電力變壓器振動(dòng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理和影響因素研究

韓宇賢

摘 要：近年來(lái)人們?cè)诃h(huán)保方面的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)。除了全社會(huì)廣泛關(guān)注的空氣污染、水污染等問(wèn)題，噪音污染也越來(lái)越被人們所注視，對(duì)電力變壓器產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲進(jìn)一步降低已經(jīng)是迫切需要解決的問(wèn)題。因此，本文分析了電力變壓器振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的原因，敘述了繞組和鐵芯振動(dòng)機(jī)理。在這個(gè)基礎(chǔ)上，對(duì)變壓器出現(xiàn)的振動(dòng)噪聲的治理方法進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；振動(dòng)噪聲；機(jī)理

1 概述

對(duì)于電力變壓器，特別是大型的電力變壓器來(lái)說(shuō)，其在工作當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生許多噪音。這些產(chǎn)生的噪音將會(huì)給周?chē)藗兊纳钜约肮ぷ鲙?lái)非常大的影響。為了緩解這些出現(xiàn)較大噪音的問(wèn)題，需要對(duì)電力變壓器噪聲水平進(jìn)一步降低[1]。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀現(xiàn)狀，在早期變壓器制造技術(shù)水平比較落后，直到二十世紀(jì)八十年代以后，才漸漸出現(xiàn)了有關(guān)單位以及企業(yè)對(duì)變壓器出現(xiàn)的噪聲進(jìn)行分析。變壓器噪音是由振動(dòng)所帶來(lái)，在電力變壓器正常工作當(dāng)中，內(nèi)部鐵芯等部件不可避免的會(huì)出現(xiàn)摩擦現(xiàn)象，進(jìn)而造成了慣性不平衡的問(wèn)題。這些問(wèn)題將最終造成了電力變壓器振動(dòng)問(wèn)題。當(dāng)變壓器當(dāng)中的振動(dòng)不斷增大的時(shí)候，振動(dòng)出現(xiàn)的噪音也隨之增大。當(dāng)振動(dòng)到達(dá)一定的強(qiáng)度時(shí)，就出現(xiàn)了噪音。因此我們可以看出，出現(xiàn)噪聲的主要原因主要是由于電力變壓器運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)的振動(dòng)[2]。本文分析了電力變壓器振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的原因，敘述了繞組和鐵芯振動(dòng)機(jī)理。在這個(gè)基礎(chǔ)上，對(duì)降低振動(dòng)噪聲的方法進(jìn)行分析。

2 變壓器振動(dòng)噪聲產(chǎn)生及傳播機(jī)理

在電力變壓器正常工作當(dāng)中，內(nèi)部器件之間不可避免的會(huì)出現(xiàn)摩擦現(xiàn)象，進(jìn)而造成了慣性不平衡的問(wèn)題。這些問(wèn)題將產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)在空氣當(dāng)中進(jìn)行傳播，就會(huì)形成了聲音。當(dāng)這些聲音達(dá)到界限的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)噪音。出現(xiàn)噪音的主要原因之一還有直流偏磁[3]。在電力變壓器當(dāng)中，由于磁場(chǎng)力不大，因此，這方面帶來(lái)的振動(dòng)出現(xiàn)較小的噪音。

2.1 振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理

在電力變壓器當(dāng)中，基頻為100赫茲。除此之外，電力變壓器內(nèi)也含有其他高次諧波。這些諧波主要有下面幾個(gè)方面的來(lái)源：

（1）在變壓器勵(lì)磁系統(tǒng)當(dāng)中，造成鐵芯振動(dòng)的原因是硅鋼片磁致伸縮所造成的。

（2）變壓器振動(dòng)是由于動(dòng)態(tài)電磁力所造成的。這種電磁力是通過(guò)負(fù)載電流引起的。

（3）油箱壁振動(dòng)是由于漏磁所造成。

在電力變壓器實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，漏磁噪聲的振動(dòng)比較小。除此之外，隨著目前制造工藝不斷先進(jìn)，造成了動(dòng)態(tài)電磁力逐漸減小，可忽略不計(jì)。因此，經(jīng)過(guò)上述分析，變壓器振動(dòng)現(xiàn)象主要由于繞組和鐵芯出現(xiàn)振動(dòng)所造成的。下面我們將分別對(duì)這兩個(gè)方面出現(xiàn)的振動(dòng)機(jī)理進(jìn)行分析[4]。

