電力變壓器的噪聲污染及控制

車艷紅，陳永鋦，程慧青

（1.3國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院；2.福建中試所電力調(diào)整試驗(yàn)有限公司，福州　350007）

電力變壓器的噪聲污染及控制

車艷紅1，陳永鋦2，程慧青3

（1.3國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院；2.福建中試所電力調(diào)整試驗(yàn)有限公司，福州350007）

摘要：為了解決電力變壓器噪聲污染的問題，首先對(duì)噪聲來源和決定因素進(jìn)行深入分析，根據(jù)產(chǎn)生噪聲的決定因素、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和噪聲控制理論提出了相關(guān)的解決措施，實(shí)踐證明，這些措施能起到很好的降噪效果。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；噪聲污染；噪聲控制經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，造成居民用電量持續(xù)增加。尤其是最近幾年，隨著城市化進(jìn)程的加快和電網(wǎng)改造的需要，部分變電站建立在居民生活區(qū)附近。然而變壓器在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生噪聲，這種噪聲不僅污染了環(huán)境，也對(duì)人們的健康造成了一定影響，在夜間更為嚴(yán)重?；诖?，本文對(duì)電力變壓器產(chǎn)生的噪聲及控制進(jìn)行分析探討。

1　電力變壓器噪聲來源

電力變壓器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲主要來源兩部分：本體噪聲和冷卻系統(tǒng)噪聲。

1.1本體噪聲

此類噪聲主要來源于下述兩種情況：第一，磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲。據(jù)變壓器的工作原理可知，在工作時(shí)鐵芯內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致鐵芯的硅鋼片處于磁致伸縮狀態(tài)，雖然硅鋼片周期性伸縮幅度很小，但是也會(huì)引起鐵芯周期性的振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。第二，漏磁場(chǎng)產(chǎn)生的噪聲。變壓器在工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的漏磁場(chǎng)，尤其是大型變壓器，漏磁場(chǎng)相應(yīng)增大。由于變壓器繞組中電流和漏磁場(chǎng)的相互作用，導(dǎo)線上會(huì)出現(xiàn)電磁力，同時(shí)由于漏磁場(chǎng)的存在，繞組出產(chǎn)生軸向電動(dòng)力，受到電動(dòng)力作用的鐵心在金屬撞擊下震動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲。

1.2冷卻系統(tǒng)噪聲

電力變壓器的冷卻方式通常包括以下兩種：風(fēng)冷和強(qiáng)油風(fēng)冷。為了達(dá)到更好的冷卻效果，變壓器在運(yùn)行過程中，通常風(fēng)扇和油泵都打開，風(fēng)機(jī)和油泵工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生空氣噪聲。目前，多數(shù)變壓器都配置兩臺(tái)或以上的風(fēng)冷卻器及風(fēng)冷卻器，這樣就極易產(chǎn)生空氣噪聲，對(duì)于部分大型電力變壓器，其產(chǎn)生的空氣噪聲甚至超過80dB（A）。由此可知，冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲要高于變壓器本體產(chǎn)生的噪聲。

2　電力變壓器噪聲的決定因素

為了減少電力變壓器的噪聲污染，必須明確電力變壓器工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲和那些因素有關(guān)，以便采取有效措施降低噪聲強(qiáng)度。電力變壓器工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲通?？煞譃橄鋬?nèi)噪聲和箱外噪聲，通過對(duì)兩類噪聲的具體計(jì)算來分析產(chǎn)生噪聲的決定因素。

2.1箱內(nèi)噪聲

箱內(nèi)噪聲的計(jì)算公式通常采用下式（1）進(jìn)行計(jì)算：

圖1　β與硅港片重量關(guān)系圖

2.2箱外噪聲衰減計(jì)算

電力變壓器產(chǎn)生的噪聲傳到箱外時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定程度的衰減，距離箱外距離越遠(yuǎn)，衰減量越大。目前，世界各國(guó)常用的計(jì)算電力變壓器箱外噪聲衰減量如下式（2）所示：

