油浸式電力變壓器降噪措施

李　猛，謝慶峰，龔宜祥，彭明聰，曹枚根，黃松嶺

（1.常州西電變壓器有限責任公司，江蘇常州213022；2.清華大學(xué)電機系電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京100084）

油浸式電力變壓器降噪措施

李猛1，謝慶峰1，龔宜祥1，彭明聰2，曹枚根2，黃松嶺2

（1.常州西電變壓器有限責任公司，江蘇常州213022；2.清華大學(xué)電機系電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京100084）

由于變壓器噪聲污染越來越嚴重，降低變壓器噪聲迫在眉睫。從理論上闡述了降低油浸式電力變壓器噪聲的方法，采用一種降低變壓器噪聲有效的措施—在器身與油箱剛性連接處安裝金屬橡膠墊，并在變壓器振動和噪聲試驗的基礎(chǔ)上驗證其效果，為不同類型變壓器降噪提供有益參考，并為分析新的降噪方法提供理論依據(jù)。

變壓器噪聲；金屬橡膠墊；振動和噪聲試驗

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.031

0　引言

近年來，由于城市用電量大幅增長，城市用電負荷密度越來越高，越來越多的變電所建于商業(yè)區(qū)和居民區(qū)內(nèi)，于是變壓器噪聲問題就變得十分突出。變壓器的噪聲不但污染環(huán)境，危害人類身體健康，影響設(shè)備正常運行，帶來了很多社會效益及經(jīng)濟效益的損失。因此，對變壓器噪聲更嚴格限制已成為一種現(xiàn)實要求，變壓器噪聲水平的高低，也成為了衡量變壓器生產(chǎn)廠家設(shè)計和制造水平的重要指標。

目前國內(nèi)外對于變壓器降噪理論方面研究很多，文獻［1-3］闡述了可能降低變壓器噪聲的各種方案，但都沒有在實踐中驗證其效果。實踐方面，對鐵芯工藝改進、繞組壓緊力的合理分配［4］等也有不同程度的研究，但這些通過控制變壓器噪聲源來降低噪聲是有限的，并且代價較高。本文通過對110 kV變壓器結(jié)構(gòu)分析以及振動和噪聲控制［5］積累的經(jīng)驗，從噪聲的傳播路徑考慮，實際可行性和經(jīng)濟性角度出發(fā)，采用器身隔振措施，即在變壓器器身與下油箱的剛性連接處安裝金屬橡膠墊。在試驗的基礎(chǔ)上驗證其效果，通過這種方案為今后分析新的降噪方法提供理論依據(jù)。

金屬橡膠是一種多孔的功能性結(jié)構(gòu)阻尼材料，是由不銹鋼金屬絲經(jīng)過選絲、燒絲、拉伸、毛坯編織和模壓成型、清洗等過程制作而成。因其宏觀上具有類似橡膠的大分子結(jié)構(gòu)和彈性，又是全金屬制品，因此稱為“金屬橡膠”。

1　結(jié)構(gòu)減振降噪思路

綜合國內(nèi)外有關(guān)資料，降低變壓器噪聲主要有三個有效途徑［6-9］，即采用變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部結(jié)構(gòu)降噪措施及隔音措施。

1.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進

內(nèi)部降噪措施主要是降低鐵芯的振動及控制振動的傳播輻射，包括：（1）使用高導(dǎo)磁硅鋼片。降低變壓器鐵芯的磁通密度；磁通密度每降低0.1 T，可使變壓器的噪聲降低2～3 dB；（2）改進變壓器鐵芯的制造工藝，選取有利的鐵芯物理參數(shù)；（3）切斷向外界傳播的途徑，在器身與油箱的接合處加隔振膠墊。

1.2外部結(jié)構(gòu)的改進

（1）改進變壓器油箱的結(jié)構(gòu)，如加厚油箱壁，增加油箱加強筋的數(shù)目；（2）把變壓器的風(fēng)冷卻方式改為自冷卻方式；（3）在變壓器油箱與基礎(chǔ)之間加緩沖器，如防振膠墊或彈簧；（4）在變壓器油箱與散熱器、儲油柜、有載開關(guān)操作箱、氣體繼電器套路之間，低壓套管與母線排或電纜之間，采用彈性連接，以減少變壓器的共振。

1.3隔音

（1）采用隔音油箱；（2）建隔音墻；（3）建隔音室。

結(jié)合上述降低變壓器噪聲措施，采用在器身與油箱接合處加隔振膠墊的方式。將器身與油箱接合處由剛性連接變?yōu)閺椥赃B接，最大限度上減少振動向箱壁的傳遞。

2　金屬橡膠隔振設(shè)計

變壓器、電抗器隔振設(shè)計［10-11］時，可將變壓器、電抗器簡化等效為單質(zhì)點模型（圖1），基礎(chǔ)或樓板加速度與油箱底部加速度之比叫隔振衰減系數(shù)（Ta），用式（1）表示：

式（1）中aori為變壓器、電抗器油箱底部的振動加速度；atran為變壓器、電抗器基礎(chǔ)或樓板的振動加速度；λ為油箱振動頻率ω與隔振系統(tǒng)固有頻率ωn之比；ξ為隔振系統(tǒng)有效阻尼比。

本文以110 kV油浸式電力變壓器作為研究對象，110 kV變壓器激勵源基頻為100 Hz；振源重量（器身）：37.5噸；頻率比λ>5；振動衰減率Ra>98%，即隔振衰減系數(shù)應(yīng)小于0.02。

