干式變壓器噪聲來源及其降噪方式

孫召儒

摘 要：干式變壓器在運(yùn)行過程中，容易產(chǎn)生噪聲，因此需要改善與控制。本文分析了干式變壓器噪聲產(chǎn)生的主要原因，同時(shí)提供了使用單取向高導(dǎo)磁硅鋼片、降低鐵芯額定工作磁密兩種方式，以降低干式變壓器所形成的噪聲，控制噪聲污染。

關(guān)鍵詞：干式變壓器；噪聲來源；改善措施

中圖分類號(hào)：TM412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.干式變壓器噪聲的主要來源

1.1 變壓器自身聲音

干式變壓器在運(yùn)行過程中，硅鋼片磁致伸縮導(dǎo)致鐵芯出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。除硅鋼片自身問題之外，硅鋼片接縫部分同疊片容易出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象，可能會(huì)引發(fā)鐵芯振動(dòng)或是繞組振動(dòng)的現(xiàn)象。如此一來，便會(huì)形成噪聲。所以干式變壓器一旦啟動(dòng)、運(yùn)行，便會(huì)形成噪聲。

硅鋼片導(dǎo)磁之后，自身尺寸便會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的變化，沿磁力線方向或方向與之平行的硅鋼片出現(xiàn)尺寸擴(kuò)大的現(xiàn)象，而垂直于磁力線方向的硅鋼片則出現(xiàn)尺寸縮小的現(xiàn)象。當(dāng)磁場(chǎng)消失之后，其尺寸恢復(fù)為初始狀態(tài)。這一變化稱之為磁致伸縮現(xiàn)象。出現(xiàn)磁致伸縮現(xiàn)象之后，磁鐵芯便會(huì)伴隨著勵(lì)磁頻率轉(zhuǎn)化為振動(dòng)，因?yàn)榇胖律炜s的變化周期僅為電源頻率周期的一半，所以，磁致伸縮引發(fā)的電力變壓器自身振動(dòng)，是將電源頻率的2倍作為基頻率。所以，硅鋼片出現(xiàn)振動(dòng)的主要原因是因鐵磁材料發(fā)生磁致伸縮現(xiàn)象。由于鐵芯磁致伸縮現(xiàn)象具有非線性的特點(diǎn)，且依鐵芯內(nèi)框與外框的磁通路徑長(zhǎng)短存在差異，所以鐵芯噪聲當(dāng)中不僅含有基頻率，同時(shí)還包含高次諧波頻譜的噪聲。磁致伸縮現(xiàn)象會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)在各個(gè)硅鋼片中。且由于硅鋼片的伸縮不規(guī)律，對(duì)周圍的硅鋼片也會(huì)造成影響，磁致伸縮產(chǎn)生的噪音，會(huì)增加硅鋼片橫向振幅，從而產(chǎn)生了高頻噪聲，成為影響干式變壓器噪聲的主要因素之一，一定程度上也決定了干式變壓器噪聲的大小。

1.2 三相負(fù)載平衡

干式變壓器所處運(yùn)行環(huán)境也是決定其噪聲大小的主要因素之一，變壓器所在電網(wǎng)電壓、用戶負(fù)荷性質(zhì)以及設(shè)備所處環(huán)境等因素均對(duì)干式變壓器所形成噪聲的大小產(chǎn)生影響，增加干式變壓器的噪聲。以干式變壓器三相負(fù)載不平衡對(duì)噪聲的影響為例，干式變壓器運(yùn)行過程中，有可能產(chǎn)生負(fù)載嚴(yán)重不平衡的現(xiàn)象，導(dǎo)致低壓側(cè)存在數(shù)值較高的零序電流。隨著三項(xiàng)負(fù)載不平衡程度的不斷變化，該電流也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，兩者呈正比例關(guān)系，即當(dāng)不平衡程度增加時(shí)，零序電流值也會(huì)隨之增加。干式變壓器運(yùn)行過程中，若形成一定零序電流，則設(shè)備鐵芯內(nèi)便會(huì)存在數(shù)值零序磁通。零序磁通至基波頻率的正弦波，其存在使得各類型磁通的大小以及相位均發(fā)生變化，導(dǎo)致鐵芯單相或是兩相磁密出現(xiàn)大幅度升高現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)飽和，令變壓器噪聲明顯增加。不僅如此，干式變壓器三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡，還容易導(dǎo)致鋼構(gòu)件局部溫度大幅度提高，令繞組絕緣由于溫度過高而使老化速度提升，縮減了干式變壓器的使用壽命。

2.降低噪聲的改善方式

2.1 使用單取向高導(dǎo)磁硅鋼片

建議使用單取向高導(dǎo)磁硅鋼片作為干式變壓器鐵芯材料，例如，日本JFE鋼鐵生產(chǎn)的JNEX系列超級(jí)鐵芯。高導(dǎo)磁硅鋼片使得結(jié)晶方位的完整度大幅提高，絕緣層性能也得到良好改善，強(qiáng)化了涂層的抗張力性能，以免硅鋼片尺寸因磁致伸縮的影響而發(fā)生大幅度的伸縮問題，大幅降低了干式變壓器所形成的噪聲。當(dāng)磁通密度值設(shè)定達(dá)到1.5T時(shí)，相比一般硅鋼片而言，高晶粒取向硅鋼片尺寸受磁致伸縮影響所產(chǎn)生的伸縮量降低了40%。故而，當(dāng)單取向高導(dǎo)磁硅鋼片與一般硅鋼片處于用以磁密條件下，單取向高導(dǎo)磁硅鋼片磁致伸縮幅度小，則產(chǎn)生的振動(dòng)也較小，噪聲等級(jí)自然下降，一般可降低2dB（A）～4dB（A）。然而，因?yàn)楦邔?dǎo)磁硅鋼片內(nèi)硅的含量明顯高于一般硅鋼片，所以該類型硅鋼片硬度值較高，在鐵芯剪切過程中，刀具的損耗更為嚴(yán)重。不僅如此，相比一般硅鋼片，單取向高導(dǎo)磁硅鋼片的價(jià)格更為昂貴，使得產(chǎn)品成本大幅增加，企業(yè)投資自然也隨之提高。

