電力變壓器有源降噪的關(guān)鍵技術(shù)研究

江啟紅（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司宿松縣供電公司，安徽省 宿松縣 246500）

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電力變壓器有源降噪的關(guān)鍵技術(shù)研究

江啟紅（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司宿松縣供電公司，安徽省 宿松縣 246500）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，現(xiàn)代人類(lèi)對(duì)于生活質(zhì)量提出了更多的要求，噪音污染作為環(huán)境污染的一部分，對(duì)于人們的日常生活已經(jīng)身體健康有很大的危害，作為噪音污染的組成部分，電力變壓器愛(ài)低頻噪音污染給周邊居民的生活帶來(lái)了很大的影響，本文從這個(gè)背景出發(fā)，首先以電力變壓器噪音為研究對(duì)象，對(duì)電力變壓器噪音的產(chǎn)生原因盡心了分析，然后在此基礎(chǔ)上對(duì)電力變壓器有源降噪關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析介紹。

電力變壓器；有源降噪；關(guān)鍵技術(shù)

噪音污染是現(xiàn)階段全球環(huán)境污染的三大公害一直，隨著電力行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，電力行業(yè)噪音污染對(duì)人們生活以及身體健康造成了很大的困擾，隨著人們生活水平的提高和對(duì)生活質(zhì)量的要求的提升，噪音污染逐漸的開(kāi)始被各界廣泛的關(guān)注。電力行業(yè)的發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)十分突出，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，近些年來(lái)發(fā)展迅速，但是隨之而來(lái)的是電力行業(yè)噪音污染問(wèn)題，電力變壓器噪音污染受到了越來(lái)越多的關(guān)注，電力變壓降噪措施主要有兩種形式，分別是無(wú)緣降噪和有源降噪，本文主要是針對(duì)電力變壓器有源降噪關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析介紹。

1　電力變壓器噪音產(chǎn)生

電力變壓器產(chǎn)生的噪音主要是由于本體和冷卻系統(tǒng)兩個(gè)部分造成的，以下對(duì)電力變壓器本體以及冷卻系統(tǒng)噪音產(chǎn)生的主要原因進(jìn)行具體分析：

（1）由于變壓器磁致伸縮效應(yīng)的影響，變壓器鐵芯硅鋼片會(huì)出現(xiàn)不同程度的震動(dòng)，在震動(dòng)的過(guò)程中發(fā)出噪音；

（2）變壓器鐵芯硅鋼片接風(fēng)為之和疊片之間因?yàn)榇嬖诼┐努F(xiàn)象，而漏磁現(xiàn)象形成的電磁吸引力會(huì)導(dǎo)致鐵芯振動(dòng)發(fā)出噪音；

（3）如果變壓器繞組中出現(xiàn)大量的負(fù)載電流通過(guò)，那么負(fù)載電流在通過(guò)的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象，進(jìn)而引起線(xiàn)圈和儲(chǔ)油箱壁振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪音；

（4）變壓器冷卻系統(tǒng)中風(fēng)扇和油泵在變壓器運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)噪音；

（5）變壓器本身在運(yùn)行的過(guò)程中無(wú)法避免的會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，在振動(dòng)的過(guò)程中通過(guò)絕緣油、套管接頭以及其他設(shè)備零件將振動(dòng)效果傳遞給冷卻裝置，進(jìn)而會(huì)加劇冷卻裝置的振動(dòng)頻率，產(chǎn)生更大的噪音污染；

（6）鐵芯在加熱之后，諧振頻率和機(jī)械應(yīng)力都會(huì)發(fā)生不同程度的變化，在這個(gè)過(guò)程中，噪音會(huì)隨之溫度的上升而逐漸加大；

（7）電力變壓器運(yùn)行周?chē)h(huán)境會(huì)對(duì)噪音有不同程度的影響，例如變壓器周?chē)ㄖ镆约皦Ρ诰嚯x等，都會(huì)對(duì)噪音有很大的影響。

