干式變壓器噪聲分析及控制方式探討

摘 要：我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展日益加快，人民生活水平逐步提高，那么生產(chǎn)、生活用電量也有了明顯提升。對于電力企業(yè)而言，只有正確使用電力設(shè)備，選取運(yùn)作效率較高的、質(zhì)量較好的變壓器或者發(fā)電機(jī)，才能保證電能的生產(chǎn)、輸送環(huán)節(jié)的正常化，也能夠穩(wěn)定、合理地分配電能。文章通過研究干式變壓器的工作原理，探究出現(xiàn)噪聲的原因，并分析其控制方式，最終達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：干式變壓器；噪聲分析；有效控制方式；研究

中圖分類號：TM412 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）9-0064-02

電網(wǎng)工作中對干式變壓器的應(yīng)用范圍較廣，干式變壓器有其自身優(yōu)勢，例如其絕緣性較好，能夠有效防潮，方便管理和修復(fù)等。但與此同時(shí)，干式變壓器在運(yùn)作過程中也會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的噪聲，給人們的正常生產(chǎn)、生活帶來了較多不便。因此干式變壓器的噪聲問題應(yīng)該成為目前電力相關(guān)單位工作者的工作重點(diǎn)之一，而研究控制其噪音的對策、降低噪聲，是本文研究的重點(diǎn)。

1 干式變壓器產(chǎn)生噪聲的主要因素

干式變壓器產(chǎn)生噪聲的主要因素基本上有兩大類：第一，干式變壓器在正常運(yùn)作過程中的正常噪聲；第二，干式變壓器出現(xiàn)故障，運(yùn)作過程中有明顯的聲音異常，產(chǎn)生噪音。上述因素是導(dǎo)致變壓器噪聲的直接原因，那么其根本原因有以下幾點(diǎn)。

1.1 由于硅鋼片的磁致伸縮致使變壓器產(chǎn)生噪聲

在干式變壓器運(yùn)作的同時(shí)，其中的鐵心勵(lì)磁，硅鋼片就會受到磁力的影響而改變形態(tài)和大小，同時(shí)，若硅鋼片與磁力線呈垂直關(guān)系，那么硅鋼片就會發(fā)生反方向的變形。鐵心受到勵(lì)磁頻率的影響，有規(guī)律地出現(xiàn)震動(dòng)，發(fā)出噪聲，該種噪聲的主要特征是聲音波動(dòng)大。

1.2 漏磁引起的繞組震動(dòng)從而產(chǎn)生噪聲

干式變壓器在工作中會有大量電流經(jīng)過繞組線圈，若線圈的磁力不足或者出現(xiàn)漏磁，那么繞組線圈就會因此而震動(dòng)，震動(dòng)聲音過大產(chǎn)生噪聲。該種噪聲的特征為間斷性，且聲音較為低沉。

1.3 電磁效應(yīng)引起的鐵心噪音

由于漏磁的存在，硅鋼片接縫處和疊片間會產(chǎn)生電磁吸收，從而引起鐵心震動(dòng)。在變壓器的不斷改進(jìn)過程中，鐵心疊片技術(shù)更加成熟，硅鋼片接縫處與疊片間的電磁力有所減弱，鐵心震動(dòng)幅度也會因此降低，因此該噪聲較小，可忽略。

1.4 變壓器中的冷卻裝置產(chǎn)生的噪聲

若干式變壓器冷卻方式采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，那么其中的冷卻裝置也會有明顯的噪聲出現(xiàn)。冷卻裝置的噪聲來源主要是裝置內(nèi)部零件的震動(dòng)。裝置的噪聲來源主要有以下兩點(diǎn)：第一，變壓器在運(yùn)作過程中本身的震動(dòng)引起接頭等部位松動(dòng)，進(jìn)而傳遞給冷卻裝置，造成更加明顯的震動(dòng)，發(fā)出噪聲；第二，冷卻裝置中風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)引發(fā)震動(dòng)，從而帶動(dòng)整體裝置的震動(dòng)，發(fā)出噪聲。

1.5 干式變壓器產(chǎn)生噪聲來源分析

若干式變壓器運(yùn)作較為正常、穩(wěn)定，則不會出現(xiàn)噪聲；而在電力輸送和使用過程中，電網(wǎng)的總體電壓高低以及用電量等因素變化都會促使干式變壓器出現(xiàn)使用故障，引起噪聲。通過研究可知，變壓器的噪聲來源主要有兩點(diǎn)。

1.5.1 電壓的變化導(dǎo)致變壓器震動(dòng)從而出現(xiàn)噪聲

在電能的使用過程中，電壓會因?yàn)橥饨缫蛩囟艿接绊懗霈F(xiàn)波動(dòng)，如果電網(wǎng)內(nèi)部電壓升高，磁力線在單位面積中的流動(dòng)量進(jìn)一步提高，會直接致使磁通密度升高，那么每一個(gè)小區(qū)域中的電磁力會彼此相斥，鐵心的硅鋼片隨之震動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。

