双底面型低噪声电力电容器.pdf

本发明公开了一种双底面型低噪声电力电容器，涉及高压直流换流站滤波、并联及PLC电容器装置中使用的电力电容器，在常规电容器的箱体下方，再延伸焊接一段外接箱体，然后焊接上外底面，使得外底面与内底面之间保持10～20mm的距离，在由内底面、外底面和外接箱体所围成的腔体内，不添加任何材料，只保留原有的空气。当电力电容器工作时，由于电容器内底面振动产生的噪声经过腔体内的空气及外底面的衰减，辐射到外界的噪声水平大大降低。本发明不改变电容器内部结构，制造过程简单，成本小，降噪效果显著。

1.  一种双底面型低噪声电力电容器，包括常规电容器，其特征在于，常规电容器的箱体(5)下方延伸连接一段外接箱体(6)、外接箱体(6)上下面分别连接有内底面(2)与外底面(3)，内底面(2)、外底面(3)和外接箱体(6)围成一腔体(4)，内底面(2)与外底面(3)之间距离为10～20mm，组成双底面结构。

2.  根据权利要求书1所述的双底面型低噪声电力电容器，其特征在于，外接箱体(6)和外底面(3)所使用金属材料与常规的电容器箱体一致。

3.  根据权利要求书1或2所述的双底面型低噪声电力电容器，其特征在于：内底面(2)与外底面(3)和外接箱体(6)所围成的腔体(4)内，只保留原有的空气，其压强即为大气压。

双底面型低噪声电力电容器
技术领域
本发明涉及到高压电力设备噪声控制领域，特别涉及双底面型低噪声电力电容器。
背景技术
目前高压直流换流站中并联、滤波及PLC电容器装置的可听噪声问题严重，主要是由于其中所安装的单台电力电容器的噪声较大引起的。目前降低这种电力电容器噪声的方法主要有以下几种：
1)国际大电网会议推荐了几种电力电容器内部的降噪措施，如：避开电容器的自振频率和加强电容器芯子强度等。但避开电容器的自振频率，需要改动原有的设计结构，有很高的风险性、可行性差；而加强内部芯子的强度，会导致其散热效果变差，从而影响电力电容器的寿命。
2)国内的一些科研单位及厂家也提出了一些降低电容器噪声的措施，如：在电容器外壳涂裹材料或者在电容器内部加弹性阻尼等。电力电容器是高压设备，其表面涂抹或包裹材料对电容器散热非常不利，在运行时会因温度过高而发生事故；而在电容器内部加弹性阻尼基本上也没有作用。
发明内容
本发明提供一种双底面型低噪声电力电容器，可用于高压直流换流站并联、滤波及PLC电容器装置中，比常规电容器噪声辐射量大幅减小，并且该电力电容器成本低廉、工艺简单、易于生产和制造。
本发明的技术方案是这样实现的：
常规电容器的箱体下方延伸连接一段外接箱体、箱体上下面分别连接有内底面与外底面，内底面、外底面和外接箱体围成一腔体，内底面与外底面之间距离为10～20mm，组成双底面结构。
外接箱体和外底面所使用金属材料与常规的电容器箱体一致。
内底面与外底面和外接箱体所围成的腔体内，只保留原有的空气，其压强即为大气压。
可将常规电容器箱体的原有底面作为外底面，在常规电容器的箱体内，直接焊接一距离其原有底面10～20mm的底面作为内底面，原有底面、焊接后的内底面及原有的部分外壳围成腔体，腔体内保留原有空气，其压强即为大气压。
本发明由于在常规电容器的箱体下方延伸连接一段外接箱体，且内底面与外底面和外接箱体所围成的腔体内，不添加任何材料，只保留原有的空气；其压强即为大气压，使降噪量保守估算为12dB。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2消声室内噪声测点分布图；
下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
具体实施方式
参照图1、图2所示，常规电力电容器在其箱体5下方，再延伸焊接一段外接箱体6，然后焊接上外底面3，使得外底面与内底面2之间保持10～20mm的距离，在由内底面2、外底面3和外接箱体6所围成的腔体4内，不添加任何材料，只保留原有的空气；
可将常规电容器箱体的原有底面作为外底面，在常规电容器的箱体内，直接焊接一距离其原有底面10～20mm的底面作为内底面，原有底面、焊接后的内底面及原有的部分外壳围成腔体，腔体内保留原有空气。这种低噪声电力电容器的优点是：当电力电容器工作时，由于电容器内底面振动产生的噪声经过腔体内的空气及外底面的衰减，辐射到外界的噪声水平大大降低。本发明不改变电容器内部结构，制造过程简单，成本小，降噪效果显著。
在制造好双底面型低噪声电力电容器的外壳后，可按照常规电容器的制造流程：安装电容器芯子，焊接顶壳，抽真空，注油等，这样完成整个低噪声电力电容器的制造。该低噪声电力电容器安装在换流站中的电容器装置上，当其工作时，由于电容器内底面2振动产生的噪声经过腔体4内的空气及外底面3的衰减，辐射到外界的噪声水平大大降低。
双底面型低噪声电力电容器的技术依据
根据双底面低噪声电力电容器的结构，其下底面辐射噪声的能量来自于两个途径：内底面辐射的声透射；内底面边棱上的振动传递。
一、对于内底面辐射的声透射来说，双底面型低噪声电力电容器的降噪效果分析如下：
1)若为原来的单底面结构，则声压透射系数t_p1为
1tp1=12(R1R3+1)2cos2k2d+(R1R2+R2R3)2sin2k2d---(1)]]>
k2=ωc2---(2)]]>
其中，R₁为电容器油的声阻抗，R₂为电容器外壳底面的声阻抗，R₃为空气的声阻抗，d为电容器底面厚度，ω为声波角频率，c₂为电容器底面外壳中的声速。
2)对于双底面型的结构而言，声压透射系数t_p2为：
1tp2=(R1R3cosk3D-ωMR1R32sink3D)+j(2ωMR3cosk3D+R1R3-ω2M2R32sink3D)---(3)]]>
k3=ωc3---(4)]]>
其中，R₁为电容器油的声阻抗，M为电容器外壳底面的单位面积质量，R₃为空气的声阻抗，D为电容器双底面之间的空气层厚度，ω为声波角频率，c₃为空气中的声速。
电容器外壳厚度取为2mm，双底面之间空气层厚度取为15mm，电容器内部浸渍液声阻抗约为R₁＝1.5×10⁶，外壳为钢板声阻抗R₂＝4.5×10⁷，空气的声阻抗R₃＝428.5，然后根据其它相关参数及式(1)～(4)可以得到：单底面的隔声量为32.44dB，而双底面的隔声量为47.2dB。因此，单纯考虑声透射的情况下，双底面型低噪声电力电容器比单底面的噪声水平降低了约15dB。
二、由内底面边棱上的振动传递到外底面，引起的辐射噪声分析如下：
根据实验研究，底面振动为(1，1)模态，即中间振动幅值大而四周振动幅值小。第二底面与第一底面的刚性结构连接都存在于第一底面的边棱，结构振动传递量微小。表1为实验测得的电容器底面边棱及中心的振动加速度数据。
表1底面边棱处振动数据(mV)

