10kv配電變壓器噪聲輻射特性及控制方法

摘要：為解決傳統(tǒng)10kv配電變壓器噪聲輻射控制波特率低的問題，研究10kv配電變壓器噪聲輻射特性，并通過確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件，采集10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號(hào)，分析變壓器噪聲輻射控制電壓、電流相關(guān)性，計(jì)算10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率，實(shí)現(xiàn)10kv配電變壓器噪聲輻射控制。設(shè)計(jì)實(shí)例分析，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制方法在相同的相位差中控制波特率明顯高于對(duì)照組，能夠解決傳統(tǒng)10kv配電變壓器噪聲輻射控制波特率低的問題。

關(guān)鍵詞：10kv配電變壓器;噪聲輻射特性;控制方法

引言

10kv配電變壓器以其低能耗的優(yōu)勢(shì)在10kv配電中脫穎而出，受到廣泛應(yīng)用，通過自身具備的無極調(diào)速性能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)工作的變壓調(diào)試[1]。10kv配電變壓器能夠利用內(nèi)部IGBT實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的調(diào)試，在其運(yùn)行過程中，由于產(chǎn)生的電磁會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲輻射。因此，分析10kv配電變壓器噪聲輻射特性是確保10kv配電變壓器節(jié)能、穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。10kv配電變壓器的噪聲輻射能夠直接影響10kv配電的穩(wěn)定性，導(dǎo)致10kv配電出現(xiàn)失準(zhǔn)、失靈的情況，極大程度上制約10kv配電的安全性[2]。在我國，針對(duì)10kv配電變壓器噪聲輻射特性的分析并不少見，但普遍分析較為籠統(tǒng)，沒有細(xì)致的分析出10kv配電變壓器噪聲輻射產(chǎn)生的具體原因，導(dǎo)致后期10kv配電變壓器噪聲輻射控制工作執(zhí)行困難。為精準(zhǔn)控制10kv配電變壓器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲輻射，本文提出10kv配電變壓器噪聲輻射特性及控制方法研究，致力于在明確10kv配電變壓器噪聲輻射特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)10kv配電變壓器噪聲輻射控制方法，進(jìn)而提高10kv配電變壓器噪聲輻射控制波特率，實(shí)時(shí)控制10kv配電變壓器噪聲輻射。

1 10kv配電變壓器噪聲輻射特性

為分析10kv配電變壓器噪聲輻射特性，必須明確10kv配電變壓器噪聲輻射原理[3]?；?0kv配電變壓器的非線性特征，在10kv配電變壓器工作過程中必然會(huì)產(chǎn)生諧波，且諧波特性屬于高次諧波，高次諧波具有高頻的特性，能夠在限定范圍內(nèi)發(fā)射高頻電磁波，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲輻射。由此可見，10kv配電變壓器的功率越高，噪聲輻射越大;反之，則越小。10kv配電變壓器噪聲輻射的傳播方式，是10kv配電變壓器噪聲輻射獨(dú)具的特性。基于10kv配電變壓器高頻電磁波的傳導(dǎo)與輻射特性，可通過電路耦合以及電磁輻射的方式傳播噪聲輻射。電路耦合主要指的是電壓畸變，損壞電機(jī)銅。電磁輻射主要是通過10kv配電變壓器的感應(yīng)方式，傳播噪聲輻射。通過分析10kv配電變壓器噪聲輻射特性，明確10kv配電變壓器噪聲輻射主要產(chǎn)生的位置以及傳播方式，為10kv配電變壓器噪聲輻射控制提供基礎(chǔ)路徑支持。

2 10kv配電變壓器噪聲輻射控制方法

2.1確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件

在明確10kv配電變壓器噪聲輻射特性后，可以通過控制10kv配電變壓器噪聲輻射，降低變壓器噪聲輻射對(duì)于10kv配電的干擾。本文運(yùn)用疊加原理，確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件。疊加原理指的就是當(dāng)10kv配電變壓器噪聲輻射過程中有幾個(gè)噪聲源共同起作用時(shí)，可以讓其中的一個(gè)噪聲源單獨(dú)工作，其它的噪聲源不工作。在此基礎(chǔ)上，求出這一個(gè)噪聲源工作時(shí)在電阻上產(chǎn)生的瞬時(shí)電流值，記為。再讓第二個(gè)噪聲源工作，求出這個(gè)噪聲源工作時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)電流值，記為。讓每一個(gè)噪聲源分別工作一次，求得這些瞬時(shí)電流值相加就是所有的噪聲源共同工作時(shí)的噪聲輻射，也就是10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件[4]。設(shè)10kv配電變壓器噪聲輻射時(shí)的電壓動(dòng)勢(shì)集合為，設(shè)10kv配電變壓器噪聲輻射邊界為，可得公式（1）。

