1 换流变压器box-in噪音测试分析
1.1 换流变压器内噪声源
在换流站中，换流变压器是向外发射可听噪声最大的单体设备，是换流站中最主要的噪声源。换流变压器产生噪声的主要因素有3个：（1）铁心硅钢片的磁致伸缩和结合处产生的结构噪声；（2）绕组、箱壁和磁屏蔽中电磁力产生的电磁噪声；（3）换流变压器冷却风扇等散热系统产生的气流噪声。
1.2 换流变压器的噪声频谱图
在换流站负荷为3000MW时，实测某换流站外敏感点的噪声数值的A计权值虽然都在45dB（A）以内，但人耳还是能听见清晰的单频噪声。对敏感点处噪声的频谱分析表明，噪声的频率主要是400Hz、500Hz、600Hz、700Hz。
由以往测试结果和声学模拟的结果分析看，导致站外200m以内和周围民房噪声超标较大的最主要噪声源为换流变压器，其次为交流滤波器场电容器及阀冷却塔。根据《声环境质量标准》（GB3096-2008）1类声环境功能区的限值要求，结合《声学环境噪声的描述测量与评价》（GB3222.2-2009）中的相关要求，将换流站对敏感点的噪声贡献值控制到39dB（A）以下。（因此必须要对最主要的噪声源采取降噪措施，敏感点处400Hz、500Hz、600Hz及700Hz等主要源自于换流变压器、双调谐交流滤波电容器的噪声A声级降低6dB（A）以上。
2 BOX-IN结构设计
2.1 BOX-IN结构形式的设计
通常BOX-IN隔声结构所采用的型式有固定式、可拆卸式和移动式3种。考虑到后续设备检修和换流变压器更换的方便，设计考虑采用可拆卸式或移动式BOX-IN。
2.1.1 可拆卸式BOX-IN
对换流变压器可采用可拆卸式BOX-IN的降噪方案，其主体采用梁柱框架结构，降噪的围护结构为安装在BOX-IN顶部和前端钢架上的可拆卸式的吸隔声板单元。可拆卸式BOX-IN由固定和可拆两部分组成，固定部分的隔声围护结构与防火墙及阀厅墙连接，前端与BOX-IN基础连接，在更换换流变压器时此部分不用拆除。可拆装部分采用钢梁与两端的固定部分连接，在更换换流变压器时需要先将此部分拆除，待换流变压器更换后重新进行安装。
2.1.2 移动式BOX-IN
移动式BOX-IN 是采用移动式和带有通风散热消声器的隔音室把换流变压器本体封闭起来，把冷却风扇放在隔音室外面，即部分BOX-IN钢结构是固定在换流变压器上，随换流变压器设备可一起移动。移动式BOX-IN单体隔声结构安装现场照片如图1所示。
图1 移动式BOX-IN单体隔声结构安装现场
2.1.3 可拆卸式BOX-IN与移动式BOX-IN对比
如表1所示为可拆卸式与移动式BOX-IN方案对比表。
表1 可拆卸式与移动式BOX-IN方案对比表
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| 结构 | 移出时间 | 设计与施工难度 | 投资费用 |
| 可拆卸式 | BOX-IN支撑结构不与换流变压器接触，不需要考虑换流变压器的承重能力。 | 换流变压器移出前，需要拆卸支撑BOX-IN钢结构，所用时间较长 | 较小 | 顶盖凹凸：1052万元顶盖平齐：1024万元 |
| 移动式 | BOX-IN支撑结构通过对换流变压器固定生根，需要校核换流变压器结构承受能力。换流变压器本体振动会通过支撑钢架向外传递，从而引起吸隔声振动向外辐射噪声，导致BOX-IN整体降噪效果下降，需额外设置隔振装置。 | 换流变压器可随支撑BOX-IN钢结构一同移除，所用时间较短 | 较大 | 顶盖凹凸：1029万元顶盖平齐：1000万元 |
与新建变电站换流变压器的BOX-IN设计不同，已投运换流变压器的BOX-IN设计受现有条件的限制和制约。原有换流变压器的结构设计，没有预留在换流变压器上设置BOX-IN结构支撑的接口，需在换流变压器原有钢结构上进行开孔、焊接等工作，会对换流变压器原有结构稳定性带来影响，需要换流变压器生产厂家对换流变压器的承重能力进行校核。采用可拆卸式结构，BOX-IN设计不受换流变压器本体影响，相对简单。且后期施工难度也较小。可拆卸式与移动式投资费用，基本相同。因此推荐采用可拆卸结构。
2.2 换流变压器隔声顶盖设计
换流变压器隔声顶盖的设计，受现有换流变压器顶部已有器件影响和限制，如顶盖高度不可高于高压套管法兰，否则会减小高压套管绝缘端子爬距，影响换流变压器电气性能。隔声顶盖设计方案分为凹凸布置、平齐布置和紧贴布置。