1.5.2 電壓負(fù)荷變化引起變壓器震動(dòng)而出現(xiàn)噪聲

電能流動(dòng)時(shí)會產(chǎn)生一定量的用電負(fù)荷，而負(fù)荷量是隨著用電量而變化的，由于電能三相負(fù)載并不完全平衡，那么零序電流會過大，鐵心的零序磁通隨之變大，電磁力的作用更加明顯，導(dǎo)致干式變壓器出現(xiàn)震動(dòng)和噪聲。

2 干式變壓器產(chǎn)生噪聲的不良影響

干式變壓器主要在居民區(qū)以及自然環(huán)境中安裝并運(yùn)作，那么若變壓器出現(xiàn)故障而產(chǎn)生噪聲，對人們的正常生產(chǎn)、生活甚至自然環(huán)境都會帶來巨大的負(fù)面影響和危害，相關(guān)工作人員應(yīng)該針對干式變壓器的特征和故障根源進(jìn)行研究并妥善解決其噪聲問題，避免噪聲對環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響。通過研究可知，若干式變壓器長時(shí)間處于故障狀態(tài)而產(chǎn)生強(qiáng)大噪音，會影響到人的腦神經(jīng)。變壓器發(fā)出的低頻類噪聲主要產(chǎn)生的是慢性負(fù)面影響，例如人們長時(shí)間生活在這種環(huán)境中，會逐漸感覺頭疼、情緒不穩(wěn)定、神經(jīng)衰弱等不適，最終患上嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，若孕婦長時(shí)間受到噪聲影響，對本人甚至是胎兒都是極為不利的。

通過了解我國疾病控制中心專家的理論可知，低頻與高頻噪音都會對人的生理造成嚴(yán)重?fù)p傷，且前者的破壞力弱于后者，但是與此同時(shí)，低頻噪音會直接到達(dá)耳骨，該處的交感神經(jīng)穩(wěn)定性受到影響和破壞，那么會很容易引發(fā)高血壓、心跳過速、內(nèi)分泌失調(diào)等嚴(yán)重疾病。人被迫接受這種噪聲，容易煩惱激動(dòng)、易怒，甚至失去理智。如果長期受到低頻噪音襲擾，容易造成神經(jīng)衰弱、失眠、頭痛等各種神經(jīng)官能癥，甚至影響到孕婦腹中的胎兒。

3 控制干式變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生噪聲的有效措施

3.1 針對噪聲來源進(jìn)行噪聲的防控措施

在對干式變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該嚴(yán)格依照國家標(biāo)準(zhǔn)，切忌使用與該區(qū)域電力使用量不匹配的變壓器，也不能選用尺寸不合格或者磁通密度不達(dá)標(biāo)的設(shè)備，只有這樣，才能保證變壓器的勵(lì)磁，從而確保變壓器的噪聲保持在正常范圍；若相關(guān)技術(shù)人員在檢修設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器中的鐵心尺寸有誤差、磁通密度有誤，那么就應(yīng)該及時(shí)修理并更換相應(yīng)元件，防止產(chǎn)生噪聲。

3.2 針對噪聲傳播問題的防控措施

干式變壓器有較多的分類，在不同的區(qū)域應(yīng)用的變壓器設(shè)備也各不相同。針對在不同地域使用的變壓器而言，可以為其定制特殊的、符合當(dāng)?shù)貤l件要求的外殼，其優(yōu)勢在于：該方法能夠因地制宜，解決不同地段的干式變壓器震動(dòng)問題，確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也不會出現(xiàn)噪聲，不會對當(dāng)?shù)厝嗣裆詈妥匀辉斐捎绊?；同時(shí)，若干式變壓器本身有嚴(yán)重的噪聲問題，該方法能夠有效穩(wěn)定其運(yùn)作，降低噪聲的傳播速度，如同設(shè)立隔離帶對噪聲進(jìn)行隔離和削弱。也可以在干式變壓器鐵心外面包一層隔音橡膠，或者在鐵心與夾件之間，夾件與底座之間放減震墊，其目的都是為了降低噪聲。

3.3 完善干式變壓器的設(shè)計(jì)、組裝流程

設(shè)計(jì)、安裝干式變壓器時(shí)，其內(nèi)部的零件是相互關(guān)聯(lián)且相互作用的，因此應(yīng)該考慮到零件之間的關(guān)系，切忌在安裝過程中不考慮零件的尺寸隨意搭配，否則各零件之間就很容易出現(xiàn)縫隙，變壓器在運(yùn)行中震動(dòng)的幾率提升，出現(xiàn)噪聲也是在所難免；反之，若零件之間過于緊密，噪聲很容易快速傳播、放大。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該妥善組裝，全面考慮引發(fā)震動(dòng)的各種可能性，發(fā)現(xiàn)噪聲，及時(shí)檢查是否有松動(dòng)零件并擰緊。