公式（1）中，b指的是10kv配電變壓器噪聲輻射點(diǎn)電阻值，w、b均為實(shí)數(shù)，R為目標(biāo)函數(shù)。將10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件用U-（w·χ）-b來表示，可得公式為：

公式（2）中，IA指的是10kv配電變壓器噪聲輻射時(shí)電壓最小對(duì)稱分量;IB指的是10kv配電變壓器噪聲輻射時(shí)電流最大對(duì)稱分量。確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件是對(duì)稱分量的概率質(zhì)量函數(shù)最大值與最小值。

2.2采集10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號(hào)

確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件的基礎(chǔ)上，利用饋線終端裝置采集10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號(hào)，并將采集到的電壓信號(hào)通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到控制主站，控制主站將分析上報(bào)的電壓信號(hào)，確定10kv配電變壓器噪聲輻射區(qū)段。由于10kv配電變壓器噪聲輻射諧振頻率通常在4.5kHz左右，電壓信號(hào)能量主要集中在前二分之一周期，因此將饋線終端裝置電壓信號(hào)采集頻率設(shè)定在7.5kHz以上，采集電壓信號(hào)數(shù)據(jù)長度為二分之一周期。由于電壓相關(guān)性分析所采用的數(shù)據(jù)為采集到的電壓信號(hào)，在對(duì)相關(guān)系數(shù)計(jì)算時(shí)要保證所有采集上報(bào)的電壓信號(hào)保持同步，如果不是同步采集到的電壓信號(hào)，會(huì)造成分析誤差，進(jìn)而影響到最終的10kv配電變壓器噪聲輻射控制精度。因此，為了保證后續(xù)10kv配電變壓器噪聲輻射控制準(zhǔn)確性，需要處理采集到的信號(hào)。本文通過誤差傳感器將10kv配電變壓器各聲源的總噪聲輻射功率最小化，從而起到10kv配電變壓器噪聲輻射降噪的目的，進(jìn)一步保障電壓信號(hào)的精度。此過程可通過計(jì)算方程式加以表示，可得目標(biāo)函數(shù)如公式（3）。

公式（3）中，i指的是10kv配電變壓器聲源點(diǎn)位個(gè)數(shù);P指的是誤差傳感器處的初級(jí)聲源聲壓;PH指的是誤差傳感器處的次級(jí)聲源聲壓。通過公式（3），起到10kv配電變壓器噪聲輻射降噪的目的，可以將其作為同步信號(hào)，以此完成對(duì)10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號(hào)的采集。

2.3變壓器噪聲輻射控制電壓、電流相關(guān)性分析

當(dāng)10kv配電變壓器噪聲輻射控制電壓處于正在工作狀態(tài)時(shí)，線路上所有電流流向一致，波形一致，具有一定的相似性;當(dāng)10kv配電變壓器噪聲輻射控制電壓處于故障狀態(tài)時(shí)，第一部分電流會(huì)流向電路上游，即與母線方向相同，另一部分電流會(huì)流向電路下游，即與母線方向相反，兩部分電流波形差異較大，不具有相似性[5]。利用以上變壓器噪聲輻射控制電壓、電流相關(guān)性原理，分析采集到的10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號(hào)電壓、電流相似性。首先，選取兩個(gè)相鄰的控制信號(hào)，對(duì)其相關(guān)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式如下式（4）所示。

公式（4）中，δ指的是控制信號(hào)兩個(gè)相鄰電流相關(guān)系數(shù);i1和i2分別指的是兩個(gè)相鄰控制信號(hào);指的是變壓器噪聲輻射控制指令發(fā)生時(shí)刻;指的是變壓器噪聲輻射控制信號(hào)的數(shù)據(jù)長度。利用上述公式計(jì)算出兩個(gè)相鄰控制信號(hào)的相關(guān)系數(shù)δ，如果兩個(gè)相鄰控制信號(hào)波形及流向一致，相關(guān)系數(shù)取值為1;如果兩個(gè)相鄰控制信號(hào)波形及流向完全不一致，則相關(guān)系數(shù)取值為0。以此為依據(jù)，為下文計(jì)算10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率提供波形數(shù)據(jù)。