2.2 降低鐵芯額定工作磁密與改變鐵芯夾緊力

降低干式變壓器噪聲的主要方法之一便是降低鐵芯的額定工作磁密。鐵芯所使用的多級(jí)接縫鐵芯與兩極接縫空載噪聲相比，所形成的噪聲更小，使噪聲與原先相比降低了4dB（A）～5dB（A）。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因是因?yàn)槭褂盟募?jí)或是四級(jí)以上的接縫之后，接縫部分磁通的分布較為均勻，同時(shí)也令氣隙內(nèi)的磁密大幅降低，使得接縫部分因磁吸力所引發(fā)的噪聲降低。不僅如此，縮減接縫的寬度，能夠降低振動(dòng)的頻率，與此同時(shí)也減少了干式變壓器自身勵(lì)磁容量以及勵(lì)磁電流，空載噪聲也隨之減弱。

企業(yè)在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，若額定工作磁密設(shè)定值不低于1.45T時(shí)，當(dāng)磁密降低0.1T時(shí)，鐵芯噪聲便會(huì)隨之降低2dB（A）～3dB（A）。然而，磁密不可無(wú)限制降低，伴隨著磁密的降低，產(chǎn)品生產(chǎn)成本也會(huì)隨之增加，鐵芯體積也不得不增加。而且，當(dāng)鐵芯額定工作磁密取值過低，便無(wú)法令高質(zhì)量硅鋼片損耗量低的優(yōu)點(diǎn)得到發(fā)揮。故而，磁密的降低不得少于標(biāo)準(zhǔn)磁密的10%。

如圖2所示，噪聲的增加與鐵芯尺寸與磁通密度的變化成正比例關(guān)系。當(dāng)鐵芯直徑值為200mm時(shí)，噪聲等級(jí)為60LP/dB，當(dāng)鐵芯直徑值為300mm時(shí)，噪聲等級(jí)為70LP/dB。所以，隨著鐵芯直徑的增加，噪聲等級(jí)也隨之提高。當(dāng)磁通密度為1.2B/T時(shí)，鐵芯噪聲的標(biāo)幺值顯示為0.7，當(dāng)磁通密度為1.4B/T時(shí)，鐵芯噪聲的標(biāo)幺值顯示為0.9。

若變壓器噪聲形成波浪狀，便有可能是由鐵芯自身共振所引發(fā)的。技術(shù)人員可適當(dāng)調(diào)整鐵芯夾緊力。換言之，便是調(diào)節(jié)變壓器之上螺栓的力矩。不僅包含夾件兩端螺栓的松緊度，同時(shí)還需要對(duì)穿心螺栓以及墊塊壓釘螺栓等松緊度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此達(dá)到降低噪聲的目的。

2.3 其他改善方式

企業(yè)還可通過如下方式達(dá)到降低干式變壓器噪聲的目的：第一，安裝時(shí)、采取彈性材料，如減振墊，增加隔音、吸引材料。以減振墊為例，工作人員可以在安裝過程中，在鐵心墊腳同箱底之間墊3mm減振橡膠，如此一來，其能夠承受2.7MPa至3.0MPa的壓力，從而降低變壓器噪聲。第二，提高硅鋼片的疊裝質(zhì)量，減少硅鋼片的加工毛刺。工作人員可與剪切斷面涂抹樹脂類涂層，以便消除邊緣部分所形成的一部分應(yīng)力，以降低內(nèi)應(yīng)力引發(fā)磁致伸縮提高，涂層厚度應(yīng)處于50μm～100μm。第三，控制鐵芯的固有頻率，避免與磁致伸縮的振動(dòng)頻率接近，以免產(chǎn)生共振。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中則需令固有頻率避讓磁致伸縮所引發(fā)的基頻以及2次～4次高次諧波頻帶，以免鐵芯出現(xiàn)共振。

結(jié)語(yǔ)

干式變壓器是目前應(yīng)用較為廣泛的變壓器類型之一，確實(shí)有助于企業(yè)的生產(chǎn)與工作。然而，其形成的噪聲也是必須解決的問題之一。不然會(huì)對(duì)周圍居民生活與企業(yè)日常生產(chǎn)造成不同程度的不利影響。然而，企業(yè)需要注意，降低磁密以及使用優(yōu)質(zhì)高導(dǎo)磁硅鋼片的方式，雖然能夠有效降低噪聲，但也大幅增加了產(chǎn)品的制造成本。因此，噪聲的控制工作需要綜合考慮，選取最為經(jīng)濟(jì)有效的手段解決問題，降低設(shè)備形成的噪聲。

參考文獻(xiàn)

[1]孟彤.淺議干式變壓器噪聲分析及其控制[J].電子制作，2013（18）：181+141.

[2]姚志松，姚磊.中小型變壓器實(shí)用全書[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.