3.4 解決變壓器接觸不良而引發(fā)噪聲的措施

干式變壓器運(yùn)作過程中若出現(xiàn)明顯的噪聲，時(shí)有時(shí)無，那么基本可以肯定是由于零件接觸不良，有以下兩種可能性：第一，高壓柜內(nèi)部零件接觸不到位，有松動(dòng)；第二，刀閘合位不嚴(yán)密。針對上述問題，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該首先測定高壓柜中的電流回路是否有故障，同時(shí)不能忽略觸頭、熔斷器是否處于正常工作狀態(tài)。

3.5 提升干式變壓器的生產(chǎn)技術(shù)

生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和優(yōu)化，能夠從根本上有效降低變壓器噪聲，其中，鐵心的質(zhì)量好壞直接決定了變壓器的質(zhì)量優(yōu)劣。若鐵心質(zhì)量較優(yōu)、生產(chǎn)技術(shù)較為先進(jìn)，誤差小，那么鐵心之間的連接就會更加穩(wěn)定，離縫下降至最小，變壓器就不會因?yàn)殡x縫過大而出現(xiàn)明顯噪聲。優(yōu)化生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)質(zhì)量測定，能夠從生產(chǎn)的源頭緩解、杜絕干式變壓器的噪聲問題。

4 干式變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生噪聲的實(shí)驗(yàn)研究

4.1 電抗器鐵心應(yīng)用的必要性

將干式電抗器并聯(lián)，因此其額定電壓應(yīng)在10 kV，對變壓器通電并觀察鐵心溫度，若溫度上升至100 ℃，鐵心柱穿心螺桿會受到直接影響而出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。測試干式變壓器是否出現(xiàn)震動(dòng)，可壓實(shí)鐵心，確保其不出現(xiàn)過于頻繁的溫度變化，那么鐵心的壓力就能穩(wěn)定。將電抗器的碟簧壓緊，還可將其碟簧拆除，通過上述兩種方式測試變壓器震動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用碟簧后，震動(dòng)沒有明顯減輕，但有效穩(wěn)定了變壓器的運(yùn)作。

4.2 電抗器連續(xù)工作時(shí)的震動(dòng)特性

在確保電壓穩(wěn)定的前提下，逐步提升鐵心的溫度，直至其達(dá)到115 ℃度并測量震動(dòng)。可選取電抗器在相應(yīng)溫度條件下進(jìn)行震動(dòng)測定。電抗器連續(xù)運(yùn)作，電源為激勵(lì)，電抗器本身可作為系統(tǒng)，震動(dòng)測定結(jié)果可歸為響應(yīng)輸出，那么上述三大因素的關(guān)系可以歸納為如圖1所示。

由上圖可知，若三大因素中的電源（激勵(lì)）和電抗器（系統(tǒng)）相對固定，震動(dòng)（響應(yīng)輸出）也會較為穩(wěn)定。該實(shí)驗(yàn)表明，電抗器通電運(yùn)作的前段時(shí)間內(nèi)，震動(dòng)（響應(yīng)輸出）并不會過大，而隨著運(yùn)作時(shí)間逐漸延長，震動(dòng)也會隨之提升。直至通電工作結(jié)束后，在整個(gè)過程中，電源（激勵(lì)）是額定的，那么可知，電抗器溫度提升，其自身也會發(fā)生變化。究其原因可知，系統(tǒng)過熱會導(dǎo)致其中的零件性質(zhì)變化，最終使得整體有所不同，鐵心溫度上升處于恒定狀態(tài)（溫度可達(dá)180 ℃），絕緣環(huán)氧樹脂性質(zhì)改變，鐵心耦合出200 Hz的高頻激勵(lì)。

5 結(jié) 語

綜上所述，干式變壓器在運(yùn)作過程中會產(chǎn)生噪聲，該問題自出現(xiàn)以來一直未得到有效解決，相關(guān)技術(shù)人員也在不斷研究、探討解決噪聲的有效方法。隨著社會進(jìn)步，干式變壓器的應(yīng)用范圍逐步拓寬，該問題也嚴(yán)重困擾了人們的正常生產(chǎn)、生活，對自然環(huán)境也造成了一定負(fù)面影響。因此，本文從導(dǎo)致干式變壓器出現(xiàn)噪聲的幾大原因入手，探究降低變壓器震動(dòng)的方法，并通過實(shí)驗(yàn)予以支撐。從上述研究中可知，影響變壓器噪聲的重要因素有鐵心溫度、變壓器內(nèi)部零件、間隙材料等，因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該從多方面、多角度入手，透徹分析干式變壓器噪聲原理，并采取相應(yīng)的技術(shù)措施予以有效控制。

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