一種降低非晶合金干式變壓器噪聲技術(shù)的探索與應(yīng)用

蔣鵬，姚建華，陳超，侯銳，張鯤鵬

（國網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江嘉興314000）

一種降低非晶合金干式變壓器噪聲技術(shù)的探索與應(yīng)用

蔣鵬，姚建華，陳超，侯銳，張鯤鵬

（國網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江嘉興314000）

簡要介紹非晶合金干式變壓器在配電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用及其噪聲產(chǎn)生的原因，并對噪聲傳播的方式進行分析，對降低非晶合金變壓器噪聲的方法進行了探索，提出通過減震器和消聲器相結(jié)合的方式來降低非晶合金變壓器噪聲，實際應(yīng)用表明噪聲治理效果顯著。

配電網(wǎng)；非晶合金；干式變壓器；噪音；降噪改造

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)步伐加速，由于土地資源的有限性和開發(fā)建設(shè)成本等原因，城市建設(shè)以高層住宅居多，配電房一般都建于高層住宅樓的地下室，變壓器噪聲問題因而成為居民關(guān)注的焦點。由于非晶合金變壓器的性能超越了各類硅鋼變壓器，兼具了節(jié)能性和經(jīng)濟性[1]，其顯著特點是空載損耗很低，符合國家產(chǎn)業(yè)政策和電網(wǎng)節(jié)能降耗的要求，并且具有穩(wěn)定性、安全性和防火性等優(yōu)點，使用成本也較為經(jīng)濟，在城區(qū)的黨政機關(guān)、政府辦公大樓、居民密集區(qū)等場所得到了廣泛運用；但在實際應(yīng)用中，非晶合金干式變壓器由于自身振動以及與周圍介質(zhì)形成共振，噪聲污染較嚴重，干式變壓器噪聲引起的投訴也越來越多，已經(jīng)成為廣泛關(guān)注的社會問題。為此，如何有效降低非晶合金干式變壓器噪聲污染已經(jīng)成為一個亟待解決的難題。

1 噪聲現(xiàn)狀及分析

非晶合金干式變壓器兼具節(jié)能性和經(jīng)濟性，在新建小區(qū)中得以推廣和使用。為了節(jié)省地面空間，開發(fā)商將配電房設(shè)計緊挨居民樓或置于地下負一層，配電房設(shè)計可分為共墻式和獨立式配電房，因此干式變壓器的噪聲容易通過墻體或者過道傳向居民生活場所，造成噪聲污染。

1.1 環(huán)境噪聲國家標準

《中華人民共和國城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》規(guī)定了城市五類區(qū)域的環(huán)境噪聲最高限值，其中居住區(qū)屬于Ⅰ類標準的適用區(qū)域，該地區(qū)白天不超過55 dB，晚上則不超過45 dB，正常人能接受聲音壓級為15～45 dB，配電房設(shè)備傳至相鄰房間的噪聲超過了規(guī)范要求時，將干擾居民的正常生活作息，因此，干式變壓器投運后運行過程中噪聲必須符合上述國家環(huán)保要求。

1.2 噪聲產(chǎn)生的主要原因及分析

非晶合金干式變壓器產(chǎn)生噪聲的形式很復雜，主要有以下幾種：

（1）非晶合金干式變壓器的電磁噪聲，屬于機械性噪聲，主要是變壓器鐵芯、繞組、磁屏蔽等振動產(chǎn)生的噪聲。

產(chǎn)生噪聲的主要機理為：變壓器鐵芯的合金鋼片在周期性交變磁力場作用下發(fā)生磁致伸縮引起振動，產(chǎn)生振動噪聲。磁致伸縮就是鐵芯在勵磁時，沿磁力線方向非晶合金鋼片的尺寸要增加，而垂直與磁力線方向非晶合金鋼片的尺寸要縮小，磁致伸縮使得鐵芯隨著勵磁頻率的變化之間的磁力吸引而產(chǎn)生，主要出現(xiàn)在鐵芯邊緣和鐵的接縫之間，但是由于非晶材料的特殊性，非晶合金鐵芯不能用夾件過分壓緊，因此對非晶合金鐵芯振動所受的約束就比較小，振動量級相對其他材質(zhì)變壓器較大，相應(yīng)由非晶合金鐵芯及線圈振動向外輻射的噪聲也更大。另外，通電的干式變壓器內(nèi)，導線、鐵芯在渦流作用下，輻射出來的噪聲遠比單一頻率震動產(chǎn)生的噪聲復雜得多。

