油浸式電力變壓器的噪聲源及降噪對(duì)策探析

劉偉 孔凡剛 趙鵬程

【摘要】本文介紹了油浸式變壓器噪聲的類型，分析了油浸式變壓器空載噪聲產(chǎn)生的原因及因素，提出了變壓器鐵芯設(shè)計(jì)和制造工藝的降噪措施，概述了降低變壓器空載噪聲的方法法。

【關(guān)鍵詞】油浸式變壓器：噪聲原因；降噪措施

油浸式電力變壓器在正常運(yùn)行或出現(xiàn)故障時(shí)都會(huì)發(fā)出聲響，但它們的聲音是不同的。當(dāng)變壓器通電后，電流通過(guò)鐵心產(chǎn)生交變磁通，就會(huì)發(fā)出“嗡嗡”的均勻電磁聲，音響的強(qiáng)弱正比于負(fù)荷電流的大小，這是正常的聲響。如一旦變壓器存在著缺陷而帶病工作，則不是正常均勻的“嗡嗡”聲，或者在正常聲外還夾帶著其它聲音。下面結(jié)合日常工作中所遇到的一些實(shí)際情況，就運(yùn)行中常見(jiàn)的幾種異常聲響所代表的運(yùn)行狀況及處理方法作簡(jiǎn)單論述。

一、 油浸式變壓器噪聲源分析

變壓器的噪聲來(lái)源于變壓器本體和冷卻系統(tǒng)兩個(gè)方面。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果表明，變壓器本體振動(dòng)噪聲的根源在于：

（一）變壓器本體產(chǎn)生的噪聲

變壓器本體噪聲產(chǎn)生的原因有硅鋼片的磁致伸縮引起的鐵心振動(dòng)、硅鋼片接縫處和疊片之間存在著因漏磁而產(chǎn)生的電磁吸引力而引起的鐵心的振動(dòng)、當(dāng)繞組中有復(fù)雜電流通過(guò)時(shí)，負(fù)載電流產(chǎn)生的漏磁引起線圈、油箱壁的振動(dòng)等。

由于變壓器本體噪聲通過(guò)鐵心墊腳和變壓器油傳遞給箱體和附件而產(chǎn)生，其是由以兩倍電源頻率為基頻的噪聲和頻率為基頻整數(shù)倍的低頻噪聲所構(gòu)成。一般，電力變壓器鐵心噪聲的頻譜范圍在100～500Hz之間。

（二）冷卻系統(tǒng)引起的噪聲

冷卻裝置運(yùn)行帶來(lái)的噪聲，與變壓器本體噪聲的機(jī)理一樣，冷卻裝置的噪聲也是由于它們的振動(dòng)而產(chǎn)生的。國(guó)內(nèi)外大量變壓器運(yùn)行實(shí)踐表明，該噪聲主要是由變壓器中潛油泵和冷卻風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的，對(duì)于油浸自冷式變壓器，采用的是自冷式散熱器，其所產(chǎn)生的噪聲，比變壓器本體噪聲低得多，多可以不予考慮。

需要說(shuō)明的是，變壓器是一個(gè)由各種部件組成的彈性振動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有許多固有振動(dòng)頻率。當(dāng)變壓器的鐵心、繞組、油箱及其它結(jié)構(gòu)機(jī)械振動(dòng)的固有頻率，接近或等于硅鋼片磁致伸縮振動(dòng)的基頻（2 倍的電源頻率）及其整數(shù)倍（對(duì)于50 Hz電源，系指100 Hz、200 Hz、300 Hz、400 Hz 等）時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生諧振，使變壓器噪聲顯著增加。

本體噪聲和冷卻裝置噪聲合成后，形成變壓器噪聲，以聲波的形式通過(guò)空氣向四周傳播。

二、降低油浸式變壓器噪聲技術(shù)措施

（一）變壓器本體噪聲的降低

本體噪聲的降低主要通過(guò)改進(jìn)材料、工藝和優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而減弱鐵心所產(chǎn)生的噪聲來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的措施為：

（1） 采用全斜交錯(cuò)接縫的鐵心結(jié)構(gòu)

在心柱和鐵軛傳統(tǒng)的交錯(cuò)接縫結(jié)構(gòu)中，磁力線在接縫處橫向穿越附近的硅鋼片中，會(huì)產(chǎn)生渦流和磁飽和，導(dǎo)致噪聲和空載損耗增大。而采用全斜交錯(cuò)接縫，保證了心柱和鐵軛交錯(cuò)搭接，使磁通畸變減小，同時(shí)也保證了鐵心整體機(jī)械強(qiáng)度。實(shí)踐證明，保證磁密1.7T不變，鐵心全斜交錯(cuò)接縫結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的本體噪聲能夠降低3～5dB（A）。

（2） 選用高導(dǎo)磁優(yōu)質(zhì)硅鋼片

優(yōu)質(zhì)硅鋼片提高了結(jié)晶方位的完整度，特殊涂漆層增加了其抗張力，從而降低了其磁致伸縮ε。在磁通密度為1.5T時(shí)，高晶粒取向硅鋼片的磁致伸縮ε只有一般硅鋼片的60%。因此，在相同磁密下，優(yōu)質(zhì)硅鋼片的磁致伸縮ε較小，產(chǎn)生的振動(dòng)也相應(yīng)較小，噪聲可降低2～4 dB（A）。