修正后的計(jì)算式如下式（3）所示：

2.3實(shí)際噪聲計(jì)算公式

在實(shí)際衡量及計(jì)算電力變壓器產(chǎn)生的噪聲時(shí)，為了具有更高的準(zhǔn)確性及簡(jiǎn)便性，綜合考慮各種因素，在電力變壓器工藝良好的基礎(chǔ)上，通常采用以鐵心磁滯伸縮為基礎(chǔ)而導(dǎo)出的公式來進(jìn)行計(jì)算比較合理，具體計(jì)算公式如下式（3）所示：

若使用的電力變壓器為風(fēng)冷或者強(qiáng)油風(fēng)冷等，在計(jì)算時(shí)還必須考慮風(fēng)扇和油泵在工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲，即將所有產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行疊加，即合成噪聲，具體計(jì)算公式如下式（4）所示：

3　電力變壓器噪聲的控制措施

要有效控制電力變壓器的噪聲污染，可通過下述兩個(gè)途徑：第一，降低噪聲源的噪聲；第二，傳播途徑降低噪聲。

3.1噪聲源方面的降噪措施

3.1.1選擇優(yōu)質(zhì)硅鋼片

選擇優(yōu)質(zhì)硅鋼片，不僅能夠確保結(jié)晶方位的完整度，還能有效降低磁致伸縮，減少工作時(shí)的振動(dòng)。例如：具有高晶粒硅鋼片的磁針伸縮僅是普通硅鋼片的60%；在相同磁通密度下，優(yōu)質(zhì)硅鋼片由于具有較小的振動(dòng)，能夠降低噪聲2-4dB；每降低0.01T的磁通密度，能減少噪聲0.2dB。

3.1.2優(yōu)化鐵芯各項(xiàng)物理參數(shù)

為了盡量降低鐵芯產(chǎn)生的噪聲，可對(duì)鐵芯的各項(xiàng)物理參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體可從以下幾點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化：第一，減少鐵芯重量。據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，鐵芯的重量每減少1t，噪聲可減少約0.3dB；第二，減少鐵芯窗高和直徑的比值。據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，兩者的比值每減少0.1，噪聲可減少約5.7dB，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將鐵芯設(shè)計(jì)為矮胖型，產(chǎn)生的噪聲可大幅度減少；第三，增加鐵軛截面積以減小鐵軛中的磁通密度。電力變壓器產(chǎn)生的本體噪聲主要來源于鐵軛的振動(dòng)，若能適當(dāng)增加鐵軛橫截面積，不僅能夠減少鐵軛的磁通密度，同時(shí)還能增加末級(jí)鐵芯片的寬度，從而增加了夾件和鐵軛的接觸面積，使得鐵軛在工作過程中受力均勻，從而有效的減少噪聲。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，經(jīng)過這樣處理后，噪聲能夠減少2-5dB；第四，選擇合理的鐵芯自振頻率。若鐵芯在運(yùn)行過程中的自振頻率與磁針伸縮的頻率相同，極易形成共振，從而產(chǎn)生較大的噪聲。為了避免此種情況的出現(xiàn)，首先要計(jì)算鐵芯的固有頻率，具體計(jì)算公式如下式（5）所示：

圖3鐵芯尺寸示意圖

圖4　關(guān)系曲線

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果來對(duì)鐵芯頻率進(jìn)行合理選擇，避免形成共振。

