降低變壓器噪聲的措施初探

李偉崇

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快和電力工業(yè)的不斷發(fā)展，城市用電量也日益增加，越來越多的大容量高壓變壓器被建造在城市地區(qū)。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，由于城市電網(wǎng)改造和城區(qū)擴(kuò)建的雙重影響，許多變電站的選址距離居民區(qū)不遠(yuǎn)，有一部分直接建在居民區(qū)內(nèi)，雖然這樣的方式短暫緩解了城市電力短缺的趨勢，但是變壓器持續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生的噪音也嚴(yán)重影響附近居民的生活質(zhì)量和工作情緒。此外，噪聲對變壓器本身也是一個(gè)很大的負(fù)面因素，它不僅危害居民健康，影響社會環(huán)境，而且在一定程度上降低了變壓器設(shè)備的使用壽命和運(yùn)行效率。事實(shí)上，在變壓器的研發(fā)中，噪聲也是一個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù)，類似于機(jī)械性能、電氣性能等。國內(nèi)外大多數(shù)的變壓器制造商也致力于變壓器噪聲控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，并采取相應(yīng)的噪聲控制措施，減少變壓器對環(huán)境和人的不利影響。在此基礎(chǔ)上，本文首先簡要分析了影響變壓器噪聲的因素，其次從三個(gè)方面探討了降低變壓器噪聲的措施，以此來供相關(guān)人士交流參考。

關(guān)鍵詞：降低;變壓器噪聲;措施

引言：

人們的日常生活和工作都依賴于變壓器的運(yùn)行，但變壓器噪聲所造成的危害越來越嚴(yán)重，噪聲污染不僅影響變壓器本身的正常運(yùn)行和附近居民的健康，而且還制造出非常嚴(yán)重的噪聲污染。同時(shí)，隨著人們環(huán)保意識的提高和環(huán)保部門對各種噪聲的限制，與之相關(guān)的投訴和訴訟越來越多，造成了許多社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的損失。既然我們無法阻止噪聲，降低變壓器噪聲是一項(xiàng)不可避免的措施。降噪的第一部分是分析變壓器的噪聲源。首先，從噪聲源出發(fā)，在變壓器的設(shè)計(jì)和制造過程中，采用有效的方法選擇高質(zhì)量、高取向的硅鋼片，將鐵芯產(chǎn)生的振動降至最低，有效地控制噪聲。然后，從噪聲的傳播路徑出發(fā)，采取切實(shí)可行的措施，使大量噪聲在傳播過程中被吸收和屏蔽，從而顯著降低聲強(qiáng)和噪聲。

一、影響變壓器噪聲的因素

變壓器噪聲指變壓器在正常工作前提下所產(chǎn)生的噪聲總和，也稱復(fù)合噪聲，一般包括本體噪聲以及冷卻裝置噪聲兩個(gè)層面的內(nèi)容[1]。

（一）變壓器本體噪聲

（1）硅鋼片磁致伸縮產(chǎn)生噪聲

磁致伸縮發(fā)生在變壓器鐵心的硅鋼片中，磁致伸縮引起磁芯振動并產(chǎn)生噪音。所謂磁致伸縮是指硅鋼片尺寸沿磁力線方向增大，而垂直于磁力線方向的硅鋼片尺寸減小，這種大小的變化稱為磁致伸縮[2]。磁致伸縮使磁芯隨著磁頻率的變化周期性地振動，這是硅鋼片的平面振動，硅鋼片之間的磁吸引力主要反映在鐵芯邊緣和鐵軛接頭之間。在鐵芯的磁刺激下，硅鋼片產(chǎn)生的磁致伸縮是變壓器本體噪聲的主要來源。硅鋼片的磁致伸縮與硅鋼片的材料、表面絕緣涂層、硅含量、磁密度、磁力線與硅鋼片軋制方向的夾角以及硅鋼片上的機(jī)械應(yīng)力有關(guān)，如果選用了不合適的、質(zhì)量差的硅鋼片可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的變壓器噪聲[3]。

（2）油箱震動產(chǎn)生噪聲

除鐵心振動外，油箱振動也是引起變壓器本體噪聲的重要因素，鐵芯產(chǎn)生的大部分噪聲從變壓器油傳輸?shù)接拖?，并從油箱輻射出去。另一部分通過油箱和基礎(chǔ)傳遞，油箱震動產(chǎn)生的噪聲與油箱壁強(qiáng)度和阻尼密切相關(guān)[4]。

（3）鐵芯振動產(chǎn)生的噪聲

鐵芯激發(fā)磁性時(shí)的噪聲與鐵芯的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸和靜質(zhì)量、各旋轉(zhuǎn)部件的連接方式、連接區(qū)域的連接區(qū)域、制造工藝等因素有關(guān)。由于鐵芯磁密度分布的不均勻性和冷軋對硅鋼片磁通性能的各向異性，鐵芯不同截面的磁致伸縮是不均勻的。結(jié)果表明，磁體將在換相方向上增加。特別是，使用傾斜接頭代替直接接頭可以降低鐵芯的噪音，但應(yīng)考慮接頭面積的影響。由電磁作用引起的鐵芯噪音。硅鋼片的接頭和接頭之間存在漏磁引起的電磁吸收，導(dǎo)致鐵芯振動[5]。