（2）干式變壓器運行時鐵芯振動時會通過基礎(chǔ)以及臨近建筑結(jié)構(gòu)件向周圍傳播，并可能誘發(fā)結(jié)構(gòu)性噪聲[2]；鐵芯的振動引起變壓器結(jié)構(gòu)及支撐裝置的振動甚至形成共振，引起額外的噪聲輻射，有時甚至是主要噪聲的根源。

（3）變壓器安裝不平穩(wěn)，運行過程中也會產(chǎn)生振動，從而放大變壓器自身及周邊因素引起的噪聲。變壓器和配電柜邊連接的母線要通過大電流，漏磁場使母線產(chǎn)生振動也引起變壓器母線橋整體振動產(chǎn)生噪聲。

1.3 噪聲傳播途徑

室內(nèi)運行的干式變壓器振動產(chǎn)生噪聲主要通過3種途徑進行傳播：

（1）空氣噪聲。由變壓器及底座等設(shè)備振動直接通過其表面向空氣中直接輻射噪聲，主要以空氣為介質(zhì)進行傳播。

（2）一次固體噪聲。由變壓器及底座等設(shè)備振動經(jīng)由基座傳至結(jié)構(gòu)，通過結(jié)構(gòu)表面向外輻射噪聲，為一次固體噪聲。

（3）二次固體噪聲。變壓器及其設(shè)備產(chǎn)生振動向周圍輻射空氣噪聲，空氣噪聲的壓力波再次激發(fā)設(shè)備機構(gòu)、房屋等結(jié)構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)件振動，再由結(jié)構(gòu)表面向外輻射噪聲，為二次固體噪聲。

通過對小區(qū)配電房結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境進行了大量調(diào)查研究，非晶合金干式變壓器噪聲向樓內(nèi)用戶傳播途徑有：變壓器振動通過設(shè)備傳播至基礎(chǔ)，再經(jīng)墻體、柱、樓板等結(jié)構(gòu)傳播至居民室內(nèi)，居民室內(nèi)墻面、樓面表面向外輻射一次固體噪聲；配電房空氣聲壓力波直接激發(fā)墻體、樓板等結(jié)構(gòu)振動而引起噪聲聲波；配電房內(nèi)空氣聲通過門窗、排氣通風孔、管路及留孔等孔洞衍射，然后通過門窗等孔縫傳播至居民室內(nèi)。

通過上述分析，可以將降噪技術(shù)分為主動降噪與被動降噪。主動式的降噪是通過改變干式變壓器的結(jié)構(gòu)降低干式變壓器的固有噪聲，目前需要由干式變壓器的制造商來進行推動，作為運行單位無法實施。因此，被動降噪就成了干式變壓器降噪的重要途徑，即通過減弱、隔斷上述噪聲的傳播途徑而達到降噪的效果[3]。

2 降低干式變壓器噪聲主要措施

根據(jù)干式電力變壓器的噪聲傳播途徑不同，噪聲隔斷分為空氣聲隔斷和固體聲隔斷，因此可以利用固體隔斷和空氣隔斷2種方式降低噪聲。

2.1 空氣隔斷干式變壓器噪聲

空氣隔斷消除噪聲通常采用消聲器，消聲器允許氣流通過而阻止噪聲，是消除空氣動力性噪聲的重要措施之一，在通風散熱、空調(diào)系統(tǒng)、內(nèi)燃機排氣孔、空壓機鼓風機等場所應(yīng)用十分廣泛。

通過在配電房或箱式變壓器安裝隔聲門，在通風百葉窗、配電室安裝通風消聲器等方式進行空氣隔斷噪聲，從而達到空氣隔斷噪聲，降低干式變壓器噪聲污染的目的，但僅采用該種方式難以克服因變壓器結(jié)構(gòu)及墻體等共振產(chǎn)生的噪聲。

2.2 固體隔斷干式變壓器噪聲

通過加裝減震器，并且將變壓器繞組與低壓柜母線進行軟連接，可達到降低變壓器自身振動以及對地面及周圍環(huán)境的振動傳導目的。該方式可以降低干式變壓器振動產(chǎn)生的噪聲，而且還有利于減少變壓器振動播至基礎(chǔ)，再經(jīng)墻體、柱、樓板等結(jié)構(gòu)引起的振動，從而降低干式變壓器因振動產(chǎn)生的噪聲。

在干式變壓器的下部安裝多個減振器與地面上設(shè)置的混凝土地基連接、固定安裝在地面上；干式變壓器的繞組與低壓柜的母排連接采用軟連接。干式變壓器的下部安裝有6個減振器并均布在地面基礎(chǔ)上，減振器在安裝后的各支撐點位于同一水平面高度；另外，在干式變壓器下設(shè)有槽鋼，并將各減振器連接成可增加穩(wěn)定性的小單元，以達到增加系統(tǒng)整體穩(wěn)定性目的。應(yīng)盡量使每個減振器的承重均等，由于變壓器前后重量分布不均勻，因此要找準變壓器重心位置，保證各單元減振器壓縮量基本相同，有利于延長減震器的使用壽命及增強降噪的效果。

