非晶合金變壓器降低噪音方法

馮立濤

(天津市特變電工變壓器有限公司，天津 300308)

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非晶合金變壓器降低噪音方法

馮立濤

(天津市特變電工變壓器有限公司，天津 300308)

本文介紹了非晶合金變壓器的特點(diǎn)及噪音類型，分析了變壓器空載噪音產(chǎn)生的原因及因素，并提出了降低噪音的有效措施。

非晶合金變壓器；降低噪音方法；噪音類型

我國不僅是全球能源消費(fèi)增長(zhǎng)速度最快的國家，也是全球能源應(yīng)用最為緊缺的國家。正因如此，如何構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)已經(jīng)成為現(xiàn)今促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必要前提條件。為了能夠進(jìn)一步響應(yīng)國家的政策號(hào)召，做好生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，非晶合金變壓器已經(jīng)被國家發(fā)改委列入到重點(diǎn)推廣的節(jié)電產(chǎn)品之中。如今，電力行業(yè)大量采用非晶合金變壓器，既可緩解我國電力緊張的局面，還會(huì)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 非晶合金變壓器發(fā)展現(xiàn)狀

非晶合金是以鐵、硅、硼、鈷、碳等元素作為原料，并使用急速冷卻工藝、高速旋轉(zhuǎn)工藝，從而使內(nèi)部的原子能夠呈現(xiàn)出無序化排列的一種非晶體結(jié)構(gòu)合金，可以說其是一種全新的節(jié)能材料。因此，使用非晶合金作為制造變壓器的帶材，變壓器的空載損耗和空載電流非常低。一般來講，常見的非晶合金帶材主要包括: 鐵基、鐵鎳基、鈷基這三大類，而其中鐵基非晶合金則常常被應(yīng)用在非晶合金變壓器之上，這是因?yàn)榉蔷Ш辖鸩淮嬖诰Ц窈途Ы纾云浔旧淼拇呕β瘦^小，而且，非晶合金的厚度為0.02～0.03 mm(是硅鋼片的1/10左右)，電阻率卻較高，也就大大降低了渦流損耗，其單位損耗僅是硅鋼片損耗的20%～30%。

鐵心的磁致伸縮是產(chǎn)生變壓器噪音的最主要來源，而非晶合金材料又對(duì)機(jī)械應(yīng)力十分敏感，所以無論是張應(yīng)力還是彎曲應(yīng)力都會(huì)對(duì)磁性能產(chǎn)生影響，所以，如何減少鐵心受力儼然已經(jīng)成為變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在。此外，與硅鋼片相比非晶合金的磁致伸縮程度要高出10%左右，因此，對(duì)比同容量的硅鋼片鐵心變壓器，非晶合金鐵心變壓器的噪聲要高出一些。而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10088-2004中對(duì)于變壓器噪音有著明確的規(guī)定，即非晶合金鐵心變壓器的聲級(jí)限值由制造單位與用戶共同協(xié)商后再進(jìn)行確定。也正因如此，我國目前仍沒有對(duì)非晶合金變壓器的噪音有明確的規(guī)定，僅僅是根據(jù)市場(chǎng)的實(shí)際需求以及客戶的反饋需求進(jìn)行分析，應(yīng)該將2 500 kVA以下的非晶合金干式變壓器的聲壓級(jí)控制在65 dB(A)以內(nèi)。而如若利用現(xiàn)有技術(shù)，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)非晶合金干式變壓器結(jié)構(gòu)，就可以將非晶合金干式變壓器的噪音合理控制在理想范圍內(nèi)。

2 噪音產(chǎn)生的原因

A.如若變壓器的實(shí)際額定工作磁通密度能夠保持在1.5T～1.8T以內(nèi)，那么由變壓器漏磁所引起的繞組振動(dòng)噪音以及由繞組負(fù)載電流而產(chǎn)生的漏磁振動(dòng)與磁致伸縮引起的鐵心振動(dòng)相比非常小。B.當(dāng)干式變壓器采用強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)，其冷卻裝置在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生噪音，相應(yīng)的冷卻裝置附件也會(huì)產(chǎn)生噪音，這與變壓器本體的噪音機(jī)理相同，都是由其振動(dòng)產(chǎn)生的。C.鐵心噪音硅鋼片的接縫處與疊片之間受到電磁作用而造成電磁吸引，進(jìn)而引發(fā)鐵心發(fā)生振動(dòng)。

非晶合金的磁致伸縮程度比硅鋼片高約10%，片厚較硅鋼片薄，即同磁密時(shí)，非晶合金比硅鋼片產(chǎn)生的振動(dòng)大，此振動(dòng)一方面向外界輻射聲波，另一方面帶動(dòng)與其連接的其他零部件一起振動(dòng)，向外輻射聲波。

3 降低噪音的方法

A.降低磁通密度或采用磁致伸縮小的優(yōu)質(zhì)鐵芯片。磁通密度是影響非晶合金干式變壓器噪音最為重要的一個(gè)因素。一般來講，當(dāng)非晶合金材料的實(shí)際飽和磁密在1.5 T左右時(shí)，冷軋硅鋼片的飽和磁密就要保持在2.0 T左右。所以，為了能夠確保非晶合金材料的磁致伸縮與冷軋硅鋼片的鐵心相似，那么就必須要確保非晶合金干式變壓器所選取的工作磁密不能高于冷軋硅鋼片的工作磁密，在增大非晶合金鐵心截面的時(shí)候，鐵心質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)的被增加，而根據(jù)目前變壓器企業(yè)的實(shí)際制造經(jīng)驗(yàn)以及試驗(yàn)結(jié)果顯示，非晶合金干式變壓器的最佳工作磁密應(yīng)在1.25 T以下，但具體情況還需視自身的實(shí)際工藝水平而定。由于鐵心片的磁致伸縮是產(chǎn)生變壓器噪音的主要原因，可采用優(yōu)質(zhì)的磁致伸縮較小的磁鐵心片。該片提高了晶粒取向完整度，改善了絕緣涂層，增強(qiáng)了涂層的抗張力，降低了磁致伸縮，在同一工作磁密下，與普通磁鐵心片相比，變壓器噪聲可降低3 dB(A)～4 dB(A)。