（二）變壓器冷卻裝置噪聲

（1）冷卻裝置和減震設(shè)備對噪聲的影響

冷卻裝置運(yùn)行產(chǎn)生噪聲的機(jī)理與變壓器本體相同，空氣冷卻器的噪音來自冷卻風(fēng)扇和潛水泵。目前，低頻率大流量潛油電泵產(chǎn)生的噪聲僅為50dB，可以忽略不計(jì)。冷卻風(fēng)扇的噪聲是由葉片產(chǎn)生的氣流渦流引起的，其大小與冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速有關(guān)，冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出很大噪音。即使風(fēng)很冷，使用變壓器時(shí)，冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變壓器本體的噪音。相比之下，對于油浸式自冷變壓器，自冷散熱器產(chǎn)生的噪聲遠(yuǎn)低于變壓器本體的噪聲，不需要考慮。此外，變壓器本體的振動有時(shí)會受到影響。通過絕緣油管接頭和組件將其傳輸至冷卻裝置，可以引起冷卻裝置的振動，并且還可以降低輻射噪聲。

噪聲的傳遞方式

冷卻裝置振動產(chǎn)生的噪聲也以聲波的形式均勻地在周圍發(fā)射，這是冷卻裝置產(chǎn)生噪聲的機(jī)理。應(yīng)注意的是，變壓器是一個(gè)由各種部件組成的彈性振動系統(tǒng)，大部分的振動頻率都是固定不變的。在繞組、油箱和變壓器鐵芯這些結(jié)構(gòu)的機(jī)械振動固定頻率接近或等于硅鋼片磁致伸縮振動的基本頻率和整數(shù)倍時(shí)，會發(fā)生共振，從而顯著增加變壓器的噪聲。主機(jī)噪聲和冷卻裝置噪聲結(jié)合后，變壓器的噪聲形成并以聲波的形式通過空氣傳播。

二、降低變壓器噪聲的措施

（一）選用優(yōu)質(zhì)的硅鋼片

（1）硅鋼片的磁致伸縮是變壓器噪聲的主要原因，因此必須使用磁致伸縮減薄硅、晶體方位完整性高、磁致伸縮小、外觀平整、無缺陷的優(yōu)質(zhì)硅鋼片鋼片。例如，采用Hi-B高取向高磁性硅鋼片。硅鋼片不僅改善了晶粒取向的完整性，而且還增強(qiáng)了絕緣涂層的效果，另外，對涂層的耐張能力也有好處，同時(shí)降低了磁致伸縮。與普通晶粒取向的硅鋼片相比，在相同的條件下，噪聲可以大大降低[6]。

（2）降低油箱振動產(chǎn)生的噪聲

除鐵芯振動外，油箱振動也是引起變壓器本體噪聲的一個(gè)重要因素，它與油箱壁強(qiáng)度、油箱電阻等因素密切相關(guān)。油箱的振幅是產(chǎn)生噪聲的主要因素，提高整體剛度是削弱油箱振幅的有效途徑。因此，在適當(dāng)增加油罐壁厚的基礎(chǔ)上，可以合理調(diào)整強(qiáng)度，調(diào)整好油箱之間擺放的距離。同時(shí)，應(yīng)優(yōu)化和改進(jìn)焊接工藝，盡可能減少箱壁的焊接變形和噪聲，也可以選擇在油箱內(nèi)壁安裝橡膠板，有些變壓器可以配備磁屏蔽。對于這些變壓器，可以在內(nèi)壁和磁屏蔽之間安裝橡膠板。對于加強(qiáng)近間隙焊接的普通鋼板網(wǎng)，可以涂覆一定厚度的阻尼材料，厚度控制在2-3毫米。當(dāng)然，從降低成本的角度來看，鋼筋也可以填充干砂，這通?？梢越档图s4dB的噪音。最后，減振器也是降低變壓器噪聲的有效選擇。減振器的設(shè)置可以達(dá)到減振降噪的目的。減震器一般安裝在油箱底部，避免剛性連接。更常見的類型有彈簧、橡膠減震器等。

