配电变压器噪声与振动控制研究

配电变压器噪声与振动控制研究

李畅瑜[1],方智泉[2],邵珠雪[2]

[1]湖南创业电力输变电工程有限公司 湖南长沙 410000；[2]湖南湘能电力设备监造有限责任公司 湖南长沙 410000

摘要：为减少变压器噪音对人民生活及工作造成的不良影响，本文比较详细的分析了变压器噪音及振动形成的机理，然后从多角度阐述了管控变压器噪音及振动的有效措施。

关键词：变压器；噪音；振动；消声；磁力伸缩

    伴随国家经济水平的日益提高，城市用电量越来越多，输变电装置的电压等级持续提升，高压输电线路被用于城市中，大量高电压、大容量设备的安放地点慢慢引入市内。变压器持续运转所形成的噪音极大影响人民的日常生活及工作，特别是晚上的影响最严重。变压器噪音既污染环境，影响人类健康，阻碍设备稳定运转，缩短设备应用寿命，也影响变电站占地范围。变压器噪音与之电气性能及机械性能相同，均是变压器非常关键的技术参数。

1、变压器噪音及振动形成的机理

根据国内外大量研究结果发现，变压器噪音及振动的根源是：

（1）硅钢片磁致伸缩造成的铁心振动。其中，磁致伸缩即铁芯励磁时，顺着磁力线方位硅钢片大小要增大，但与磁力线方位相垂直的硅钢片规格要变小，该种尺寸的改变即磁致伸缩，最后导致铁心伴随磁力频率的改变出现规律性振动。

    （2）硅钢片接缝位置与叠片间有由于漏磁而形成的电磁吸引力，进而造成铁心振动。

    （3）如果绕组内存在负载电流流通，则负载电流形成的漏磁引发绕组、油箱壁（涉及磁屏蔽等）振动。

    近些年，随着铁心叠积形式的创新（如采取阶梯接缝等），以及心柱与铁轭均用环氧玻璃丝粘带捆绑，所以硅钢片接缝位置与叠片间的电磁吸引力造成的铁心振动，远远小于硅钢片磁致伸缩造成的铁心振动。

    磁致伸缩造成的铁心振动基于铁心垫脚与绝缘油途径传送给油箱壁，导致箱壁振动而形成本体噪音，且以声波方式均匀朝周围发射，即变压器设备噪音形成的机理[1]。需要注意的是，当铁心固定频率和磁致伸缩振动工频相类似时，或是当油箱和配件的固有工频与源于铁心的振动工频相类似时，铁心和油箱会形成谐振，导致本体噪音剧增。

2、变压器噪音及振动管理措施

2.1变压器噪音管理

    变压器噪音管理途径包括从噪音源减少噪音和加强噪音传播环节的衰减。管控变压器噪音的方法有：减小铁心磁密，于1.5-1.7T范围以内，磁密每减小0.1T，噪音能衰减1-3dB（A），选择磁致伸缩低的高导磁物料，采用高取向导磁硅钢片是削减磁致伸缩最可行的办法[2]。同一磁密状态下，磁致伸缩的高低也与心柱接缝框架相关，铁心采取多级接缝相较于两级接缝空载噪音低，避免与削减硅钢片在制造环节受到的机械碰撞，变压器噪音和硅钢片叠装效果紧密联系，对于铁心夹紧情况，要防止铁心接缝位置有尖角扰曲问题，且促使铁觇夹紧力平衡，铁心叠片结束后，分别于铁心底部与顶部接缝位置抹上环氧胶和聚酯胶。为避免铁心共振，研制低噪音产品时，需要考量铁心自振工频，科学调整窗口大小，规避铁心自振频带。

规划时科学布局绕组安匝，尽量缩小漏磁范围，令绕组轴向力最低，进而降低铁心夹件遭受的冲击力，铁心拉板选择低磁钢板，降低拉板与铁心夹件间形成的电磁吸力，减小相互撞击力，如此能够减小金属碰撞噪音的强度。因为油箱磁屏蔽的磁致伸缩能造成噪音，因此油箱中尽可能不采用磁屏蔽，能按照漏磁量的高低，合理增大油箱容量，防止磁屏蔽的磁致伸缩造成噪音问题[3]。变压器噪音的冷却结构噪音通常比本体噪音高，科学把控冷却结构的噪音，可以有效减少变压器噪音，研制低噪音变压设备时，尽可能采取自冷式，为适应大容量设备散热而选择冷却器时，尽可能采取低噪音潜油泵与低转数风扇的冷却设备，还能按照负荷情况选用双速风扇，如果负荷很小启动低速风险，能随之减小噪音，当负荷很大时启动高速风扇，可以增大自冷变压设备容量。实施以上减小变压器噪音策略后，大型设备噪音能减少10-20dB（A），适用于低噪音需求的大型设备，但针对安装于居民区周围的大型变压器，设备噪音要下降20-40dB（A），上述措施就无法正常采用了，因此还要做好消声工作。

