變壓器運行噪聲異常的探討

江蘇中聯(lián)電氣股份有限公司 丁鴻遠

變電站作為為城市居民生活工作提供電力的關(guān)鍵所在，在社會中所占有的地位越來越重要。但是其在進行電壓、電流轉(zhuǎn)換等工作時，變壓器產(chǎn)生的噪聲會對周邊居民造成嚴(yán)重的噪聲污染，嚴(yán)重影響到了人們的正常生活工作。因此，分析影響變壓器運行噪聲異常的因素極其重要，只有根據(jù)這些因素對其進行一定程度的預(yù)防，才能夠盡可能的降低變壓器運行時所產(chǎn)生的噪聲污染，更加有利于變電站更好的進行工作。

1 變壓器概述

變壓器是一種利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要由初級線圈、次級線圈以及鐵芯組成。變壓器所能起到的功能有電壓變換、電流變換、阻抗變換以及隔離和穩(wěn)壓等，應(yīng)用范圍比較廣泛，而且在不同的應(yīng)用行業(yè)內(nèi)也都起著較為重要的作用。

1.1 變壓器的組成

變壓器主要由鐵芯、繞組、絕緣、引線、變壓器油、油箱和冷卻裝置、調(diào)壓裝置以及保護裝置等眾多的部位組成，其中最為關(guān)鍵的便是鐵芯以及初級線圈、次級線圈組成的繞組，但是如若缺少了其它的零件裝置也會直接影響到變壓器作用的發(fā)揮。

1.1.1 鐵芯

主要由鐵芯本體、緊固體及絕緣件組成，鐵芯一般都是用硅鋼片材料制成的，因其在變壓器中需起到生成交變磁場的作用，而硅鋼片本身便是一種導(dǎo)磁能力很強的磁性物質(zhì)。用硅鋼片制成的芯片對磁場有著更強的感應(yīng)能力，應(yīng)用到變壓器中也能夠起到更加重要的作用，更有利于提升變壓器進行電壓、電流變化的整體效率。

1.1.2 繞組

繞組是變壓器較為關(guān)鍵的存在，其主要是由雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。變壓器作用的發(fā)揮便主要依靠的是鐵芯產(chǎn)生交變磁場，繞組進行根據(jù)磁場進行電壓變換。一個繞組的內(nèi)部只有一組線匝，而有的變壓器便需要多組線匝進行工作，這種變壓器可以稱為多繞組變壓器，一般情況下三繞組變壓器應(yīng)用范圍比較廣一些，所取得的應(yīng)用效果也要好一些。

1.2 變壓器工作原理

變壓器內(nèi)部有著初級線圈和次級線圈兩組線圈，其中初級線圈便是變壓器接電源的繞組，次級線卷是在初級線圈的外面，將初級線圈完全包圍了起來。變壓器進行工作的原理便利用的是電磁感應(yīng)的原理，當(dāng)其進行通電以后，初級線圈會首先與交流電壓進行接觸，這時變壓器之中的鐵芯也會隨著初級線圈與交流電壓的接觸產(chǎn)生交變磁場，而次級線圈在交變磁場的作用下便能夠產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，最終達到實現(xiàn)電壓變化的目的。

1.3 變壓器的分類

變壓器能夠根據(jù)各個方面的不同分為多種類型。例如按照相數(shù)的不同能夠?qū)⑵浞譃閱蜗嘧儔浩骱腿嘧儔浩鳎话凑绽鋮s方式的不同能夠?qū)⑵浞譃榍阶儔浩骱陀徒阶儔浩?；按照繞組形式的不同能夠?qū)⑵浞譃殡p繞組變壓器、三繞組變壓器以及自耦變壓器等。雖然變壓器有著眾多的種類類型，但是不同類型的變壓器所起到的作用都是相差無幾的，只是不同類型的變壓器分別適用于不同的工作場合環(huán)境之中。