所以從上面的變壓器噪音產(chǎn)生機(jī)制可以看出，變壓器噪音產(chǎn)生的主要原因是鐵芯、繞組以及油箱壁的振動(dòng)。同時(shí)鐵芯噪音是最主要的組成部分，通常情況下變壓器鐵芯噪音頻率變化區(qū)間保持在100～400Hz，同時(shí)如果變壓器的定容量越大，那么鐵芯噪音中基頻分量噪聲所占的比重也就越大，倍頻和高頻分量所占的比重就會(huì)減少，所以說(shuō)電力變壓器的容量不同所產(chǎn)生的鐵芯噪音大小也會(huì)不同。

2　電力變壓器有源降噪系統(tǒng)

首先需要模擬電力變壓器聲源，以此來(lái)預(yù)測(cè)變電站周?chē)穆晥?chǎng)狀況，變壓器點(diǎn)生源發(fā)出的噪音聲波通常是以球面波的形式進(jìn)行空間傳播，而球面波在兩種介質(zhì)分界面上的發(fā)射和折射能夠通過(guò)計(jì)算得出，所以變壓器尺寸在小于測(cè)量點(diǎn)到變壓器距離的情況下，點(diǎn)聲源模型就會(huì)產(chǎn)生很好的效果，圖1顯示的就是變壓器噪音輻射預(yù)測(cè)模型。

圖1　變壓器噪音輻射預(yù)測(cè)模型

從圖1來(lái)看，變壓器上下表面的噪音輻射對(duì)整體噪音輻射水平的影響實(shí)際上很小，實(shí)際的噪音可以看做是變壓器四個(gè)面振動(dòng)現(xiàn)象所產(chǎn)生的，所以根據(jù)亥姆霍茲積分計(jì)算公式：

同時(shí)選擇一臺(tái)變壓器進(jìn)行噪聲模型研究，首先在變壓器外殼選擇200個(gè)左右的測(cè)量點(diǎn)，在保證變壓器正常運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)基頻狀態(tài)下振動(dòng)法向加速度進(jìn)行測(cè)量，然后計(jì)算積分求和，通過(guò)這種方法計(jì)算出來(lái)的噪音輻射和實(shí)際聲場(chǎng)噪音分布狀況的誤差非常小，通常情況下實(shí)際測(cè)量的數(shù)值比計(jì)算數(shù)值要小10dB以上，同時(shí)頻率越高產(chǎn)生的數(shù)值誤差也會(huì)越大。通過(guò)對(duì)變壓器不同位置噪音輻射實(shí)際測(cè)量和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)數(shù)值比實(shí)際測(cè)量的數(shù)值要偏大，但是當(dāng)噪聲達(dá)到200Hz以上的時(shí)候，誤差會(huì)有所增加。

電力變壓器有源降噪的主要目的是為了讓空間中殘留的噪音信號(hào)最小化，也就是讓空間聲能達(dá)到最小數(shù)值。通常在一定條件下，空間聲能最小值和空間聲勢(shì)能最小值相同，所以可以將一個(gè)封閉空間中總的聲勢(shì)能定義為A，A在達(dá)到最小值的時(shí)候就是有源降噪的消聲標(biāo)準(zhǔn)，具體的公式如下：

式中：Ap就是平均聲勢(shì)能；計(jì)算方便實(shí)際噪音測(cè)量，符合實(shí)際工程的需求，所以針對(duì)封閉空間有緣降噪的實(shí)際過(guò)程，可以通過(guò)一系列次級(jí)聲源的引入來(lái)使封閉空間的聲勢(shì)能達(dá)到最小化，然后按照上面的公式進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)在進(jìn)行電力變壓器低頻噪聲控制的過(guò)程中，基頻和四次以下的變壓器噪音是主要研究方向。

其次電力變壓器有源降噪系統(tǒng)的基本工作原理：需要對(duì)變壓器噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)收集，同時(shí)配合傳感器將噪聲轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給有源降噪系統(tǒng)，然后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)噪聲驅(qū)動(dòng)變化把噪聲源發(fā)出和變壓器噪聲相同的頻率值以及相位相反的信號(hào)，通過(guò)這種轉(zhuǎn)換來(lái)抵消大量的變壓器噪音，當(dāng)然通常情況下使用的有源降噪技術(shù)僅僅是針對(duì)變壓器噪音中存在的基頻和不同次數(shù)的噪聲分量。