隔声顶盖设计方案比较见表2，其中方案1A采用凹凸布置型式并将中性点套管抬升，利用现有条件，尽可能地方便了运维人员检修操作，不影响换流变压器顶部的漏油观察，且该方案不存在漏声孔洞，对换流变压器消防不产生影响，降噪效果优，推荐采用。
表2 隔声顶盖设计方案对比表
| 方案 | 布置型式 | 中性点套管 | 孔洞及漏声情况 | 漏油观察 | 对检修的影响 | 对消防影响 |
| 1A | 凹凸 | 抬升 | 不存在 | 不影响 | 基本不影响 | 不影响 |
| 1B | 凹凸 | 不变 | 存在 | 不影响 | 基本不影响 | 不影响 |
| 2A | 平齐 | 抬升 | 不存在 | 不影响 | 检修时无法直立 | 不影响 |
| 2B | 平齐 | 不变 | 存在 | 不影响 | 检修时无法直立 | 不影响 |
| 3 | 紧贴顶 | 不变 | 不存在 | 影响 | 需开盖检修 | 影响 |
2.3 换流变压器BOX-IN通风散热及温度控制
2.3.1 换流变压器散热原理分析
换流变压器在运行过程中必然存在损耗，换流变压器的损耗包括空载损耗和负载损耗，两者之和即为换流变压器的余热量。换流变压器的余热主要是通过换流变压器的冷却器把热能排出，但仍有一部分热量会通过换流变压器本身的壳体散发。
2.3.2 冷却器排热
冷却器的排热原理如图2所示。
图2 风冷却器冷却原理示意图
冷空气由换流变压器与冷却器间的进风通道流入，再由冷却风扇将热风排出，以达到冷却油管中油温的目的。冷空气的进风通道应保持足够的通风距离。根据工程经验，进风通道进风距离应≥1m。
2.3.3 换流变压器本体散热
换流变压器除通过冷却器散热外，有小部分热量由换流变压器本体散发。对换流变压器进行BOX-IN改造前，换流变压器本体通过自然通风进行散热。换流变压器BOX-IN改造后，换流变压器位于隔声罩中，散发的热量无法排除，从而导致换流变压器运行环境温度过高，存在安全隐患。故需设置机械通风系统。合理对机械通风系统进行设计，可保证实施BOX-IN措施前后换流变压器本体散热效果相当。
2.4 换流变压器机械通风系统
根据BOX-IN 实际运行情况及相关规范要求，换流变压器BOX-IN宜设置机械通风系统，主要理由如下：
（1）换流变压器是带油设备，机械通风可改善内部空气状况，为维护、巡视人员提供新风，改善其工作环境；
（2）换流变压器理论上有发生火灾的可能，发生火灾时，在通过所设置的消防系统进行灭火后，应开启机械通风系统快速排出BOX-IN内烟气。
基于以上原因，已投运换流变压器BOX-IN应采用机械通风系统。具体可选用自然或机械进风、机械排风的通风方案，室外空气通过布置在BOX-IN的隔声门靠近防火墙一侧的进风口处的2台消声器进入室内，再通过布置在BOX-IN顶部的2台装有消声弯头和消声器的轴流风机排至室外。
3 BOX-IN设计的后续问题及下一步计划
BOX-IN设计的后续问题有两点：
（1）本方案未对BOX-IN降噪效果进行仿真计算。
（2）本方案中，BOX-IN结构设计不够具体，BOX-IN内照明系统还未设计。
BOX-IN设计的下一步计划包括：
（1）对BOX-IN降噪效果进行建模仿真计算，预测降噪措施是否达到预定目标。
（2）考虑运维检修，电气运行安全，完善BOX-IN方案结构设计，照片设计，通风散热设计等内容。
（3）完善细化初步设计方案，形成换流变压器BOX-IN降噪最终方案。
4 结语
综上所述，通过文章对设计方案的分析得出：
（1）根据对换流站周围的环境噪声监测，噪声的频率主要是400Hz、500Hz、600Hz、700Hz，最主要噪声源为换流变压器，其次为交流滤波器场电容器及阀冷却塔，因此可以此为依据制定相应的降噪措施。
（2）移动式BOX-IN结构与可拆卸式BOX-IN结构相比，更加简单方便安装拆卸，便于维护，而且费用基本相同，因此采用移动式BOX-IN结构更优。
（3）对换流变压器隔声顶盖的设计，凹凸布置型式并将中性点套管抬升的结构更加方便运维人员的日常维护工作，而且不影响降噪效果，消防安全隐患小，因此本结构值得推广应用。
参考文献
[1]黄莹，黎小林，李志远，等．换流变压器BOX-IN结构的降噪性能[J]．南方电网技术，2011，（5）.
[2]高湛，李华．换流变压器移动式BOX-IN设计[J]．电力建设，2010，（9）.
收稿日期：2017-12-18
作者简介：李乾坤（1985-），男，江苏徐州人，南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局工程师，研究方向：设备运维。