2 影響設(shè)備因素分析

變壓器在運行過程中會偶爾會造成大量的噪聲污染，嚴(yán)重影響到了周邊居民以及工作人員的正常工作生活狀態(tài)，只有盡可能的減小變壓器發(fā)出的噪聲音量，才能夠使其更好的應(yīng)用于更多的行業(yè)之中。而能夠影響變壓器運行噪聲異常的因素有很多，只有根據(jù)這些因素采取對應(yīng)的防治措施才能夠更好的保證變壓器的正常運行。

2.1 變壓器運行噪聲產(chǎn)生原理

變壓器在運行過程中會生成一定的噪聲污染，其中不僅有鐵芯等組成零件的原因，還有操作運行存在問題等原因。一般情況下變壓器接入的電壓電流都是處于正弦波狀態(tài)下的，不管是繞組還是鐵芯產(chǎn)生的交變磁場也都是在正弦波電流電壓的背景下生成的；因此變壓器所轉(zhuǎn)換的電壓也是處于正弦波形，同樣變壓器在電壓轉(zhuǎn)換過程中生成的各類數(shù)據(jù)也都是正弦波形的[1]。變壓器正常運行本身不產(chǎn)生諧波或者產(chǎn)生的諧波完全可以忽略不計，但當(dāng)變壓器磁通飽和狀態(tài)下運行時，將產(chǎn)生3次及3次倍數(shù)次諧波。而諧波電流大小則是與變壓器的鐵芯、冷卻裝置及連接方式等多種因素有直接的聯(lián)系。不同次數(shù)的諧波電流所建立的磁通不僅會對變壓器的相關(guān)組件造成一定程度的磨損，還會使得變壓器生成的噪聲有所增加，對周邊產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲污染。

2.2 電力系統(tǒng)諧波問題

電力系統(tǒng)是為城市居民生活工作提供電力能源的關(guān)鍵所在，因大多數(shù)用電需求都是非線性負(fù)載，所以電力系統(tǒng)也會因此產(chǎn)生諧波問題?！峨娔苜|(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93規(guī)定要求保證電網(wǎng)中的電壓總畸變率及各次諧波含有率須控制在允許范圍內(nèi)，其對電力系統(tǒng)中的諧波次數(shù)以及其它的相關(guān)數(shù)據(jù)全部制定了嚴(yán)格規(guī)定，盡可能對電力系統(tǒng)中的諧波電流及諧波電壓進行了限制。

電力系統(tǒng)的諧波問題也會對變壓器運行噪聲異常產(chǎn)生較大的影響，當(dāng)電力系統(tǒng)中的諧波次數(shù)達到3次及3次以上時，便會形成諧振，使得變壓器隨著電力系統(tǒng)中諧波的變化不斷受到影響，所產(chǎn)生的噪聲也是不斷增大，對變壓器自身以及周邊環(huán)境都產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。雖然有著相關(guān)的規(guī)定制度限制著電力系統(tǒng)中的諧波問題，但仍一直有類似情況的發(fā)生，只有盡可能的保證電力系統(tǒng)中諧波的穩(wěn)定性才能夠更好的解決變壓器運行噪聲異常的問題。

2.3 變壓器鐵芯對噪聲的影響

鐵芯作為變壓器中較為關(guān)鍵的零件之一，不管是其構(gòu)成結(jié)構(gòu)還是尺寸大小等各個方面都能夠?qū)ψ儔浩鬟\行時產(chǎn)生的噪聲造成嚴(yán)重的影響。例，若鐵芯的尺寸不合適或是在變壓器中焊接的方式不到位等都能夠造成鐵芯功能發(fā)揮的不完全，雖不影響變壓器的正常使用，但不僅會降低變壓器運行過程中的電壓電流轉(zhuǎn)換效率，還會使其產(chǎn)生較大的噪聲，甚至還可能使得變壓器自身各個部位發(fā)生磨損。