2.4計(jì)算10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率

根據(jù)傳輸?shù)玫降?0kv配電變壓器噪聲輻射控制數(shù)據(jù)，計(jì)算10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率。計(jì)算時(shí)，首先給10kv配電變壓器一個(gè)已知的數(shù)值，利用該數(shù)值，自動(dòng)給出10kv配電變壓器一個(gè)原始恒定的噪聲輻射速度，待10kv配電變壓器運(yùn)行一段時(shí)間后，通過改變這一定值，計(jì)算相關(guān)當(dāng)量控制10kv配電變壓器噪聲輻射的頻率。設(shè)10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率為β，可得公式（5）：

公式（5）中，K指的是10kv配電變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中的比例系數(shù);f （x）指的是10kv配電變壓器噪聲輻射控制采樣時(shí)與實(shí)際定量之間的偏差;j指的是控制誤差比例系數(shù)。利用上述公式，計(jì)算出10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率。

2.5實(shí)現(xiàn)10kv配電變壓器噪聲輻射控制

得到10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率后，利用計(jì)算機(jī)接口控制10kv配電變壓器噪聲輻射，通過在計(jì)算機(jī)中映射出兩個(gè)4位數(shù)的8進(jìn)制數(shù)，最終獲得在每個(gè)控制點(diǎn)位上的控制數(shù)]。再利用特定的變量數(shù)據(jù)對(duì)10kv配電變壓器噪聲輻射控制數(shù)據(jù)映射，形成區(qū)域性的映射。將10kv配電變壓器噪聲輻射控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具體的參數(shù)控制，用戶只需事先將規(guī)定的10kv配電變壓器噪聲輻射控制限制輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，通過系統(tǒng)自動(dòng)檢測是否執(zhí)行控制參數(shù)的改變。再利用計(jì)算機(jī)的端口狀態(tài)存儲(chǔ)控制數(shù)據(jù)及控制信息，并將其輸入到相應(yīng)的映射區(qū)域當(dāng)中，通過在區(qū)域映射中對(duì)應(yīng)的控制語義、詞義等分析得出正確的控制結(jié)果，實(shí)現(xiàn)10kv配電變壓器噪聲輻射控制功能。

3實(shí)例分析

3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

構(gòu)建實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇型號(hào)為ZFV256 456，BT的10kv配電變壓器，其具體參數(shù)，如表1所示。

結(jié)合表1所示，首先，使用設(shè)計(jì)的方法控制10kv配電變壓器噪聲輻射，通過MATALB測試控制波特率，并記錄，將其設(shè)為實(shí)驗(yàn)組;再使用傳統(tǒng)方法控制10kv配電變壓器噪聲輻射，同樣通過MATALB測試控制波特率，并記錄，將其設(shè)為對(duì)照組。由此可見，本次實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為測試兩種方法的控制波特率，控制波特率數(shù)值越高證明該方法的控制效率越高。通過10次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)測得的控制波特率，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖1所示。

通過圖1可知，本文設(shè)計(jì)的控制方法在相同的相位差中控制波特率明顯高于對(duì)照組，對(duì)10kv配電變壓器噪聲輻射控制效率更高。

4結(jié)束語

通過10kv配電變壓器噪聲輻射特性及控制方法研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)10kv配電變壓器噪聲輻射控制中存在的問題。由此可見，本文設(shè)計(jì)的方法是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠指導(dǎo)10kv配電變壓器噪聲輻射控制方法優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計(jì)方法在10kv配電變壓器噪聲輻射控制中的應(yīng)用力度。截止目前，國內(nèi)外針對(duì)10kv配電變壓器噪聲輻射控制研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)10kv配電變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高10kv配電變壓器的綜合性能提供參考。

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（作者單位：國網(wǎng)十堰東風(fēng)供電公司）

作者簡介：郝振曉（1983年5月—），男，漢，湖北省十堰市，本科，中級(jí)工程師，城市配電系統(tǒng)。