3.1.3改進(jìn)鐵芯結(jié)構(gòu)，選擇合理疊裝和裝配工藝

要有效改進(jìn)鐵芯疊裝和裝配工藝，可采取下述措施：第一，采用全斜交錯(cuò)接縫的鐵心結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的心柱和鐵軛通常選擇交錯(cuò)接縫結(jié)構(gòu)，這樣極易產(chǎn)生渦流和磁飽和，從而導(dǎo)致電力變壓器的噪聲和損耗提升。若采用全錯(cuò)接縫，既能減小磁通畸變，也能確保鐵芯整體機(jī)械強(qiáng)度。經(jīng)過多年實(shí)踐可知，若保持磁密為定值1.7T不變，采用全斜交錯(cuò)結(jié)構(gòu)能夠減少噪聲3-5dB；第二，控制鐵心夾緊力。相關(guān)理論研究發(fā)現(xiàn)，若鐵芯夾緊力的壓強(qiáng)為0.08-0.12Mpa時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生的噪聲值最小。具體在制作時(shí)，通過扳手合理控制夾緊力，也可在合理位置放置絕緣棒，確保整個(gè)心柱受力均勻，避免磁致伸縮增加，采取這些措施后，能夠使電力變壓器的本體噪聲降低1-3dB。

3.1.4冷卻系統(tǒng)的降噪

對(duì)于冷卻系統(tǒng)的降噪，可通過選擇低噪聲風(fēng)扇或冷卻裝置，若是發(fā)熱量不大，盡可能采取自然冷卻的方式，同時(shí)還可以采取減震或者消聲裝置，最大限度的減少噪聲。

3.2傳播途徑的降噪措施

通過抑制噪聲源的噪聲，雖然可以起到一定的效果，但是并不能全部消除噪聲。因此，必須從傳播途徑進(jìn)行降噪處理，以達(dá)到控制的目的。電力變壓器產(chǎn)生的噪聲通過以下兩種方式傳到外界：第一，通過箱底和地基傳到外界；第二，通過郵箱輻射到外界。針對(duì)傳播途徑，可采取以下措施：

（1）在鐵心和箱底、地面之間加緩沖裝置，使噪聲同諾緩沖裝置衰減，通?？刹捎脺p振橡膠板。

（2）油箱壁可采用扣槽式加強(qiáng)筋，通過焊接3-4mm鋼板，在其中填充吸聲物質(zhì)，形成半消聲油箱，具體如下圖5所示：

圖5　油箱壁結(jié)構(gòu)示意圖

（3）在變壓器周圍建設(shè)隔音墻或者隔音室，能有效降低噪聲。在對(duì)噪聲要求比較嚴(yán)格的地方，目前通常采用的方法是設(shè)置隔音室，這樣能有效減少噪聲30-40dB。

4　結(jié)束語

綜上所示，為了有效降低電力變壓器的噪聲污染，除了采取上述措施外，還必須不斷對(duì)變壓器的產(chǎn)生、計(jì)算模型及測(cè)試方法進(jìn)行深入探究，以便采取更完善的措施減少污染，滿足人們對(duì)變壓器噪聲的基本要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王常平，林云志，王國(guó)偉，等.如何降低變壓器噪聲[J].變壓器，2011（06）：29-30.

[2] 黃青青.220kV 變壓器噪聲及其傳播特性淺析[J].環(huán)境工程，2011（29）：330-333.

[3] 季愛暉，蔡定國(guó)，龍麗瓊，等.三相五柱式非晶合金變壓器磁路及其性能參數(shù)分析［J］.變壓器，2009（10）：14-17.

[4].譚聞，張小武.電力變壓器噪聲研究與控制[J].高壓電，2009（02）.

[5] 侯忠平，陳開全，胡晶金.非晶合金變壓器與硅鋼片鐵心變壓器運(yùn)行參數(shù)比較［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2012（02）：72-74.

[6] 顧曉安，沈密群，朱振江，等.變壓器鐵心振動(dòng)和噪聲特性的試驗(yàn)研究[J].變壓器，2009（04）：1-4.

[7] 徐剛，馬宏忠，陳楷，王春寧.電力變壓器噪聲的主動(dòng)控制[J].變壓器，2013（05）：89-90.

作者簡(jiǎn)介：車艷紅（1981-），女，福建泉州人，本科，工程師，主要從事電力環(huán)境保護(hù)工作。