濾波電力電容器振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生機(jī)理

電力電容器的振動(dòng)和可聽噪聲對流過其內(nèi)部諧波電流非常敏感，少量諧波電流可以使電容器產(chǎn)生相當(dāng)大的噪聲。在傳統(tǒng)的變電站中，電力電容器通常被認(rèn)為是安靜的電氣設(shè)備。由于系統(tǒng)運(yùn)行異常(諧波含量增加)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常，電力電容器發(fā)出可感知的噪聲。在DC輸電系統(tǒng)中，換流裝置產(chǎn)生大量諧波電流，配備大量濾波電容器，使交流濾波電容器裝置成為換流站噪聲的主要來源之一。

目前，電力電容器聽噪聲的機(jī)制主要可分為以下四個(gè)過程。

1、交流條件下工作的電容器極板之間存在交變電磁力。

2、作為振動(dòng)的激勵(lì)源，電容器的內(nèi)部元件會振動(dòng)。

3、內(nèi)部振動(dòng)通過電容器的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)傳遞，形成外殼表面的振動(dòng)。

4、殼體振動(dòng)將聲波輻射到空氣中，然后形成可聽的噪音。

電容器振動(dòng)和噪聲的激勵(lì)源：

早在1988年，MCDuff就將電容器極板之間的靜電作為脈沖電容器振動(dòng)的激勵(lì)源。對于電力電容器，Cox通過實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)，電容器外殼振動(dòng)和噪聲的頻率等于電容器極板之間靜電的頻率。CIGRE還給出了實(shí)際電容器繞心子元件內(nèi)部的靜電功能。如圖1所示，正負(fù)極板交錯(cuò)布置，內(nèi)極板被上下兩個(gè)方向吸引，處于機(jī)械平衡狀態(tài)。心子元件的受力主要是最外層和最內(nèi)層極板的靜電。

通過大量的測試和模擬研究，發(fā)現(xiàn)極板之間的磁力比靜電力小15個(gè)數(shù)量級左右，因此極板之間的磁力可以忽略不計(jì)。對于實(shí)際的電力電容器結(jié)構(gòu)，電容器的心包和金屬外殼之間也有電磁場，所以心和外殼之間也相當(dāng)于一個(gè)電容器。為了驗(yàn)證心殼之間的電磁場是否會引起外殼振動(dòng)，短接電容器的兩端，在心殼之間施加約3倍的額定電壓，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)相當(dāng)弱，比正常運(yùn)行狀態(tài)的振動(dòng)小1個(gè)數(shù)量級。因此，可以得出結(jié)論，電容器極板之間的靜電作用是電力電容器振動(dòng)和噪聲的主要激勵(lì)源，在實(shí)際研究中可以忽略磁場和心臟和外殼之間的電磁場。

電容器極板運(yùn)動(dòng)中的功能轉(zhuǎn)換：

研究人員在電容器羈絆運(yùn)動(dòng)中的功能轉(zhuǎn)換，受力過程中的能量由電源轉(zhuǎn)換。如果電容器極板和周圍介質(zhì)被視為系統(tǒng)，電源作用于系統(tǒng)的外力是系統(tǒng)中除靜電勢能外的其他能量，包括電容器極板和周圍介質(zhì)的動(dòng)能、介質(zhì)的彈性勢能和損耗。該力使電容器的內(nèi)部振動(dòng)通過介質(zhì)傳遞到電容器外殼，然后輻射噪聲。