大型電力變壓器的噪聲分析與控制

【摘要】中國(guó)城市的發(fā)展進(jìn)程伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而逐年加快，對(duì)于能源建設(shè)提出了更高的要求。然而，由于大型的電力變壓器被安裝在城市內(nèi)，其在運(yùn)行過程中所發(fā)出的噪聲已經(jīng)成為了城市的一項(xiàng)污染源。分析大型電力變壓器的噪聲，并制定相應(yīng)的控制措施是非常必要的。

【關(guān)鍵詞】電力變壓器；噪聲；控制

電力事業(yè)應(yīng)市場(chǎng)需求而不斷地完善技術(shù)，服務(wù)的質(zhì)量也有所提升。高電壓輸電線路引進(jìn)到城市中，給人們的生活用電提供了便利條件。與此同時(shí)，隨著110千伏，甚至于220千伏的變電站被建設(shè)在城市居民區(qū)，導(dǎo)致大型變壓器所發(fā)出的噪聲嚴(yán)重地污染了城市環(huán)境。

一、變壓器噪聲的產(chǎn)生

電力變壓器所產(chǎn)生的噪聲主要來源于本體和冷卻系統(tǒng)。從變壓器噪聲產(chǎn)生的機(jī)理來分析，當(dāng)鐵心的硅鋼片處于磁致伸縮狀態(tài)的時(shí)候，其是在交變磁場(chǎng)的作用下所形成的，即便是磁致伸縮的幅度極其微小，也會(huì)引起鐵心發(fā)生周期性地震動(dòng)，此時(shí)，會(huì)有電磁吸引力在硅鋼片的接縫處與疊片之間產(chǎn)生，這種現(xiàn)象主要是由于出現(xiàn)漏磁而形成的。電力變壓器之所以會(huì)發(fā)生噪聲，在于漏磁的作用而使電磁吸引力產(chǎn)生，導(dǎo)致有電磁力在繞組中形成，并引起繞組發(fā)生振動(dòng)，噪聲因此而產(chǎn)生。

二、變壓器噪聲的研究

（一）漏磁場(chǎng)的作用而引起的噪聲

大型的變壓器電流相對(duì)較大，漏磁場(chǎng)也會(huì)相應(yīng)地增大。當(dāng)變壓器繞組中所流動(dòng)的電流與漏磁場(chǎng)發(fā)生作用，就會(huì)有電磁力在導(dǎo)線上產(chǎn)生。在漏磁場(chǎng)的作用下，繞組此時(shí)會(huì)有1～20千牛的軸向電動(dòng)力產(chǎn)生，鐵心在這個(gè)推動(dòng)力的作用下，形成由于金屬撞擊而產(chǎn)生的震動(dòng)，噪聲因此而形成。在變壓器繞組的漏磁區(qū)域，會(huì)有引線穿過，那么，引線也會(huì)受到漏磁的影響，隨著漏磁場(chǎng)的增大，引線在越來越大的電動(dòng)力的作用下，會(huì)導(dǎo)致震動(dòng)的噪聲頻率增高。此外，當(dāng)有氣隙的導(dǎo)磁鋼件之間出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象的時(shí)候，基于漏磁的交變性特點(diǎn)，相應(yīng)的交變電磁吸力會(huì)因此而產(chǎn)生。此時(shí)，如果鋼件之間處于不可靠的連接狀態(tài)，就會(huì)因金屬的撞擊而出現(xiàn)噪聲。

（二）冷卻系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲

大型的電力變壓器的冷卻方式主要為兩種，即風(fēng)冷和強(qiáng)油風(fēng)冷。要發(fā)揮冷卻系統(tǒng)的制冷功能，就要將風(fēng)扇和油泵都打開，隨著風(fēng)機(jī)和油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)有空氣動(dòng)力噪聲形成。通常情況下，一臺(tái)變壓器要配有兩臺(tái)以上的風(fēng)冷卻器。如果是處于正常的符合條件下，SF-PZ11- 180000/220 變壓器處于常規(guī)運(yùn)行環(huán)境中，需要配備風(fēng)冷卻器4臺(tái)，那么，所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲甚至可以超過80dB（A）。相比較于由于漏磁場(chǎng)的作用而引起的噪聲，冷卻系統(tǒng)的噪聲要高出很多。

