換流站

換流站中應包括的主要設備或設施有：換流閥、換流變壓器、平波電抗器、交流開關設備、交流濾波器及交流無功補償裝置、直流開關設備、直流濾波器、控制與保護裝置、站外接地極以及遠程通信系統等。 ^[1] 

（1） 輸送相同功率時，線路造價低：交流輸電架空線路通常採用3根導線，而直流只需1根（單極）或2根（雙極）導線。因此，直流輸電可節省大量輸電材料，同時也可減少大量的運輸、安裝費。

（2） 線路有功損耗小：由於直流架空線路僅使用1根或2根導線，所以有功損耗較小，並且具有"空間電荷"效應，其電暈損耗和無線電干擾均比交流架空線路要小。

（3） 適宜於海下輸電： 在有色金屬和絕緣材料相同的條件下，直流時的允許工作電壓比在交流下約高3倍。2根心線的直流電纜線路輸送的功率Pd比3根心線的交流電纜線路輸送的功率Pa大得多。運行中，沒有磁感應損耗，用於直流時，則基本上只有心線的電阻損耗，而且絕緣的老化也慢得多，使用壽命相應也較長。

（4） 系統的穩定性問題：在交流輸電系統中，所有連接在電力系統的同步發電機必須保持同步運行。如果採用直流線路連接兩個交流系統，由於直流線路沒有電抗，所以不存在上述的穩定問題，也就是説直流輸電不受輸電距離的限制。

（5） 能限制系統的短路電流：用交流輸電線路連接兩個交流系統時，由於系統容量增加，將使短路電流增大，有可能超過原有斷路器的速斷容量，這就要求更換大量設備，增加大量的投資。直流輸電時，就不存在上述問題。

（6） 調節速度快，運行可靠： 直流輸電通過晶閘管換流器能夠方便、快速地調節有功功率和實現潮流翻轉。 如果採用雙極線路，當一極故障，另一極仍可以大地或水作為迴路，繼續輸送一半的功率，這也提高了運行的可靠性。 ^[1] 

換流站的主要設備有：換流閥、換流變壓器、控制調節系統、保護系統、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、避雷器等。

由換流變壓器和換流閥組成的換流裝置是換流站的核心。換流閥有早期的汞弧換流閥和近代的晶閘管換流閥。50年代末以來，可控硅技術的迅速發展，使單個元件容量增大，可靠性提高，價格逐步降低、無逆弧故障，維護檢修方便，佔地面積小。70年代晶閘管換流閥已經代替汞弧閥。

換流站的控制調節和保護系統實現下列功能：停、送直流功率，控制電力潮流的方向，調節潮流的數量和其他電氣參量，處理和限制換流閥非正常運行和交、直流系統干擾所造成的影響，保護換流站的設備，以及監測換流站的各種參量。換流站及直流輸電系統的運行性能和安全可靠程度與控制調節系統的性能和可靠程度密切相關，對整個電力系統的運行也有重要的影響。所以換流站的控制調節和保護系統是換流站的智能部分，其發展趨向是採用微機技術。

近年來，隨着高壓直流輸電電壓等級的不斷提高，直流換流站中電力設備在數量和容量上不斷增加，導致換流站的噪聲問題日益突出，對周邊居民的生活居住環境造成嚴重影響，因而對換流站噪聲進行有效控制是迫切需要解決的問題。據研究數據顯示，換流變壓器、平波電抗器、交直流濾波器組等是換流站內的主要噪聲源。在額定電壓、額定負載情況下，換流變壓器的近場噪聲聲級可達到87～95dB（A），在諧波情況下甚至可達108～115dB；平波電抗器的近場聲級通常在80～95dB，交流濾波器組噪聲水平通常在70～90dB，造成換流站廠界噪聲明顯超過相關的環境噪聲標準要求。針對這幾個主要噪聲源設備，結合噪聲機理及相關聲源特性，本文對噪聲控制方案進行分析總結。

對於電力設備等噪聲源來説，控制其噪聲有兩個方面：一是改進內部結構，提高其結構精度，通過合理的優化方法改善內部阻尼，以降低聲源的噪聲發射功率；二是通過對吸聲、隔聲、干涉、減振等方式的應用，實現從傳播路徑中控制聲源的噪聲輻射的目的。

