪措施，会影响电容器单元箱壳外部的散热功能，所以在安装前一定要充分考虑安装效果及影响，进而选择最优的降噪措施。

除此之外，还可以在电容器大面两侧加装隔声装置。该隔声装置包括隔声挡板和调节机构，隔声挡板通过调节机构安装在电容器外部，且隔声挡板与电容器之间存在空隙间隔，通过调节机构使隔声挡板靠近或远离电容器以设置不同的空隙间隔，达到最佳的降噪效果。

2.3 电容器同时采用内外部减少噪声的方法

为了满足不同运行工况电容器的降噪要求，就要及时创新降噪措施，甚至可以同时采用内、外部降低或抑制噪声的措施。比如在安置吸音罩时，还可以在电容器内部加置一个隔声空腔，进而满足电容器单元降噪的要求。特别在高压直流输电工程中，对不通过的谐波电流，电容器的型号不同，降噪措施也应及时作出变换，目的是电容器单元噪声不能超过规范要求值或投标保证值。

3 降噪效果剖析

为了全面了解电容器的降噪效果，根据某特高压直流输电工程技术要求，按照国标标准GB/T 32524.1《声学 声压法测定电力电容器单元的声功率级和指向特征 第一部分：半消声室紧密法》规定的方法进行电容器试品噪声测量。电容器型号为AAM7.85-580-1W，测量时电容器为侧卧放置，并安装了17个测量点，测试电容器加载的谐波电流值见表1。电容器内部采用不同降噪措施的试品17点噪声测试结果平均值（声压级）见表2。在表2噪声试品的外部采用不同降噪措施后，电容器试品17点噪声测试结果平均值（声压级）见表3。

表1 测试电容器加载电流载荷

表2 AAM7.85-580-1W 采用内部降噪措施后噪声测试结果

表3 AAM7.85-580-1W 采用内、外部降噪措施后噪声测试结果

根据表2和表3的噪声测试数据可知，对于AAM7.85-580-1W 试品，心子内部加1个隔声空腔与外壳底部内侧加隔声空腔，噪声明显减少4dB（A）左右，但继续增加心子内部隔声空腔，噪声也只减少了2dB（A）左右。综合采用内、外部降噪措施后，噪声大幅降低。

在实际应用中，到底采取哪种措施？这还需要各个电容器生产厂家综合考虑产品运行的可靠性、生产加工的便捷性及经济性、后期维护便捷性等因素，选择最安全可靠、最适合的措施。

需要说明的是，不同的隔声空腔及隔声罩设计降噪效果也是不同的，但均为有效降低噪声的措施。但需要注意的是，通过调整某次特征谐波频响特性的空腔有可能在其他频率上发生共振，导致电容器噪声不降反升。另外，空腔型降噪措施的好坏还与腔体内空气层尺寸有很大的关系，装在电容器外部起到隔声或吸音作用的隔声罩降噪效果不仅与填充材料有关，还与安全空隙大小及密封程度有关。在实际工程应用时，要结合运行工况，合理选择措施。

由全文可知，为了满足技术规范或响应值要求，在电容器单元内部和外部安装降噪措施是十分重要的，但是在实际应用中，还需要考虑维护到产品运行的可靠性、生产加工的便捷性及经济性、后期维护便捷性等因素，要结合运行工况，选择最安全可靠、最经济的措施。

在噪声研究过程中，对不同的运行工况，灵活进行降噪方案设计，创新降噪方法。当然，在研究过程中还是会存在许多新的问题，所以还需要继续对特高压直流输电工程电容器单元降噪措施进行创新研究，进而推动整个降噪技术的发展。