（三）電力變壓器所產(chǎn)生噪聲的頻率

由于變壓器本體所產(chǎn)生的噪聲與磁致伸縮的變化周期成反比例變化的，當(dāng)磁致伸縮的變化周期為電網(wǎng)頻率的一半的時(shí)候，變壓器所發(fā)生的噪聲就會(huì)使電網(wǎng)頻率的兩倍。以此為基頻，電力變壓器處于低頻率特征是時(shí)候，在電網(wǎng)頻率的影響下，噪聲能量就會(huì)在基頻的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)出偶數(shù)被增長(zhǎng)。中國(guó)電力企業(yè)所應(yīng)用的變壓器，噪聲以線譜噪聲為主，頻率集中于100赫茲、200赫茲以及300赫茲局限范圍內(nèi)。變壓器的線譜特性如圖1所示。

三、大型電力變壓器的噪聲控制

（一）變壓器噪聲降低的措施

1.鐵心采用多級(jí)接縫

當(dāng)鐵心采用多級(jí)接縫設(shè)計(jì)的時(shí)候，接縫處的磁通會(huì)出于相對(duì)均勻的分布狀態(tài)，降低氣隙中的磁密，會(huì)使接縫處所產(chǎn)生的噪聲弱化。同時(shí)，在降低了振幅的同時(shí)，還會(huì)使勵(lì)磁的電流和容量相對(duì)降低，噪聲功率也會(huì)相應(yīng)地降低。

2.避開鐵心的自振頻帶

為了降低噪音頻率，正在設(shè)計(jì)的過程中，就要將鐵心的自振頻率考慮在內(nèi)。為了避開由于鐵心的自振而產(chǎn)生的噪音，可以對(duì)于窗口尺寸進(jìn)行調(diào)整。額定頻率為50赫茲的變壓器，需要避開的自振頻率帶分別為：75～125赫茲，175～225赫茲，245～325赫茲，375～425赫茲。這些共振頻帶如果被有效避開了，就不會(huì)在鐵心處有共振產(chǎn)生。

（二）變壓器噪聲的消聲措施

當(dāng)變壓器處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生噪聲是在所難免的，即便是采用了各種控制措施，弱化噪聲的能力也很有效。因此，可以從傳播途徑的角度進(jìn)行研究，試圖使噪聲衰減并逐漸地消失于傳播途徑中。

1.運(yùn)用噪聲發(fā)生器

將噪聲發(fā)生器放置在變壓器的1米范圍內(nèi)。由于噪聲發(fā)生器所發(fā)出的聲音會(huì)轉(zhuǎn)變變壓器的噪聲信號(hào)，使其以電信號(hào)的形式傳輸出來，因此而實(shí)現(xiàn)了噪聲相互抵消的作用。為了使變壓器的噪聲在噪聲發(fā)生器破壞性的干擾下而消失，需要兩種噪聲在振幅相等的條件下實(shí)現(xiàn)。那么，這種噪聲控制系統(tǒng)就要安裝聲音調(diào)節(jié)器、傳感器以及電子控制器，以使噪聲的振幅具有可調(diào)性。這一裝置在郵箱的任何部位都可以安裝。當(dāng)數(shù)字信號(hào)通過控制器專門的聲音設(shè)計(jì)以及振動(dòng)調(diào)節(jié)器而出現(xiàn)的時(shí)候，變壓器郵箱所產(chǎn)生的噪聲就會(huì)在振動(dòng)調(diào)節(jié)器的作用下停止。在100～400赫茲內(nèi)，聲音調(diào)節(jié)器會(huì)出現(xiàn)極為微小的諧振波，對(duì)于消除油箱噪音具有很好的消除作用。

2.運(yùn)用緩沖裝置

選擇合適的防振膠墊放置在磁屏蔽和箱壁之間，并在鐵心墊腳處也墊上防振膠墊。當(dāng)有鐵心振動(dòng)或者磁屏蔽振動(dòng)出現(xiàn)的時(shí)候，傳遞到油箱時(shí)，可將原有連接方式由剛性轉(zhuǎn)為彈性，振動(dòng)被削弱的同時(shí)，共振就會(huì)消失。當(dāng)剛性接觸的時(shí)候，就會(huì)有金屬撞擊而導(dǎo)致噪聲產(chǎn)生，將絕緣層壓木放置在螺桿與受力部件之間，可以防治噪聲產(chǎn)生。

四、結(jié)論

綜上所述，在中國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展的進(jìn)程中，各種能源消耗也在逐漸增大。電力，作為基礎(chǔ)能源，隨著人口的增多而逐漸增加。為了緩解城市的用電難問題，高壓輸電線路被應(yīng)用到城市中，以解決輸變電設(shè)備不斷提升的電壓等級(jí)。然而，大型變壓器的使用造成了城市噪聲污染，那么著力分析變壓器產(chǎn)生噪聲的原因并采取相應(yīng)等等措施控制噪聲成為了重要研究課題。

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