（ 3） 控制鐵心磁密

進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用合理的鐵心結(jié)構(gòu)形式、尺寸。降低鐵心磁密，可以有效降低噪聲，考慮到降低鐵心磁密會(huì)使鐵心截面積、變壓器等值容量和造價(jià)相應(yīng)增加，不利于成本的控制。因此，磁密降低應(yīng)控制在標(biāo)準(zhǔn)磁密的10%以內(nèi)。

（4） 避免鐵心共振

當(dāng)鐵心固有頻率與磁致伸縮振動(dòng)的頻率接近時(shí)，會(huì)因鐵心共振導(dǎo)致本身噪聲驟增。為避免鐵心共振，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使其固有頻率避開(kāi)磁致伸縮引起的基頻及二、三、四次高次諧波頻帶。為有效防止鐵心共振，可利用其上部定位件，通過(guò)箱沿螺栓的堅(jiān)固，使箱體與器身上梁緊密接觸。這種方法也能改變鐵心的固有頻率，避免由此而引的噪聲急增。

（二）冷卻裝置振動(dòng)噪聲的降低

冷卻裝置噪聲的降低可以通過(guò)設(shè)備本身噪聲的降低和控制傳播途徑得以實(shí)現(xiàn)。

（ 1） 盡可能采用自冷式散熱器，也可采用風(fēng)冷散熱器配合使用各種類型的低噪音風(fēng)扇。

（ 2） 冷卻裝置的振動(dòng)主要是鐵心的振動(dòng)通過(guò)各種途徑傳遞給油箱壁，進(jìn)而向周圍介質(zhì)輻射產(chǎn)生噪聲。所以，降低變壓器的噪聲的途徑是阻止鐵心的振動(dòng)向油箱傳導(dǎo)和降低噪聲向周圍介質(zhì)的輻射，相應(yīng)的措施為：

a可在鐵心與油箱箱底之間用彈性連接來(lái)代替剛性連接。為了避免共振，要使彈性連接的固有頻率大大低于鐵心的磁致伸縮振動(dòng)的固有頻率（ 100 Hz） ；還可在鐵心墊腳與箱底間放置減振橡膠，此措施對(duì)100～ 400Hz 的本體噪聲減振效果顯著；b可采用阻尼層用玻璃絲放在油箱的外表面或內(nèi)表面；c 還可以采用隔聲板將油箱半封或全封閉，在外殼與箱壁之間填充吸聲材料提高隔音量. 該辦法能使變壓器的噪聲降低約10～ 20 dB。

（三）從傳播途徑減小變壓器的噪聲

通過(guò)抑制變壓器噪聲源所降低的噪聲是有限的，所以，我們也可以從噪聲的傳播途徑考慮，使噪聲在傳播過(guò)程中衰減，以達(dá)到消聲的目的。

（1）在變壓器本體與外殼間加隔聲材料，可以吸收部分變壓器自身振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，但采取此種方法需考慮散熱問(wèn)題。

（2）采用消聲法降低噪聲。即在變壓器一米內(nèi)放置若干個(gè)噪聲發(fā)生器，使它們發(fā)出的噪聲與變壓器發(fā)出的噪聲相互抵消。其原理是首先把變壓器的噪聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后放大激勵(lì)噪聲發(fā)生器，使各噪聲發(fā)出的聲音、振幅相等、相位相反，使變壓器的噪聲受到破壞性干擾以達(dá)到降低噪聲的目的。

（3）在噪聲傳播的方向設(shè)置隔聲墻，也能大大降低噪聲水平。此項(xiàng)措施的理論依據(jù)是：聲波在傳播過(guò)程中遇到圍墻后，使聲波的傳播方向發(fā)生變化，即聲波將要沿圍墻頂部和端部繞行傳播，使聲音得到衰減。隔聲墻的厚度若采用水泥或磚砌，要150mm-240mm厚；隔聲墻的高度通常由變壓器中心到隔聲墻之間的距離以及所希望的降噪量等因素決定，為了更有效的降低噪聲，應(yīng)該使圍墻盡量靠近變壓器，變壓器到與之平行的圍墻之間的距離應(yīng)不等于噪聲基波波長(zhǎng)的一半。否則可能引起駐波，圍墻的高度應(yīng)不低于變壓器的高度，但不宜高出太多，高出約0.5米。

（4）設(shè)置隔音室，這種方法國(guó)外采用的較多，就是把變壓器放在完全密封的房子里，可以有效降低噪聲30-40dB。但隔音室設(shè)計(jì)方面卻有許多困難，最大的困難就是如何把變壓器損耗散出去，如何把室內(nèi)的噪聲吸收掉，防止發(fā)生交混回響，如何開(kāi)門以便檢修或更換變壓器。而且要保持變壓器帶電部分到四周墻壁和頂棚的絕緣距離，還得采用穿墻套管，加上建造隔音室的得用，使變壓器成本增加很多，所以此種方法國(guó)內(nèi)很少采用。

三、結(jié)束語(yǔ)

變壓器噪聲的產(chǎn)生是多途徑的，采用合理的噪聲控制措施，能有效地滿足變壓器噪聲的技術(shù)要求，增加產(chǎn)品的技術(shù)含量，完善和提高變壓器設(shè)計(jì)和制造水平，改善環(huán)境，以保證變壓器長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。