鋼廠總降變主變噪音異常分析

魯曉莉 王勇 陸東

摘要：在交流網(wǎng)絡(luò)中，電壓電流關(guān)系曲線負(fù)載不對稱時會在運行的變壓器繞組內(nèi)產(chǎn)生較大的直流電流和諧波，造成噪音顯著增大。某鋼廠總降變#1主變噪音異常，為此對該主變進(jìn)行了聲級測試、音頻測試、繞組變形試驗，分析結(jié)果確認(rèn)主變異常噪音為直流電流和諧波的影響。為解決這一問題，文章提出了諧波治理及對主變加強其繞組變形的測試。

關(guān)鍵詞：鋼廠；變壓器；異常噪音；直流電流；諧波

中圖分類號：TM721 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）29-0132-02

1 概述

變壓器的噪聲是由于變壓器本體的振動及其冷卻裝置的振動而產(chǎn)生的一種連續(xù)性噪聲。變壓器噪聲的大小與變壓器的額定容量、硅鋼片的材質(zhì)及鐵芯中的磁通密度等因素有關(guān)。交流網(wǎng)絡(luò)中存在電壓電流關(guān)系曲線不對稱的負(fù)載（如相控交流負(fù)載、相控整流器等）會在運行的變壓器繞組內(nèi)產(chǎn)生較大的直流電流和諧波。直流對變壓器的直觀影響就是噪音顯著增大。諧波會大大增加主變壓器線圈的銅損和鐵損，降低變壓器有效出力，諧波導(dǎo)致變壓器噪聲增大，會使變電所的噪聲污染指數(shù)超標(biāo)，影響工作人員的身心健康。除此之外，容易形成諧波諧振，造成變壓器的絕緣擊穿。

2 問題分析

某鋼鐵企業(yè)總降變電站規(guī)劃容量為4?180MVA

+2?120MVA，目前建設(shè)規(guī)模為3?180MVA+2?120MVA。#1主變采用三相雙繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器，電壓等級為220±2.5%/35kV，帶電壓為15kV、容量為60MVA的穩(wěn)定繞組，各側(cè)線圈容量比為180/180/60MVA，接線組別為YNyn0d11，阻抗電壓Uk=12%。5臺變壓器于2012年5月在工廠通過全部出廠試驗和型式試驗，各指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議要求。2013年2月完成現(xiàn)場安裝，3月22日變壓器投入運行。5臺變壓器按照國網(wǎng)公司及相關(guān)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)采購，為電力專用變壓器，并無特殊改造。#1主變低壓側(cè)35kV所帶負(fù)荷含有電弧爐、精煉爐等具有非線性阻抗特性的沖擊負(fù)荷。為了減少電弧爐給電網(wǎng)帶來的危害，鋼廠根據(jù)供電公司要求治理下游的沖擊負(fù)荷，采用SVC就近吞吐無功和吸收諧波源所產(chǎn)生的諧波電流，以符合當(dāng)?shù)仉娏疽蟆?/p>

2.1 試驗結(jié)果

在#1變壓器帶上電弧爐變壓器負(fù)載后，發(fā)現(xiàn)變壓器的噪聲增大。試驗人員到現(xiàn)場分別進(jìn)行了聲級試驗、音頻測試、繞組變形試驗。聲級測試結(jié)果如下：在變壓器沒有帶負(fù)荷的情況下，額定電壓下空載運行，測試結(jié)果和出廠值基本一致，測試結(jié)果60.75dB，出廠值為58.4dB，由于現(xiàn)場背景噪音遠(yuǎn)大于廠內(nèi)試驗室的背景噪音，此偏差屬于正常范圍。變壓器帶SVC后，聲級為71dB，并有一種間歇的“咚咚”聲。試驗人員使用WAVEPAD軟件擷取鋼廠全時錄波器記錄的變壓器二次側(cè)電壓、電流波形進(jìn)行對照。音頻測試結(jié)果如下：（1）一號主變產(chǎn)生的噪音分三類：低頻敲擊聲、高頻穩(wěn)定大聲量噪音、高頻穩(wěn)定小聲量噪音，前兩項為主要噪音，其中低頻敲擊聲為主要考量的噪音；（2）在噪音發(fā)生前，主變二次側(cè)三相電流即含有明顯諧波成分；（3）在噪音發(fā)生前、后，主變二次側(cè)三相電流一直無法穩(wěn)定成純正弦；（4）在電弧爐穩(wěn)態(tài)操作時，系統(tǒng)各電流波形為正弦平衡，顯示SVC的穩(wěn)態(tài)補償響應(yīng)理想；（5）在爐變投入后，電弧爐尚未操作時，一號主變壓器電流波形含有大量諧波電流。主變一次側(cè)有7次諧波（350Hz）侵入，主變二次側(cè)有直流成分（此時電弧爐未運轉(zhuǎn)）；（6）噪音產(chǎn)生瞬間主變二次側(cè)有急速不平衡電流流出，其中b相電流特別大，與電弧爐b相吸收電流一致。繞組變形試驗結(jié)果如下：高壓各相測試數(shù)據(jù)，與原出廠數(shù)據(jù)基本一致；低壓各相與原出廠數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)在0～100kHz頻段的波峰波谷幅值有差異。

