變壓器噪聲的分析研究

王其富

摘 要：本文從變壓器本體及其冷卻系統(tǒng)兩個(gè)方面簡(jiǎn)要分析了變壓器產(chǎn)生噪聲的基本原因，并針對(duì)變壓器產(chǎn)生噪聲的原因及其傳播途徑，提出了幾種降低變壓器噪聲的方法。

關(guān)鍵詞：變壓器；噪聲；降低措施；鐵芯；冷卻系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TM419 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）35-181-2

1 概述

電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。變壓器在電力行業(yè)中作為一個(gè)非常重要的部分，在電力傳輸和分配，能量轉(zhuǎn)換和電能消耗等各個(gè)環(huán)節(jié)起著至關(guān)重要的作用，是電力工業(yè)的重要組成部分，也是保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和國(guó)家安全獲取清潔能源的重要手段，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位。電力設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展和振興，對(duì)提高人民的生活水平，改善人民生活環(huán)境，提高國(guó)家的整體實(shí)力，實(shí)現(xiàn)中華民族的振興將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

近年來，中國(guó)的電力需求迅速增長(zhǎng)，電網(wǎng)的高速建設(shè)和投資拉動(dòng)了輸變電設(shè)備的市場(chǎng)需求。巨大的電力建設(shè)資金給變壓器行業(yè)帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，促進(jìn)變壓器行業(yè)得到了快速發(fā)展。隨著深入的電力工程的發(fā)展，電網(wǎng)升級(jí)速度的加快66kV和220kV輸電線路被引入城市，大型高壓變電站建在城市的郊區(qū)，或直接進(jìn)入城市的住宅和商業(yè)區(qū)。然而，大型變壓器引起的噪聲對(duì)人們的工作和生活產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，這也不符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)部門對(duì)城市環(huán)境的要求。因此，針對(duì)變壓器產(chǎn)生噪聲的原因及傳播途徑，采取科學(xué)、合理、有效的降噪措施，已成為變壓器制造部門和使用部門急需解決的問題，降低變壓器噪聲意義重大。

2 變壓器噪聲分析

變壓器的噪聲分析主要考慮兩個(gè)方面，一是變壓器本體，二是變壓器的冷卻系統(tǒng)。

①變壓器本體方面主要是鐵心勵(lì)磁時(shí)硅鋼片磁滯伸縮引起的鐵芯振動(dòng)。所謂磁滯伸縮，是硅鋼片在勵(lì)磁時(shí)，沿磁力線方向硅鋼片尺寸要增加，而垂直于磁力線方向的尺寸要縮小的變化。磁滯伸縮的大小與很多因素有關(guān)，主要有變壓器的工作磁密和硅鋼片的材質(zhì)；而在相同磁密下，又與芯柱與鐵軛的接縫型式、硅鋼片存在內(nèi)應(yīng)力的大小、鐵芯夾件的夾緊力、鐵芯是否沖孔等因素有關(guān)。

②變壓器冷卻系統(tǒng)的噪聲是由風(fēng)扇和油泵的運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的，風(fēng)扇本身的運(yùn)動(dòng)以及其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的氣流都是產(chǎn)生噪聲的原因，而且一般高于變壓器本體噪聲。

此外，繞組的電動(dòng)力、油箱磁屏蔽的磁滯伸縮等也要產(chǎn)生一些噪聲，與鐵芯產(chǎn)生的噪聲一起構(gòu)成變壓器本體噪聲，由變壓器油箱傳遞給外界，和冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲相疊加，構(gòu)成變壓器的總噪聲。

3 降低變壓器噪聲的方法

3.1 在變壓器設(shè)計(jì)階段降低變壓器噪聲的方法

①在設(shè)計(jì)時(shí)，降低鐵芯磁密，據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)每降低0.1T磁密，可降低變壓器噪聲1-3dB（A），但是降低磁密的同時(shí)，相應(yīng)的變壓器成本也會(huì)增加，所以磁密的選取要在一定的合理范圍內(nèi)。

②在設(shè)計(jì)時(shí)選用高導(dǎo)磁的鐵芯材料，試驗(yàn)證明在相同磁密下，高導(dǎo)磁材料的硅鋼片比普通硅鋼片疊成的鐵芯噪聲要小3-10dB（A），所以在設(shè)計(jì)階段選用冷軋高取向?qū)Т殴桎撈鳛殍F芯材料是減少磁滯伸縮最有效的方法。

③當(dāng)鐵芯的固有頻率接近磁滯伸縮振動(dòng)的頻率時(shí)，鐵芯的共振會(huì)導(dǎo)致變壓器本體噪聲的增加。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要計(jì)算變壓器鐵芯的固有頻率，合理調(diào)整鐵芯的窗口尺寸，使其避開鐵芯的自振頻帶，即鐵芯固有頻率應(yīng)該避開頻帶為75～120Hz、165～235Hz、275～325Hz、365～425Hz之間的范圍。

