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高压并联电抗器噪声特性及控制

摘要：随着国民经济的不断发展，城市用电量逐年增加，输变电设备的电压
等级不断提高，高压输电线路被逐渐引进城市，更多超高压、特高压输变电设备
的安装地点逐渐靠近市区。输变电设备运行时所发出的噪声污染环境，影响人类
的正常生活、工作与健康，为此国家对变电站提出了相应的环保要求，其中的重

要设备之一,并联电抗器的振动与噪声自然成为目前值得深入研究的问题。

关键词：并联电抗器；噪声；频率；声压级；声波干涉；隔声罩

引言

随着我国超、特高压交流输变电工程的快速发展，变电站声环境影响受到公
众、环保部门的广泛关注。高压并联电抗器（以下简称电抗器）作为电力系统中
的一种无功补偿设备，通常安装在超、特高压变电站线路的出线侧，用于补偿长
线路电容效应所引起的工频电压升高。电抗器容量大，产生的噪声大，且通常安
装在厂界附近，对站外噪声敏感建筑物的影响大，这些是影响变电站厂界环境噪

声达标排放的关键因素[1]。

1振动与噪声的机理

并联电抗器工作时，绕组中的电流在铁心及空间建立磁场，磁通通过铁心时
硅钢片产生磁致伸缩，通电绕组在磁场的作用下产生电磁力，而磁场作用于铁心
饼及气隙时，铁心饼间产生使磁场能量变小的吸引力，磁致伸缩、电磁力和吸引
力是变压器和电抗器产生振动与噪声的根源。考虑工频电流产生磁场和磁致伸缩、
吸引力及电磁力的关系，磁致伸缩、吸引力与电磁力的频率都是电流工作频率的

两倍，因此电抗器振动与噪声的卓越频率是100Hz。振动与噪声从根源上无法消
除，只能从结构上采取减振、阻振措施，消耗或转移振动能量或提高设备的自身
抗振能力，控制振动的响应，从而控制电抗器振动与噪声水平。并联电抗器出厂
噪声数据是单台进行测量，可近似认为是无反射与叠加的自由场，而现场运行时，
三相电抗器紧邻放置，测点噪声包括了各相声功率的叠加以及防火墙和围墙的反

射声波叠加，一般认为现场噪声声级将高于出厂数据[2]。

2噪声产生原因

从电抗器的结构可知，其噪声主要由两方面产生：本体（铁芯和绕组）振动

和冷却风扇转动。

2.1本体噪声

电抗器本体噪声产生机理与变压器不尽相同。变压器本体噪声的来源主要包
括硅钢片磁致伸缩引起的铁芯振动及漏磁通在绕组导体间产生电磁力而引起的绕

组振动。

磁致伸缩是指铁磁性物质在外磁场作用下其尺寸伸长或缩短，去掉外磁场后
其又恢复原来长度的现象。当变压器铁芯励磁时，沿磁力线方向硅钢片尺寸增加，
而垂直于磁力线方向尺寸缩小。铁芯随着励磁频率的变化产生周期性振动。由于
在1个电流周期内，硅钢片的尺寸完成2次周期性变化，即铁芯磁致伸缩的变化

周期为电源电流周期的一半，故磁致伸缩引起的铁芯噪声的基频为100Hz，是电
源频率50Hz的2倍。变压器磁通密度一般在1.5～1.8T范围内，在此区间内，
铁芯磁致伸缩量和磁通密度的关系是非线性的，图中磁致伸缩量为铁芯变化长度
与铁芯原始长度之比。因此正弦变化的磁通引起的铁芯噪声频谱中还包含有高次
谐波成分。铁芯磁致伸缩产生的振动通过铁芯垫脚和绝缘油传递给油箱壁，引起

油箱壁振动，向外界辐射噪声。

电抗器铁芯磁致伸缩引起振动从而产生噪声的机理和变压器相同，但电抗器

磁通密度一般约为1.4T，较变压器磁通密度小，磁致伸缩的程度也小。因此，电

抗器铁芯磁致伸缩引起的噪声相对较小。

变压器运行时，负载电流将在绕组周围产生漏磁通。漏磁通的径向分量与绕
组的电流作用，使绕组产生轴向电磁力。大容量变压器绕组在漏磁通的作用下，

产生较大的轴向电磁力，从而推动铁芯夹件，造成金属撞击，产生噪声。
电抗器的电磁力产生噪声的机理与变压器不同。电抗器绕组产生的主磁通通
过带有间隙的铁芯柱，与外框铁轭形成回路。由于主磁路经过高导磁的铁芯饼与
低导磁的间隙这2种介质，每个铁芯饼分别产生磁极，相邻2块铁芯饼对立面磁
极相反，产生吸引的电磁力，主磁路间隙材料在电磁力作用下伸缩而引起铁芯饼
振动，由此产生噪声。铁芯饼间的电磁力随绕组电流的变化而变化，在1个电流
周期内，主磁通及铁芯饼磁极变化2次方向，相邻铁饼间的电磁力也变化2次方

向。因此，由电磁力引起的铁芯饼振动频率是电流频率的2倍，为100Hz，产生
的噪声频率也为100Hz。电抗器铁芯饼间电磁力引起铁芯振动是电抗器本体噪声

的主要原因。

2.2冷却风扇噪声

电抗器和变压器冷却装置噪声相同，包括冷却风扇运转产生的空气动力噪声
和本体振动传递给冷却装置并向外辐射的噪声。其中，空气动力噪声为主要部分，
包括由风机叶轮旋转时周期性地向外排气所造成的压力脉动而产生的周期性排气
噪声，以及气体涡流在风机叶轮界面上分裂时引起的涡流噪声。风机排气噪声与
叶轮的转速、排气的流量和静压等因素有关，频率呈低中频特性，并