2.1.1 變壓器鐵芯的振動(dòng)機(jī)理

磁致伸縮的主要原因是鐵芯出現(xiàn)振動(dòng)。當(dāng)磁致伸縮產(chǎn)生鐵芯勵(lì)磁的時(shí)候，沿磁力線的方向中的硅鋼片大小將增加。除此之外，在垂直磁力向方向內(nèi)，其大小也進(jìn)而減小。磁致伸縮鐵芯帶里的振動(dòng)基頻要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電源的頻率。不僅包含了基頻，還含有了高次諧波。高次諧波以及基頻是由于鐵芯磁致伸縮所引起的，同時(shí)在沿著鐵芯內(nèi)外框當(dāng)中存在著不一樣磁通路徑大小也會(huì)產(chǎn)生高次諧波。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)鐵芯的疊積方式進(jìn)行了不斷改進(jìn)和優(yōu)化。因此，通過(guò)疊片之間出現(xiàn)的漏磁振動(dòng)信號(hào)可以忽略不計(jì)。同時(shí)，由于磁致伸縮能量比較大，控制起來(lái)比較困難。所以，硅鋼片的磁致伸縮大小決定了電力變壓器鐵芯振動(dòng)的強(qiáng)度[5]。

2.1.2 變壓器繞組的振動(dòng)機(jī)理

電力變壓器在運(yùn)行當(dāng)中，繞組受到的電動(dòng)力主要含有下面三類(lèi)，分別為：

（1）周向力。這個(gè)力是在繞組圓周方向上出現(xiàn)的作用力。

（2）軸向力。它是一個(gè)機(jī)械力，是通過(guò)電動(dòng)力引起的。

（3）輻向力。這個(gè)力是通過(guò)電動(dòng)力造成的機(jī)械應(yīng)力。

在以上三個(gè)作用力內(nèi)，因?yàn)檩S向力不大。因此，通過(guò)軸向力引起的振動(dòng)比較小，小到可以忽略不計(jì)。軸向力以及輻向力是出現(xiàn)繞組振動(dòng)作用力的原因之一。

這兩個(gè)作用力可能產(chǎn)生匝間絕緣遭受?chē)?yán)重?fù)p害，對(duì)電力變壓器絕緣造成一定的影響，進(jìn)而影響著變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)兩種力比較大的時(shí)候，將造成繞組扭曲出現(xiàn)變形甚至造成導(dǎo)線斷裂。

2.2 振動(dòng)傳播機(jī)理

繞組振動(dòng)傳播的主要路徑就是絕緣油。而鐵芯振動(dòng)傳播主要分成兩類(lèi)：

（1）固體傳播。振動(dòng)傳播的路徑是從腳墊的位置傳遞到了油箱位置。

（2）液體傳播。振動(dòng)通過(guò)絕緣油傳到油箱當(dāng)中。

除此之外，風(fēng)扇和油泵等一些冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)也是利用固體途徑向變壓器油箱內(nèi)進(jìn)行傳播。各個(gè)裝置利用各類(lèi)途徑傳播到變壓器的表面，進(jìn)而造成變壓器的器身出現(xiàn)振動(dòng)。