變壓器中的鐵芯不同區(qū)段的磁致伸縮是不均勻的，這是因為制成鐵芯的原材料硅鋼片磁性能以及鐵芯磁通密度分布不均勻等原因造成的，而這也就使得鐵芯在變壓器中的焊接面積能夠直接影響到其生成的噪聲大小，焊接面積越大變壓器運行產(chǎn)生的噪聲也就越大，反之焊接面積越小變壓器運行產(chǎn)生噪聲也就越小。因此在保證變壓器正常工作的同時，盡可能的縮減鐵芯與其的焊接面積，便能夠降低鐵芯磁致伸縮，從而達到有效控制變壓器運行噪聲的目的。此外對鐵芯其它方面的數(shù)據(jù)進行控制也能夠起到一定的減少變壓器噪聲效果，如鐵芯夾緊力在0.008～0.12MPa之間，心柱響度彎曲撓度小于0.2%也能起到減少變壓器產(chǎn)生噪聲的效果[2]。

2.4 諧振對噪聲的影響

諧振也可以叫做共振，其指的是在周期性外力作用下，當(dāng)外力作用頻率與系統(tǒng)固有振蕩頻率相同或很接近時振幅急劇增大的現(xiàn)象。變壓器在運行過程中也有可能會產(chǎn)生諧振，而產(chǎn)生諧振便會使變壓器運行噪聲有所增加。變壓器自身便是一個彈性振動系統(tǒng)，擁有著眾多的固有振動頻率，當(dāng)其組成部件鐵芯、繞組等產(chǎn)生的頻率與通入電源的頻率相差無幾時便會生成諧振，而生成諧振的變壓器所產(chǎn)生的噪聲也會大幅度增加。因此控制諧振的生成對于降低變壓器運行噪聲也有著一定的影響，只有保證了內(nèi)部頻率與外力作用頻率保持一定的差距，才有利于變壓器更好的進行工作。

2.5 冷卻裝置對噪聲的影響

冷卻裝置也是變壓器的重要組成部分之一，其能夠?qū)ψ儔浩髌鸬浇禍刈饔?，在一定程度上保證了變壓器的運行穩(wěn)定性。冷卻裝置的存在也是造成變壓器運行噪聲生成的主要因素之一，因為在變壓器運行過程中冷卻裝置也會進行運行，其油泵以及風(fēng)扇運行時產(chǎn)生的振動也能對變壓器的運行造成影響。根據(jù)有關(guān)研究調(diào)查可以得知，將自冷式散熱器安裝在外表的變壓器比使用油浸自冷式變壓器所產(chǎn)生的噪聲要更大一些，而不使用冷卻裝置的變壓器要比使用了冷卻裝置的變壓器噪聲降低4～6dB，但是卻不能保證長時間性工作。因此，選擇合適的冷卻裝置以及安裝方法對于降低變壓器生成的噪聲音量也有著較為重要的作用。

3 防治變壓器運行噪聲異常的有效措施

根據(jù)對變壓器運行噪聲異常產(chǎn)生影響因素的不同能夠做出多種有效措施的防范，其中最為關(guān)鍵的便是對變壓器鐵芯對噪聲影響的防治措施，其次便是對變壓器整體進行降噪的措施，只有這樣才能夠更好的在保證變壓器正常運行的同時降低其對周邊產(chǎn)生的噪聲影響。

3.1 降低變壓器鐵芯對噪聲影響的措施

減小鐵芯磁通密度。鐵芯磁通密度對于變壓器運行產(chǎn)生的噪聲有著一定程度的影響，除盡可能減少鐵芯與變壓器間的焊接面積以外，還能夠?qū)﹁F芯自身的磁通密度進行處理。一方面可以通過增加鐵芯的直徑長度來達到此目的，另一方面則可以通過采用性能更加良好的硅鋼片材料制作鐵芯來達到此目的。一般的硅鋼片制成的鐵芯磁通密度都是差不多的，而性能越好的硅鋼片制成的鐵芯導(dǎo)磁性則越高，磁通密度對于磁致伸縮的影響也較為小，使用該中鐵芯的變壓器所生成的噪聲也相對來說要小一些，更有利于其工作的正常運行。

