[科普中国]-换流站

换流站是指在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。

简介换流站中应包括的主要设备或设施有：换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流开关设备、交流滤波器及交流无功补偿装置、直流开关设备、直流滤波器、控制与保护装置、站外接地极以及远程通信系统等。1

优点（1） 输送相同功率时，线路造价低：交流输电架空线路通常采用3根导线，而直流只需1根（单极）或2根（双极）导线。因此，直流输电可节省大量输电材料，同时也可减少大量的运输、安装费。

（2） 线路有功损耗小：由于直流架空线路仅使用1根或2根导线，所以有功损耗较小，并且具有"空间电荷"效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小。

（3） 适宜于海下输电： 在有色金属和绝缘材料相同的条件下，直流时的允许工作电压比在交流下约高3倍。2根心线的直流电缆线路输送的功率Pd比3根心线的交流电缆线路输送的功率Pa大得多。运行中，没有磁感应损耗，用于直流时，则基本上只有心线的电阻损耗，而且绝缘的老化也慢得多，使用寿命相应也较长。

（4） 系统的稳定性问题：在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发电机必须保持同步运行。如果采用直流线路连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，所以不存在上述的稳定问题，也就是说直流输电不受输电距离的限制。

（5） 能限制系统的短路电流：用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将使短路电流增大，有可能超过原有断路器的速断容量，这就要求更换大量设备，增加大量的投资。直流输电时，就不存在上述问题。

（6） 调节速度快，运行可靠： 直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转。 如果采用双极线路，当一极故障，另一极仍可以大地或水作为回路，继续输送一半的功率，这也提高了运行的可靠性。1

主要设备换流站的主要设备有：换流阀、换流变压器、控制调节系统、保护系统、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、避雷器等。

由换流变压器和换流阀组成的换流装置是换流站的核心。换流阀有早期的汞弧换流阀和近代的晶闸管换流阀。50年代末以来，可控硅技术的迅速发展，使单个元件容量增大，可靠性提高，价格逐步降低、无逆弧故障，维护检修方便，占地面积小。70年代晶闸管换流阀已经代替汞弧阀。

换流站的控制调节和保护系统实现下列功能：停、送直流功率，控制电力潮流的方向，调节潮流的数量和其他电气参量，处理和限制换流阀非正常运行和交、直流系统干扰所造成的影响，保护换流站的设备，以及监测换流站的各种参量。换流站及直流输电系统的运行性能和安全可靠程度与控制调节系统的性能和可靠程度密切相关，对整个电力系统的运行也有重要的影响。所以换流站的控制调节和保护系统是换流站的智能部分，其发展趋向是采用微机技术。

换流站电力设备降噪方案研究背景近年来，随着高压直流输电电压等级的不断提高，直流换流站中电力设备在数量和容量上不断增加，导致换流站的噪声问题日益突出，对周边居民的生活居住环境造成严重影响，因而对换流站噪声进行有效控制是迫切需要解决的问题。据研究数据显示，换流变压器、平波电抗器、交直流滤波器组等是换流站内的主要噪声源。在额定电压、额定负载情况下，换流变压器的近场噪声声级可达到87～95dB（A），在谐波情况下甚至可达108～115dB；平波电抗器的近场声级通常在80～95dB，交流滤波器组噪声水平通常在70～90dB，造成换流站厂界噪声明显超过相关的环境噪声标准要求。针对这几个主要噪声源设备，结合噪声机理及相关声源特性，本文对噪声控制方案进行分析总结。

噪声控制方式对于电力设备等噪声源来说，控制其噪声有两个方面：一是改进内部结构，提高其结构精度，通过合理的优化方法改善内部阻尼，以降低声源的噪声发射功率；二是通过对吸声、隔声、干涉、减振等方式的应用，实现从传播路径中控制声源的噪声辐射的目的。