3 實施效果

通過加裝減震器并且輔以消聲器結(jié)合的方式，對嘉興某小區(qū)配電房進行非晶合金干式變壓器降噪改造。該小區(qū)14幢樓層高達33層，配電房位于小區(qū)地下一層，配電房正上方是居民層14幢1單元101室，該配電房內(nèi)共有2臺非晶合金干式變壓器，由天津某變壓器公司生產(chǎn)，變壓器容量為1 250 kVA，額定電壓為10 kV,變壓器重量為4 070 kg，對該變壓器在變壓器底座進行了加裝減振器的改造。

3.1 改造前配電房噪聲情況

為了對改造前、后的效果進行對比，選取該小區(qū)14幢1單元101室主臥室及衛(wèi)生間作為測量點，對改造前的噪聲進行測量，依據(jù)配電房變壓器發(fā)出不同的諧振頻率測量出噪聲大小的變化，測量結(jié)果如表1所示。通過對配電房內(nèi)1號、2號變壓器底部加速度進行測量，測量結(jié)果如表2所示。由表1可知，當變壓器的諧振頻率在16～31.5 Hz時，在臥室和衛(wèi)生測量到變壓器發(fā)出的噪聲均超過45 dB，夜晚時嚴重超出國家規(guī)定的相關(guān)要求，嚴重影響該住戶的生活。

表1 改造前、后主臥及衛(wèi)生間噪聲

3.2 改造后小區(qū)配電房噪聲情況

通過給變壓器底座增加減震器等措施降低干式變壓器噪聲后，再次對原測量點進行噪聲測量，結(jié)果如表1、表2所示。對比改造前后的測量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)頻率下的噪聲和變壓器底部加速度都有較明顯的降低，降噪措施效果十分明顯。

表2 改造前、后1號與2號變壓器底部加速度

4 結(jié)語

目前嘉興市區(qū)已有多個地下配電房運用通過減震器進行物理隔斷并輔以消聲器的方式進行了“降噪”改造，結(jié)果證實該方法對降低配電房內(nèi)非晶合金干式變壓器引起的噪聲治理效果明顯。

[1]張曉龍.干式變壓器隔聲罩消聲器研制[D].昆明：昆明理工大學，2008.

[2]汪海濤.小區(qū)干式變壓器振動特性及整體隔振研究[D].成都：西南交通大學，2009.

[3]胡愛軍，胡建安.淺談降低干式變壓器噪音措施[J].海南電力技術(shù)，2007，2（3）∶27-29.

[4]何文林，鄒國平，孫翔.模型參數(shù)對變壓器直流偏磁仿真結(jié)果影響的灰關(guān)聯(lián)分析[J].浙江電力，2015，34（6）∶5 -8.

[5]何文林，邵先軍，趙壽生，等.面向?qū)ο蟮倪\行中變壓器抗短路能力評估方法與應(yīng)用研究[J].浙江電力，2016，35（7）∶1-7.

[6]楊建華，朱炎輝，周策，等.非晶合金變壓器及運行效益分析[J].浙江電力，2009，28（6）∶50-52.

[7]高凌祥.變壓器直流偏磁仿真分析及其抑制[D].成都：西南交通大學，2016.

[8]白鋒.電力變壓器耐受直流偏磁能力的仿真研究[D].北京：華北電力大學，2010.

（本文編輯：徐晗）

Exploration and Application of a Noise Reduction Technology for Amorphous Alloy Dry-type Transformer

JIANG Peng，YAO Jianhua，CHEN Chao，HOU Rui，ZHANG Kunpeng
（State Grid Jiaxing Power Supply Company，Jiaxing Zhejiang 314000，China）

The paper briefly introduces application of amorphous alloy dry-type transformers in distribution networks and the noise causes；besides，it analyzes the noise transmitting modes and explores noise reduction method for amorphous alloy dry-type transformer.At last，this paper proposes a noise reduction method of using shock absorber and muffle，which turns out to be effective in noise treatment.

distribution network；amorphous alloy；dry-type transformers；noise；noise reduction transformation

10.19585/j.zjdl.201708017

1007-1881（2017）08-0081-03

TM412

B

2017-03-15

蔣鵬（1987），男，工程師，主要從事配電運維、配網(wǎng)自動化技術(shù)等方面的研究工作。