3　電力變壓器有源降噪技術(shù)優(yōu)化

本文對(duì)于電力變壓器有源降噪技術(shù)優(yōu)化模型主要介紹半球聲源模型單頻率有源降噪次級(jí)聲源優(yōu)化模型：

電力變壓器在體積相對(duì)較小的情況下，變壓器本體結(jié)構(gòu)對(duì)于有源降噪的實(shí)際效果影響并不是很明顯，所以為了更好地提升有源降噪的實(shí)際效果，可以采用半球聲源模型，這種情況下的噪音輻射次級(jí)聲源使用點(diǎn)聲源模型，具體的噪音輻射聲壓公式如下：C0

式中：ρ0是空氣的密度；

c0是聲音在空氣中的實(shí)際傳播速度；

Q是變壓器噪音點(diǎn)生源的強(qiáng)度。

根據(jù)相應(yīng)的聲相干原理，次級(jí)聲源和初級(jí)聲源在某一誤差傳感器位置會(huì)出現(xiàn)的聲壓疊加，同時(shí)為了能夠?qū)崿F(xiàn)有源降噪的最終目的，需要保證每一個(gè)誤差傳感器位置的聲壓都盡可能的取最小值，文章為了方便計(jì)算，將傳感器的誤差參數(shù)設(shè)置完全相同的傳感器，將目標(biāo)函數(shù)定義為變壓器所有誤差傳感器位置聲壓，具體計(jì)算公式如下：

式中：M是誤差傳感器的數(shù)量，從上面的噪音輻射聲壓計(jì)算公式可以看出，如果次級(jí)聲源正好能夠抵消初級(jí)聲源，W就能夠得到最小值，所以最終變壓器有源降噪的效果主要取決于次級(jí)聲源能夠抵消初級(jí)聲源的實(shí)際程度，所以有源降噪的最終效果就是次級(jí)聲源的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果。

4　結(jié)論

隨著近些年用電量的不斷增加，電力變壓器數(shù)量不斷增加，文章通過(guò)對(duì)電力變壓器有源降噪技術(shù)介紹分析，最終得出以下結(jié)論：

（1）電力變壓器的本體噪音主要集中在低頻范圍，所以變壓器本體噪音屬于低頻噪音，通常情況下以100Hz位基頻，所以變壓器本體噪音在基頻100Hz以及整數(shù)倍頻率出的噪音數(shù)值最大，通過(guò)對(duì)變壓器聲壓級(jí)數(shù)的分析能夠得出低頻噪音數(shù)值通常保持在50～60dB，因?yàn)樵胍舨ㄐ蜗鄬?duì)穩(wěn)定，所以有利于有源降噪的實(shí)現(xiàn)；

（2）有源降噪距離變壓器的位置距離也會(huì)影響降噪效果，文章通過(guò)對(duì)半球聲源模型的簡(jiǎn)單介紹，針對(duì)100Hz頻率的本體噪音進(jìn)行分析研究，最終得出變壓器有源降噪的效果主要取決于次級(jí)聲源能夠抵消初級(jí)聲源的實(shí)際程度，所以有源降噪的最終效果就是次級(jí)聲源的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果。

（3）電力變壓器有源降噪需要考慮兩個(gè)重要問(wèn)題，分別是本體噪音和冷卻系統(tǒng)噪音，文章主要介紹的是針對(duì)本體噪音的有源降噪，同時(shí)變壓器噪音產(chǎn)生的主要原因是鐵芯、繞組以及油箱壁的振動(dòng)，鐵芯噪音是最主要的組成部分，通常情況下變壓器鐵芯噪音頻率變化會(huì)隨著變壓器的定容量的增加而變大。

［1］鄧珺，楊向宇，龍巍.變壓器的降噪技術(shù)［J］.變壓器，2013.

［2］劉姜濤，劉震宇，李 靖.基于廣義FIR濾波器的電力設(shè)備有源噪聲控制［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2012.

［3］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，2013.

［4］楊洋.噪聲源識(shí)別與分離算法研究［D］.東北師范大學(xué)，2013.

［5］劉姜濤.電力變壓器有源降噪的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.武漢大學(xué)，2012.

2016-6-1

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2095-2066（2016）17-0049-02