圖1　隔振系統(tǒng)分析模型

圖2　隔振衰減系數(shù)T隨頻率比λ和阻尼比ξ的變化關(guān)系曲線

根據(jù)以上分析，金屬橡膠基本性能參數(shù)設(shè)置為：

單件尺寸規(guī)格：?180±0.5（mm）；厚度：35±0.5（mm）；額定承載力：3～5 t/個；額定承載變形：小于2 mm；豎向剛度：22～30 kN/mm。

3　變壓器噪聲試驗

3.1試驗地點和時間

試驗地點選在生產(chǎn)車間內(nèi)大廳，大廳比較空曠，每個墻壁面上都安裝了吸聲板，如圖3所示。

為了減少工廠生產(chǎn)對變壓器的影響，選擇在晚上（16∶00-23∶00）進行測試。

圖3　試驗內(nèi)大廳

3.2試驗儀器

試驗儀器選型如表1所示。

表1　R試驗儀器選型表

3.3聲壓測點布置

A面聲級測點：1#、3#、4#、5#、6#、8#；B面聲級測點：11#、12#；

C面聲級測點：15#、17#、18#、19#、20#、22#；

D面聲級測點：25#、26#。

3.4聲強測點布置

聲強測點記為A1，B2，C3，D4。

噪聲測點試驗現(xiàn)場布置如圖6所示。

臺面高度：70 cm；聲級計和聲強計實際高度：130 cm。

3.5試驗步驟

在變壓器器身與下油箱剛性連接處放置9個金屬橡膠支座，如圖7所示，在兩個定位銷之間的墊板上三等分的放置。

圖4　聲壓測點布置圖

圖5　聲強測點布置圖

圖6　噪聲測點試驗現(xiàn)場布置圖

圖7　金屬橡膠支座布置圖

變壓器噪聲試驗分為無任何減振措施和器身隔振措施，兩者進行比較。本試驗測試將以電力變壓器第10部分：聲級測定《GB/T 1094.10-2003》為參考標準，進行變壓器100%空載電壓噪聲測量，測量變壓器箱壁外1 m，變壓器1/3高度的輻射噪聲。

3.6試驗數(shù)據(jù)以及分析

（1）通過計算得到100%空載電壓下16個聲壓測點的平均聲壓級值，如表2所示。

表2　R平均聲壓級值

（2）100%空載電壓下各測點聲強級值，如表3所示。

表3　R各測點聲強級值

（3）由以上數(shù)據(jù)可知，器身隔振措施減小了變壓器的輻射噪聲。由于聲強受環(huán)境因素影響小，從聲強級值可以看出，器身隔振措施下各個面的聲強級值明顯減小，幅度在2～9 dB之間，B面聲強差值達到9 dB，降噪效果可觀。

4　結(jié)論

本文采用了器身隔振的降噪措施，在變壓器器身與下油箱剛性連接處放置金屬橡膠墊。通過設(shè)計合適的金屬橡膠尺寸和豎向剛度，進行110 kV變壓器100%空載電壓工況下噪聲測量，變壓器噪聲試驗驗證了器身隔振措施能夠降低變壓器箱壁外的輻射噪聲，從傳播路徑上抑制噪聲是一種有效的方式。

［1］Foster S.L。，Reiplinger E.Characteristics and control of transformer sound［J］.IEEE Transactions on Power Ap?paratus and Systems，1981，100（3）：1072-1077.

［2］董志剛.變壓器的噪聲［J］.變壓器，1995，1（3）：3-35.

［3］王和忠，季小龍.油浸式電力變壓器的噪聲源及降噪對策［J］.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，13（1）：37-40.

［4］王和忠.淺談低噪聲變壓器的設(shè)計與工藝［J］.變壓器，2007，44（6）：4-6.

［5］余尤好，陳寶志.大型電力變壓器的噪聲分析與控制［J］.變壓器，2007，44（6）：23-26.

［6］姜在秀.變壓器的噪聲與振動控制［M］.北京：水利電力出版社，2001.

［7］李友山.110 kV油浸式變壓器的噪聲控制［J］.機電工程技術(shù)，2002，31（4）：55-56.

［8］劉文娟.淺談長圓形鐵芯油浸式變壓器的優(yōu)缺點［J］.機電工程技術(shù)，2014（3）：78-80.

［9］奚曉勤.變壓器噪聲產(chǎn)生的原因及降低噪聲的措施［J］.華東電力，2012，4（40）：5-6.

［10］遲旭.金屬橡膠阻尼器隔振性能理論及實驗研究［D］.大慶：東北石油大學(xué)，2011.

［11］劉文光，三山剛史，孟德民，等.橡膠隔振支座豎向剛度簡化計算法［J］.地震工程與工程振動，2001，21（4）：11-116.

（編輯：向飛）

The Noise Reduction Measure of Oil-Immersed Power Transformer

LI Meng1，XIE Qing-feng1，GONG Yi-xiang1，PENG Ming-cong2，CAO Mei-gen2，HUANG Song-ling2
（1.Changzhou Xidian Transformer Limited Liability Company，Changzhou213022，China；2.State Key Laboratory of Power System，Department of Electrical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

The noise pollution of transformer has become increasingly serious，so reducing transformer noise is imminent.This paper theoretically elaborates the oil-immersed power transformer noise reduction methods，adopting an effective measure of reducing transformer noise-installing metal rubber on the rigid joint of the body and the oil tank，and validating its effect on the basis of vibration and noise test of the transformer.It provides benefit reference for noise reduction of different types of transformer and which could help analyze new way to noise reduction.

transformer noise；metal rubber；vibration and noise test

TB533

A

1009-9492（2015）01-0112-04

2014-08-04

李猛，男，1974年生，江蘇常州人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：變壓器技術(shù)。