2.2 結(jié)果分析

由于鋼廠大型電爐在打孔期和熔化期電弧長度急劇變化，引起無功負(fù)荷急劇波動，其工作短路功率為電爐變壓器額定功率的兩倍左右，其最大波動無功為電爐變壓器額定功率的1.5倍左右。無功的急劇波動引起電網(wǎng)電壓的急劇波動，其波動頻率一般為1～15Hz，影響到晶閘管設(shè)備的穩(wěn)定運行。晶閘管元件產(chǎn)生了不對稱的直流分量，引起變壓器鐵芯回路的直流偏磁，噪聲變大。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)流經(jīng)主變中性點的直流分量達(dá)到幾個安培甚至零點幾個安培時，變壓器的噪音增幅就能達(dá)到10dB以上。具體的增量與當(dāng)時鐵芯的飽和程度有關(guān)。而帶上電弧爐或精煉爐負(fù)載后，由于電弧爐在冶煉過程中產(chǎn)生的短路電弧電流幅值大且變化較快，體現(xiàn)在降壓變上，就是在載流線圈中流經(jīng)了一個沖擊性的負(fù)載電流，即在正常的噪聲基礎(chǔ)上，疊加了一個脈動的噪聲。

噪音產(chǎn)生瞬間主變二次側(cè)有急速不平衡電流流出，其中b相電流特別大，與電弧爐b相吸收電流一致。主要是電弧爐煉鋼初融期急速吸收急速不平衡電流時導(dǎo)致主變?nèi)嗬@組的漏磁通不平衡擾動，此急速漏磁通不平衡可能為：（1）擾動激發(fā)一號主變壓器線圈應(yīng)力不均衡機械振動而產(chǎn)生敲擊聲；（2）激發(fā)一號主變壓器線圈外接導(dǎo)體產(chǎn)生均衡機械振動而產(chǎn)生敲擊聲；（3）激發(fā)一號主變壓器整體機構(gòu)（由鐵芯至外殼）共振產(chǎn)生敲擊聲。變壓器鐵芯為非常緊密連接裝置，不應(yīng)發(fā)出敲擊聲響，變壓器鐵芯磁飽合現(xiàn)象一定得與敲擊噪音有關(guān)。

2.3 改善措施

電弧爐在冶煉過程中前期、中期、后期的運行特性均不相同，功率因數(shù)、諧波、三相電流不對稱度等電能質(zhì)量參數(shù)均不相同，不能僅采用95%概率值來衡量電能質(zhì)量，最大值情況下是否滿足電能質(zhì)量要求仍需SVC廠家確認(rèn)。SVC廠家提供的測試報告中測試點為220kV進(jìn)線（PCC點），電壓信號取自PT二次接線端子，電流信號取自CT二次回路接線端子，建議廠家在35kV計量柜中進(jìn)行測量。SVC的補償點由一號主變220kV側(cè)改至二次35kV側(cè)應(yīng)有助于一號主變噪音降低。電弧爐運行中的短路電弧電流（即脈動電流），在變壓器中引起線圈及結(jié)構(gòu)件的暫態(tài)振動，直接的外部表現(xiàn)即為脈動噪聲；對變壓器而言，線圈在軸向上的長期往返振動，使得線圈絕緣產(chǎn)生反復(fù)形變，可能會引起線圈導(dǎo)線的絕緣損壞，對變壓器的安全運行是不利的。建議對變壓器加強其繞組變形的測試，特別是在前期，密切監(jiān)測其變化趨勢，若連續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定后，可適當(dāng)放寬監(jiān)測周期。針對脈動電流的影響，建議在適當(dāng)?shù)臅r候，對變壓器的線圈進(jìn)行加壓處理，即在現(xiàn)場對變壓器線圈進(jìn)行重新壓緊，以降低其運行風(fēng)險。

3 結(jié)語

針對該鋼廠主變噪音異?，F(xiàn)象，從噪音試驗、音頻試驗、繞組變性試驗等結(jié)果進(jìn)行分析，確認(rèn)主變噪音主要是由直流電流和諧波的影響造成的。鋼廠需從源頭治理諧波，提高電能質(zhì)量，從而降低變壓器噪音。

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作者簡介：魯曉莉（1980-），女，江蘇徐州人，江蘇科能電力工程咨詢有限公司注冊電氣工程師，研究方向：變電站一次專業(yè)。