通常来说，通过结构改进从声源处降低发声是最根本有效的措施，但是对于已有成熟设备通常存在改进技术难度较大的问题，且对于已经投运的设备来说，更多的是采用第二类噪声控制方式，即在噪声传播过程中降低传达到受声点的声功率。从控制噪声传播途径的角度考虑，最常用的方法是吸声以及隔声技术。吸声技术主要采用吸声材料将噪声传播中的声能转换为热能等其他能量消耗掉，以降低传播到受声点的声能。常见的吸声材料有多孔性吸声材料和微穿孔共振吸声结构等。隔声技术是利用隔声板等结构阻挡声音的传播，使透过的声能大大减小，常见的隔声措施有隔墙、隔声罩、声屏障等。此外，还有主动消声技术，即通过声波相消干涉原理，在特定位置产生与噪声源的声波大小相等、相位相反的抗噪声源，使二者相互抵消，从而达到降低噪声的目的，因其控制要求较高，在大面积复杂声源的控制上还有较大困难。

设备降噪措施1、换流变压器与平波电抗器

换流变压器和平波电抗器作为换流站中最重要的噪声源，由于设备布置较为集中，可考虑采用隔声与吸声相结合的方式将其作为点声源进行隔离。BOX- IN是一种近乎全密闭的隔声结构，利用组合式的隔音室把换流变压器或电抗器本体封闭起来，为兼顾散热及降噪效果，将冷却风扇设置在隔声室外部，从而降低换流变压器噪声对站内和周围环境的影响。

为了减小隔音室里的混响声，可以在密闭隔声室的侧墙及顶部增加吸声结构，提高吸声降噪效果。根据实际运行经验，采用BOX- IN结构可以达到23 dB左右的降噪效果，极大程度上降低平波电抗器和换流变压器的噪声危害。

2、交流滤波器组

1）滤波电抗器

对于滤波电抗器来说，现有高压直流输电工程中常用的是干式空心电抗器，其振动噪声主要是由绕组振动产生，相比铁心电抗器来说明显减小。当电流通过电抗器绕组时，带电绕组在交变电磁力的作用下会形成振动，从而产生噪声并向外传播，噪声与电磁力及负载电流相关。因而，可通过限制其线圈的振动或减小谐波电流来实现电抗器噪声控制，在结构设计方面可以采用如下方法：

1）调整结构尺寸、优化机械强度，使得共振频率远离临界频率；

2）增大线圈截面，利用惯性的增大来减小振幅。

此外，针对已建成滤波电抗器的噪声，目前通常采用在电抗器周围加圆柱状隔声罩来实现，为便于通风散热，将隔声罩设计为端部局部敞开的帽式结构。根据实际运行验证，圆柱形隔声罩可以达到约15dB的降噪效果，较好地将滤波电抗器的噪声控制在可接受范围以内。

2、滤波电容器

对于滤波电容器组来说，由于占地面积大、分布范围广、高度大等特点，密闭式的BOX- IN技术显然不太适用。且由于滤波场通常位于换流站的边界区域，其噪声水平对换流站整体噪声影响较大，因而需要选取合适的降噪方法来对滤波器组噪声进行控制。对电力电容器结构进行分析，其振动主要是由极板上的交变电场力产生，振动频率是施加在极板上的电压频率的两倍。而对于换流站中运行的电力电容器来说，其电压往往同时包含基波和谐波成分，因而使得受力针对情况较为复杂。

（2）因双调谐滤波电路主要经过11/13次谐波电流，使得滤波电容器组噪声频率主要为100 Hz、500 Hz、600Hz、700Hz、1100Hz、1200Hz、1300Hz等中低频段的噪声，且其噪声的传播方向具有指向性。针对单个电容器，噪声的传播方向主要来源于电容器的底面，因而可以考虑采用双底面结构或在底面增加阻尼隔声的方式来降低单体电容器的噪声水平。对于滤波场电容器组，通常每个电容器塔架均包含多层结构数百个电容器单元。这些电容器单元自身的振动噪声具备指向性，且按照一定空间位置分布。为减小整体噪声影响，可将电容器塔架设置为双塔式结构，降低电容器塔架的高度，且每层中电容器通常采用两列背靠背安装方式，以消减电容器单元主要声源位置产生的噪声影响。此外，将电容器单元交错布置可以改善电容器组整体的指向性噪声，降低滤波电容器组的整体噪声。2

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学