控制鐵芯振動。鐵芯與接觸件之間的連接越緊密所產(chǎn)生的振動則越大，所造成的變壓器噪聲也就會越高一些。而如若在鐵芯與接觸件之間添加一些隔離性較好的材料，便能夠從根本上控制鐵芯與接觸件之間的振動連接，這樣的話鐵芯與接觸件之間產(chǎn)生的振動也會由于隔離材料的存在而大幅度減少，以此也能夠達到降低變壓器運行噪聲的目的。除此以外還可以通過在鐵芯的墊腳處放置防振墊等防振材料來控制鐵芯的振動頻率，只有能夠?qū)﹁F芯的振動進行有效的控制，便能夠產(chǎn)生降低變壓器運行噪聲的效果。

改進鐵芯結(jié)構(gòu)。想要從根本上遏制鐵芯對變壓器運行噪聲產(chǎn)生的影響，首先需要改進鐵芯的制作工藝，從開始制作鐵芯時候便使用性能較好的硅鋼片，盡可能的減少外力對其磁致伸縮特性的影響；其次便是可以根據(jù)實際情況對鐵芯的結(jié)構(gòu)進行一定程度的改變，例如在變壓器中焊接鐵芯時采用45度全斜接縫法的話便能夠在制作時就將鐵芯的焊接面磁致伸縮性能進行降低處理，這樣便可實現(xiàn)避免鐵芯對變壓器運行噪聲產(chǎn)生影響目的。

3.2 對變壓器整體進行降噪的措施

裝置隔音層。變壓器會受到內(nèi)部諸多因素的影響產(chǎn)生大量的噪聲，而對其整體進行隔音處理的話也能夠?qū)崿F(xiàn)減少其產(chǎn)生噪聲污染的目的。最好的隔音方法便是直接在變壓器外面使用隔音材料安裝隔音層，這樣的話即使變壓器運行過程中會產(chǎn)生大量的噪聲，但是這些噪聲卻只會被隔音層吸收或者反彈回去，無法傳輸?shù)酵饨?，從而也就無法造成噪聲污染的現(xiàn)象發(fā)生。但是這種方法也存在著一定的隱患，其會降低變壓器冷卻裝置所能起到的效果，在一定程度上也可能會對變壓器的運行效率產(chǎn)生影響。

噪聲抵消法。除了裝置隔音層以外也可以利用噪聲抵消法來降低變壓器運行造成的噪聲污染。噪聲抵消法的原理便是利用幾個與變壓器造成的噪聲聲貝差不多的噪聲發(fā)聲器與其一同發(fā)出噪聲來起到噪聲互相抵消的目的。使用噪聲抵消法只需要在變壓器的外界1m左右距離處安裝幾個噪聲發(fā)聲器即可，當(dāng)其一起發(fā)出噪聲的時候，噪聲發(fā)聲器發(fā)出的噪聲會抵消掉變壓器發(fā)出的噪聲，以此便能夠達到降低變壓器運行噪聲污染的目的。

4 結(jié)語

總而言之，能夠?qū)ψ儔浩鬟\行噪聲異常產(chǎn)生影響的因素有很多，其中最為關(guān)鍵的便是其自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其次是各種運行時產(chǎn)生的不可避免因素，而變電站也可以針對這些因素采取不同的相關(guān)措施，在保證變壓器正常運行的同時盡可能的減少其產(chǎn)生的噪聲。但在未來市場中，變壓器相關(guān)行業(yè)應(yīng)當(dāng)針對這些問題不斷的對自身技術(shù)進行改進，只有這樣才能夠降低自身所造成的噪聲污染，才能夠保證變壓器在不斷的應(yīng)用過程中滿足越來越多變電站的需求，從而達到推動變電站發(fā)展的目的。