通常來説，通過結構改進從聲源處降低發聲是最根本有效的措施，但是對於已有成熟設備通常存在改進技術難度較大的問題，且對於已經投運的設備來説，更多的是採用第二類噪聲控制方式，即在噪聲傳播過程中降低傳達到受聲點的聲功率。從控制噪聲傳播途徑的角度考慮，最常用的方法是吸聲以及隔聲技術。吸聲技術主要採用吸聲材料將噪聲傳播中的聲能轉換為熱能等其他能量消耗掉，以降低傳播到受聲點的聲能。常見的吸聲材料有多孔性吸聲材料和微穿孔共振吸聲結構等。隔聲技術是利用隔聲板等結構阻擋聲音的傳播，使透過的聲能大大減小，常見的隔聲措施有隔牆、隔聲罩、聲屏障等。此外，還有主動消聲技術，即通過聲波相消干涉原理，在特定位置產生與噪聲源的聲波大小相等、相位相反的抗噪聲源，使二者相互抵消，從而達到降低噪聲的目的，因其控制要求較高，在大面積複雜聲源的控制上還有較大困難。

1、換流變壓器與平波電抗器

換流變壓器和平波電抗器作為換流站中最重要的噪聲源，由於設備佈置較為集中，可考慮採用隔聲與吸聲相結合的方式將其作為點聲源進行隔離。BOX- IN是一種近乎全密閉的隔聲結構，利用組合式的隔音室把換流變壓器或電抗器本體封閉起來，為兼顧散熱及降噪效果，將冷卻風扇設置在隔聲室外部，從而降低換流變壓器噪聲對站內和周圍環境的影響。

為了減小隔音室裏的混響聲，可以在密閉隔聲室的側牆及頂部增加吸聲結構，提高吸聲降噪效果。根據實際運行經驗，採用BOX- IN結構可以達到23 dB左右的降噪效果，極大程度上降低平波電抗器和換流變壓器的噪聲危害。

2、交流濾波器組

1）濾波電抗器

對於濾波電抗器來説，現有高壓直流輸電工程中常用的是乾式空心電抗器，其振動噪聲主要是由繞組振動產生，相比鐵心電抗器來説明顯減小。當電流通過電抗器繞組時，帶電繞組在交變電磁力的作用下會形成振動，從而產生噪聲並向外傳播，噪聲與電磁力及負載電流相關。因而，可通過限制其線圈的振動或減小諧波電流來實現電抗器噪聲控制，在結構設計方面可以採用如下方法：

1）調整結構尺寸、優化機械強度，使得共振頻率遠離臨界頻率；

2）增大線圈截面，利用慣性的增大來減小振幅。

此外，針對已建成濾波電抗器的噪聲，目前通常採用在電抗器周圍加圓柱狀隔聲罩來實現，為便於通風散熱，將隔聲罩設計為端部局部敞開的帽式結構。根據實際運行驗證，圓柱形隔聲罩可以達到約15dB的降噪效果，較好地將濾波電抗器的噪聲控制在可接受範圍以內。

2、濾波電容器

對於濾波電容器組來説，由於佔地面積大、分佈範圍廣、高度大等特點，密閉式的BOX- IN技術顯然不太適用。且由於濾波場通常位於換流站的邊界區域，其噪聲水平對換流站整體噪聲影響較大，因而需要選取合適的降噪方法來對濾波器組噪聲進行控制。對電力電容器結構進行分析，其振動主要是由極板上的交變電場力產生，振動頻率是施加在極板上的電壓頻率的兩倍。而對於換流站中運行的電力電容器來説，其電壓往往同時包含基波和諧波成分，因而使得受力針對情況較為複雜。

（2）因雙調諧濾波電路主要經過11/13次諧波電流，使得濾波電容器組噪聲頻率主要為100 Hz、500 Hz、600Hz、700Hz、1100Hz、1200Hz、1300Hz等中低頻段的噪聲，且其噪聲的傳播方向具有指向性。針對單個電容器，噪聲的傳播方向主要來源於電容器的底面，因而可以考慮採用雙底面結構或在底面增加阻尼隔聲的方式來降低單體電容器的噪聲水平。對於濾波場電容器組，通常每個電容器塔架均包含多層結構數百個電容器單元。這些電容器單元自身的振動噪聲具備指向性，且按照一定空間位置分佈。為減小整體噪聲影響，可將電容器塔架設置為雙塔式結構，降低電容器塔架的高度，且每層中電容器通常採用兩列背靠背安裝方式，以消減電容器單元主要聲源位置產生的噪聲影響。此外，將電容器單元交錯佈置可以改善電容器組整體的指向性噪聲，降低濾波電容器組的整體噪聲。 ^[2]