2.2变压器消声方法

声的形成无法避免，经把控变压器噪音源来减少噪音非常有限。需要考虑到噪音传播途径，减少传播环节的噪音，以实现消声目标。变压器加工方面的消声方法：（1）加缓冲器，于铁心垫脚位置与磁屏蔽及箱壁间放上抗振胶垫，令铁心与磁屏蔽振动传至油箱时，通过钢性衔接变成弹性衔接，削减振动避免共振。于铁心与油箱定位地方的螺杆和受力配件间安装绝缘层压木，避免钢性接触而出现金属碰撞引起噪音。（2）加隔音层减少噪音。按照油箱结构能把隔音板加工成多层，钢板中放入吸声材料[4]。实施全消音油箱的方法可以明显减少变压器噪音，实施消音法减少噪音。在变压器中安装一些噪音发声器，使之形成的噪音和变压器传出的噪音振幅一样，相位相反，令变压器噪音遭受破坏性影响。

2.3变电站消声方法

    因为城市内变电站和附近房屋距离很近，变压器传出的低频噪音随着距离的延长衰减德很慢，使附近构筑物环境噪音水平难以达到45-50dB（A）标准，因此对变压器外界环境实施消声措施非常重要。由变电站着手，能采用如下消声措施：其一 ，建立隔音房，将变压器放置于完全密闭的房屋中，能够明显降噪30-40dB（A），将变压器安装在室内时，要考虑噪音在墙面反射将增多噪音，能使用矿渣棉和相似的材料抹覆墙面，提高吸音系数，大幅度减小噪音。其二，在变压器附近建立隔声墙，可以明显减小噪音。

3、计算机模拟分析

（1）单通道变压器噪音控制采取LMS算法对设备的噪音基频（100Hz）完成谐波处理。（2）多通道变压器噪音控制。通过诸多研究和上述探讨得知，变压器噪音存在低频性质，而且并非连续谱噪音，其是单独的线谱噪音与主要能量聚集在500Hz之下电力系统频率的偶数倍处，因此只需处理100Hz、200Hz、300Hz、400Hz与500Hz位置的噪音，则对设备噪音的管控必定可以取得使人满意的成效。下面采取多通道并联型框架谐波器法管控设备噪音，对设备多频段噪音进行管理，比较前后两种现象能够发现，变压器噪音能量很大的几个频率地方有了良好控制。认真研究在降噪后其余频率地方的噪音有部分增加，但增多量和消减的整个噪音比较是很小的，因此能忽视对整个噪音控制结构的影响。

4、结束语

    针对大型电力变压设备降噪来说，要深入探究与优化变压器噪音的形成与传播机理、计算机模拟优化。噪音控制过程，既要从噪音源着手，采取高质量取向硅钢片，在规划、工艺与安装等环节采取科学措施，尽可能削减振动的形成，由此把控噪音。还要从噪音传播途径入手，实施行之有效的措施，不断衰减传播阶段的噪音，进而达到降噪目的，适应用户对变压器噪音的需求。

参考文献：

[1]张壮壮,祝令瑜,王磊磊,王东晖,吴晓文,张嵩阳.新型电力系统下负载因素对三相油浸式变压器振动噪声特性影响的试验研究[J/OL].高压电器:1-9[2022-06-21].

[2]陆昕,钱帅伟,韦承志,李想,朱夕连.配电变压器噪声与振动控制分析[J].变压器,2021,58(01):34-38.

[3]卢梦瑶,李国勇,陈静,曹浩.基于半消声环境声学测试平台的干式配电变压器噪声特性负载因素影响研究[J].智慧电力,2020,48(11):108-112.

[4]吴晓文,魏慧杰,周年光,胡胜,卢铃,彭继文.半消声室内干式配电变压器的噪声与振动特性研究[J].电力科学与技术学报,2019,34(03):190-195.