④設(shè)計(jì)時(shí)合理調(diào)整高、低壓繞組的安匝分布，使繞組的漏磁面積最小，減小繞組軸向力與輻向力對(duì)鐵芯的沖擊。

⑤由于油箱中磁屏蔽的磁滯伸縮也可以引起噪聲，所以在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免采用此種結(jié)構(gòu)。

⑥可在鐵芯和油箱箱底之間用彈簧所產(chǎn)生的彈性連接來代替剛性連接，為了避免共振，要使彈簧的固有頻率大大低于鐵芯的磁滯伸縮振動(dòng)的固有頻率（100HZ）。

⑦在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量采用自冷式散熱系統(tǒng)，而不是吹風(fēng)冷或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻系統(tǒng)，可以消除風(fēng)機(jī)和油泵造成的噪音，大大降低變壓器的整體噪聲。

⑧如果必須使用風(fēng)冷或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻系統(tǒng)，盡可能使用低噪聲風(fēng)機(jī)和油泵，以盡量減少冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的噪音。低噪聲風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，在保證風(fēng)量和壓力要求的情況下，可以通過葉片形態(tài)的改進(jìn)，降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，在風(fēng)扇進(jìn)氣和排氣口安裝消聲裝置等方法實(shí)現(xiàn)；低噪聲油泵設(shè)計(jì)，在保證油流的前提下，從降低油泵轉(zhuǎn)速，減少油泵機(jī)械摩擦，減少油阻力等方面考慮。

3.2 降低變壓器噪聲的工藝措施

①鐵芯疊裝時(shí)采用多級(jí)接縫，試驗(yàn)證明采用多級(jí)接縫比兩級(jí)接縫的鐵芯，噪聲降低3-5 dB（A）。

②避免和減少鐵芯材料在加工、運(yùn)輸、疊裝過程中受到機(jī)械撞擊，否則會(huì)增加鐵芯材料的磁滯伸縮，增大鐵芯的噪聲。

③鐵芯綁扎采用高強(qiáng)度網(wǎng)狀無緯綁扎帶進(jìn)行捆扎、固化。鐵芯夾緊時(shí)，上、下軛夾緊力要盡量均勻，鐵芯夾緊采用板式夾件、拉板和橫梁等構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)，使鐵芯成為一個(gè)牢固的整體，保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度，避免鐵芯產(chǎn)生振動(dòng)。

④鐵芯疊裝完后，在鐵芯端面和接縫處涂聚酯膠和環(huán)氧膠?？梢约哟箬F芯表面的張力，減小鐵芯的磁滯伸縮，也會(huì)起到降低噪聲的作用。

⑤在鐵心墊腳與箱底、箱底與基礎(chǔ)之間分別安裝上減振膠墊，使噪聲通過減振裝置發(fā)生衰減，從傳播路徑上降低變壓器的噪聲，傳播可以有效抑制噪聲和振動(dòng)，值得注意的是，減震橡膠板的選定要有摩擦力大，流動(dòng)性小，變形小，耐油、耐水、耐高溫、抗紫外線，耐老化等特性，適用于一般的軟木橡膠板，鐵芯墊腳與箱底之間也可以用耐油減振橡膠板，一般厚度在20mm之間為宜。

⑥在變壓器加強(qiáng)筋內(nèi)和兩加強(qiáng)筋之間填充玻璃纖維、鐵屑、細(xì)沙等吸聲材料，構(gòu)成半消聲箱。一方面，這種方法可以使用吸聲材料在噪聲傳播的過程中衰減；另一方面，如鐵，沙子等材料比重大，增加變壓器油箱的重量，降低振動(dòng)幅度，從而削弱了變壓器噪聲的傳播，起到了降低噪聲的目的。

⑦在安裝時(shí)變壓器本體底座采用焊縫與基礎(chǔ)固定，變壓器內(nèi)部采用6點(diǎn)剛性定位，箱體及附件均采用焊接和螺栓連接組成了一個(gè)剛度很好的結(jié)構(gòu)，也可以避免變壓器振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。

⑧采用隔聲措施，在變壓器安裝現(xiàn)場(chǎng)安裝隔聲墻，來阻止聲音的傳播，從而降低變壓器的噪聲對(duì)居民環(huán)境的影響。

4 結(jié)語

總之，變壓器產(chǎn)生噪聲的原因是多方面的，其噪聲的降低應(yīng)該在鐵芯、冷卻裝置及傳播路徑等方面綜合研究分析，只有將上述各方面配合起來，那樣才可以用最小的代價(jià)來最大限度的降低噪聲。節(jié)能、環(huán)保是變壓器研發(fā)的永恒課題。目前，我國(guó)的變壓器技術(shù)水平與國(guó)家環(huán)保的要求還有一定的差距，我們要把變壓器的噪聲水平與它的電氣性能、溫度特性、機(jī)械特性一樣，作為變壓器的重要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行考核與研究，只有在噪聲方面不斷的深入研究，同時(shí)把環(huán)保的要求、計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)等新技術(shù)引入并進(jìn)而發(fā)展，才會(huì)使未來的變壓器日趨完美，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的雙重功效。

參 考 文 獻(xiàn)

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