B.進(jìn)一步降低非晶合金鐵心的磁化容量。非晶合金的單位：磁化容量與單位損耗，其二者之間存在著某種制約關(guān)系，所以，要想降低單位磁化容量，就必須提高變壓器制造企業(yè)的實(shí)際工藝水平。在實(shí)際的生產(chǎn)制造過程中，當(dāng)裝配鐵心框與繞組時(shí)因需要打開鐵軛接縫、套裝繞組并合上接縫，而這些操作恰恰會(huì)使得鐵心受力，進(jìn)一步加大鐵心的損耗與噪聲。所以，此時(shí)應(yīng)合理控制工藝系數(shù)，1.05～1.25之間都是較為合理的工藝系數(shù)。引發(fā)非晶合金變壓器噪音的因素眾多，而鐵心與繞組的實(shí)際結(jié)合方式，操作人員的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)水平，鐵心本身接縫大小都是其中最為常見的原因。要想使單位磁化容量降低，就必須選擇較高的單位損耗，從而使得變壓器能夠在空載情況下滿足實(shí)際要求，并且能夠轉(zhuǎn)化多余的損耗性能，使其生成磁化性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減小噪音的最終目的。

C.進(jìn)一步優(yōu)化非晶合金干式變壓器的結(jié)構(gòu)尺寸。一般來講，正是因?yàn)榉蔷Ш辖鸶墒阶儔浩鞔嬖谥?dú)特的振動(dòng)模態(tài)與聲學(xué)模態(tài)，因此，可以充分利用相關(guān)軟件，對(duì)振動(dòng)模態(tài)、聲學(xué)模態(tài)的頻率進(jìn)行計(jì)算，并且在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中對(duì)這些模態(tài)頻率進(jìn)行有意識(shí)的規(guī)避，使其能夠與變壓器本身的激勵(lì)源頻率錯(cuò)開，進(jìn)而降低振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為輻射聲能的幾率。

D.改變傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。正是因?yàn)榉蔷Ш辖鸬拇嘈暂^大且機(jī)械應(yīng)力十分敏感，所以在實(shí)際生產(chǎn)制造過程中，任何壓、拉、彎、打等流程所產(chǎn)生的應(yīng)力，都會(huì)對(duì)其磁性能帶來巨大的影響，尤其是這些施加到鐵心之上的應(yīng)力還會(huì)大大加劇非晶合金干式變壓器在空載狀態(tài)下的損耗，并加劇20%～200%的噪音。所以，在對(duì)非晶合金干式變壓器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用緊固措施，以此降低鐵心的受力情況；在主支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，格外避免采用鐵心結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)制造的整個(gè)過程中，減輕鐵心受力，做到輕拿輕放；框架設(shè)計(jì)上，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑６龋匾獣r(shí)也可以在框架與鐵心之間加墊減振吸聲材料。

E.強(qiáng)化工藝控制。非晶合金鐵心接縫質(zhì)量會(huì)直接受到裝配方式的影響，在生產(chǎn)制造過程中常用的裝配方式主要有以下兩種：第一，倒裝式。先將鐵心接縫朝上，打開接縫套裝繞組后合上，之后器身再翻轉(zhuǎn)180°。第二，平裝式。先將鐵心平放在專用設(shè)備之上，后套裝繞再合攏起立。這兩種裝配方式相比，平裝式更優(yōu)于倒裝式。進(jìn)一步改善非晶合金鐵心開口處接縫，因?yàn)殍F心接縫經(jīng)過改善與縮小，其接縫處的磁通不僅會(huì)分布得更加均勻，其氣隙內(nèi)的磁密也會(huì)被大大降低，進(jìn)而使得接縫處磁吸力噪音逐步減少。此外，接縫的減小也能夠有效降低振幅，減小變壓器的勵(lì)磁容量和勵(lì)磁電流，降低聲功率幅度。鐵心的制造工藝以及自身結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)噪音產(chǎn)生一定的影響。所以，可以將有環(huán)氧樹脂涂覆在非晶合金鐵心表面，也可以加消聲墊于鐵心和器身之上。

F.增加振動(dòng)阻尼。在非晶合金變壓器外殼加設(shè)隔音板，用絕緣帶綁扎非晶合金鐵心的最大振動(dòng)點(diǎn)，再對(duì)非晶合金鐵心進(jìn)行整體綁扎，非晶合金鐵心底部依次鋪設(shè)泡沫材料和硅橡膠墊，這樣可以增大振動(dòng)(包括聲音振動(dòng))途徑中的阻尼，將振動(dòng)消耗在傳播途徑上。

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Method of amorphous alloy transformer to reduce noise

FENG Li-tao

(Tianjin TBEA Transformer Co., Ltd., Tianjin 300308, China)

This paper introduces the characteristics and noise types of amorphous alloy transformers, analyzes the causes and factors of no-load noise of transformers, and puts forward the effective measures to reduce noise.

Amorphous alloy transformer; Noise reduction method; Noise type

2016-12-17

馮立濤(1972-)，男，本科，助理工程師。

TM41

B

1674-8646(2017)04-0136-02