从表1中可以看出边棱处的振动远小于底面中心上的振动，因此通过内底面边棱的刚性结构传递到外底面的振动非常小。
综合以上两种能量传递作用，双底面型低噪声电力电容器的降噪量保守估算为12dB。
实例验证
(1)试验条件及测试点位置
试验条件如表2和表3所示，分别为电容器流过单频率电流及复合频率电流的情况。测试点位置如图2所示，分别对双底面型低噪声电力电容器及普通的电力电容器进行噪声测试，并对比分析测试结果。
表2单频率实验条件

表3复合频率实验条件

图2中，A系列为距电容器外壳20cm处的测点；B系列为距电容器外壳50cm处的测点。
(2)实验结果
一单频率实验
1)600Hz
表4 600Hz，70A电流作用下双底面型电容器和普通电容器噪声对比数据

2)550Hz
表5 550Hz，70A电流作用下双底面型电容器和普通电容器噪声对比数据

3)450Hz
表6 450Hz，70A电流作用下双底面型电容器和普通电容器噪声对比数据

4)350Hz
表7 350Hz，70A电流作用下双底面型电容器和普通电容器噪声对比数据

从表4～表7的噪声测试数据可以看出：对于双底面型低噪声电力电容器而言，由于采用了双底面的结构，在不同频率及不同电流流过时，其底面的噪声水平要比普通的电力电容器低12.4dB～13.7dB，证实了双底面型低噪声电力电容器的设计是成功的。。
二复合频率实验
1)第一组
表8复合频率电流作用下双底面型电容器和普通电容器噪声对比数据

2)第二组
表9复合频率电流作用下双底面型电容器和普通电容器噪声对比数据

从表8～表9的噪声测试数据可以看出：对于双底面型低噪声电力电容器而言，由于采用了双底面的结构，在复合频率电流流过时，其底面的噪声水平要比普通的电力电容器低14.6dB～15.2dB，进一步证实了双底面型低噪声电力电容器的设计是成功的。