3 振動(dòng)分析的實(shí)際應(yīng)用和防范措施

3.1 振動(dòng)分析的實(shí)際應(yīng)用

我們熟悉了電力變壓器出現(xiàn)振動(dòng)的原因之后，就可以在這個(gè)基礎(chǔ)之上，對(duì)電力變壓器故障進(jìn)行排查。隨著現(xiàn)代化工業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)于變壓器來(lái)的容量與質(zhì)量要求越來(lái)越高，整個(gè)電網(wǎng)的電力傳輸過(guò)程當(dāng)中，對(duì)安全性以及可靠性的要求也越來(lái)越大。高壓設(shè)備的安全運(yùn)行，可以確保國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全，能夠?qū)?guó)家工業(yè)發(fā)展起到了大力的支持。因此，對(duì)電力變壓器運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)與檢修變?cè)椒浅Ｖ匾?/p>

在此次研究當(dāng)中，分析了電力變壓器振動(dòng)機(jī)理。振動(dòng)分析法可以實(shí)時(shí)的對(duì)高壓變壓器運(yùn)行狀況進(jìn)行掌握，及時(shí)對(duì)高壓變壓器存在的故障、異常狀況進(jìn)行預(yù)警，以此避免變壓器突發(fā)事故的出現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)檢修，大大降低了停電檢修時(shí)間，最終達(dá)到了提升電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益以及科學(xué)管理水平。

3.2 變壓器振動(dòng)噪聲的防范措施

我們從上文的分析匯總可以看出，變壓器噪音是因?yàn)殡娏ψ儔浩鲀?nèi)出現(xiàn)的振動(dòng)所引起的。聲源分成三種，分別是繞組、冷卻器以及鐵芯。電力變壓器的周?chē)h(huán)境存在許多不確定性的影響。因此，對(duì)變壓器產(chǎn)生的噪音很難有針對(duì)性的保護(hù)措施。所以，我們需要充分考慮電力變壓器本身方面，以此對(duì)噪聲問(wèn)題進(jìn)行解決。要合理的對(duì)電力變壓器振動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的噪音進(jìn)行消減需要從下面幾個(gè)方面入手。首先，在聲源方面，降低電力變壓器出現(xiàn)的振動(dòng)噪音。向前文所描述的那樣，降低電力變壓器繞組、鐵芯以及冷卻器出現(xiàn)的振動(dòng)噪聲，需要安裝質(zhì)量合格并且較小振動(dòng)的電力變壓器。另外，在電力變壓器內(nèi)還能夠安裝消聲器和減震器安裝，進(jìn)而達(dá)到降低變壓器振動(dòng)噪音的效果。第二，我們還可以從阻礙傳播途徑的方向進(jìn)行分析，進(jìn)而有效的治理變壓器振動(dòng)的噪音。振動(dòng)噪音是通過(guò)電力變壓器本體和空氣來(lái)傳播的。在實(shí)際治理當(dāng)中，我們需要對(duì)變壓器振動(dòng)噪聲從下面幾個(gè)方面進(jìn)行治理：

（1安裝緩沖器在變壓器基礎(chǔ)和箱底之間。這種方法不僅能夠起到降低振動(dòng)噪音的效果，以防止共振的情況發(fā)生。還可以大大降低鐵芯振動(dòng)造成的噪音。

（2）增加隔音層。這也是降低變壓器振動(dòng)噪音的有效途徑。當(dāng)噪音產(chǎn)生之后，穿過(guò)隔音板的時(shí)候，將會(huì)被隔音板吸收一部分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降噪效果。

（3）建造隔音效果較好的室內(nèi)建筑來(lái)對(duì)電力變壓器進(jìn)行放置，以此達(dá)到阻礙噪音傳播的目的。

結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在生活環(huán)境方面，人們重視程度越來(lái)越高。電力變壓器振動(dòng)噪聲對(duì)周?chē)用裆钜约肮ぷ鞯挠绊懗潭纫苍絹?lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。因此，本文介紹了電力變壓器鐵芯和繞組振動(dòng)出現(xiàn)的原因。同時(shí)，在這個(gè)基礎(chǔ)之上，分析了一些解決變壓器振動(dòng)噪聲的方法，在今后的實(shí)際當(dāng)中能夠起到了一定的借鑒作用，以此確保我國(guó)電力行業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。

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