（3）降低鐵芯振動產(chǎn)生的噪聲

鐵心振動是變壓器振動的主要噪聲源，因此嚴(yán)格控制鐵心振動自然成為降低變壓器噪聲的主要選擇。首先，如前所述，鐵磁材料的磁致伸縮是硅鋼片振動的主要原因。變壓器噪聲與磁致伸縮成正比。鐵磁材料的磁致伸縮性越高，相應(yīng)硅鋼片的振幅越高，噪聲越大。因此，在選擇材料時(shí)，可以選擇磁致伸縮小的優(yōu)質(zhì)硅鋼片。高晶粒高質(zhì)量硅鋼片的磁致伸縮通常僅為普通硅鋼片的3/5左右，噪聲值是可以被降低的。接著，影響鐵心振動和變壓器本體噪聲的因素還有鐵心夾緊力，其也能發(fā)揮出重要影響。技術(shù)人員可以借助扭矩板的手，合理調(diào)整鐵芯夾緊力。變壓器的發(fā)展表明，當(dāng)壓力強(qiáng)度較低時(shí)，鐵芯振動產(chǎn)生的噪聲也隨之減少。進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用合理的鋼結(jié)構(gòu)形式和尺寸，降低鐵芯的磁密度可以有效地降低噪聲?？紤]到鐵芯磁密度的降低，鐵芯的截面積、變壓器的等效容量和成本也相應(yīng)增加，這不利于成本控制，因此，只能適當(dāng)降低鐵心的磁密度。最后，鐵心表面上的張力約束與主體噪聲有關(guān)。磁芯表面張力的增加不僅降低了鐵磁材料的磁致伸縮，而且降低了噪聲。聚酯橡膠還可以增加表面張力，因此可以選擇在鐵心的橫截面上涂覆聚酯橡膠。在鐵芯支架上安裝相應(yīng)的減震橡膠也是一種有效的選擇，比如環(huán)氧橡膠也是一種有效的選擇。鐵芯產(chǎn)生的部分噪聲通過變壓器油箱的底部和基礎(chǔ)傳輸。如果在主體與油箱之間或油箱與基礎(chǔ)之間安裝緩沖裝置，則可以通過緩沖器衰減聲音。在鐵芯底座、磁屏蔽和箱壁之間放置防震膠。當(dāng)鐵芯和磁屏蔽的振動傳遞到油箱時(shí)，可以由剛性連接變?yōu)閺椥赃B接，從而減少振動，防止共振，從而達(dá)到降低噪音的目的。或者可以在油箱中加入隔音材料，吸收油箱振動產(chǎn)生的部分能量，以此來降低主機(jī)噪音。

（二）變壓器冷卻裝置噪聲的降低

（1）使用特定的減震設(shè)備和低噪音冷卻器

長期變壓器研發(fā)實(shí)踐表明，與其他散熱器相比，自冷片式散熱器帶來的噪聲較小，如強(qiáng)油循環(huán)空氣。因此，采用自冷板式散熱器是控制設(shè)備噪聲的有效方法。盡可能使用自冷式散熱器，或使用帶有各種低噪音風(fēng)扇的風(fēng)冷式散熱器。一些大型變壓器采用空冷器，空冷器噪聲是主要噪聲源。因此，使用自然冷卻散熱器代替空氣冷卻器。近年來，冰箱制造商開發(fā)了一種低噪音冷卻器，主要用于降低冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。這種低噪音冷卻器的噪音比普通冷卻器低得多。安裝低噪音冷卻裝置。而傳統(tǒng)變壓器的噪聲也是影響居民生活環(huán)境的主要因素之一。因此，從減少流量和增加風(fēng)機(jī)數(shù)量的角度來看，可以選擇多臺低噪聲風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻。該冷卻裝置不僅降低了噪聲，而且避免了風(fēng)機(jī)的損壞，避免了冷卻系統(tǒng)停機(jī)的尷尬，保證了冷卻裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。在散熱器和油箱之間放置由防腐橡膠或其他材料制成的防震頭，以減少散熱片振動引起的噪音。在風(fēng)機(jī)散熱器上安裝減震墊的基礎(chǔ)上，將風(fēng)機(jī)固定在箱壁上。

（2）設(shè)置隔聲墻

在變壓器周圍建造隔音墻也可以大大降低聲波的傳播。這種測量的理論基礎(chǔ)是，聲波在傳播過程中遇到墻壁后，聲波會沿著圍欄的方向傳播。為了提高隔墻的有效性，隔墻應(yīng)盡可能靠近變壓器，油箱隔墻與其平行隔墻之間的距離不應(yīng)等于噪聲基本波長的一半，否則共振將大大增加噪音水平。墻壁的高度不應(yīng)低于油箱的高度，但不能太高。因?yàn)樘叩膲]什么用。墻體材料可以是磚墻、水泥墻或木結(jié)構(gòu)。一般來說，墻的形狀是兩面或三面，很少使用一面墻，使用這種方法可以有效的將噪聲在傳播過程中降低。

三、結(jié)束語

總之，變壓器噪聲的產(chǎn)生和傳播是多方面、多渠道的，降低噪聲是變壓器發(fā)展和改進(jìn)的必由之路。降低噪聲的措施也必須從產(chǎn)生變壓器的噪聲源頭開始，全方位的、詳細(xì)的降低噪聲。因此，變壓器噪聲的控制還應(yīng)綜合考慮本體噪聲、冷卻裝置噪聲和傳輸路徑，技術(shù)人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)際環(huán)境和科學(xué)技術(shù)，大膽嘗試，努力取得滿意的降噪效果。各供貨商應(yīng)根據(jù)國家相關(guān)環(huán)保部門的規(guī)定和顧客的需求，不斷改進(jìn)和提高變壓器的設(shè)計(jì)和制造水平，采取合理的控制措施，有效降低變壓器的噪聲，改善環(huán)境，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。降低變壓器噪聲是一個(gè)復(fù)雜的長期研究課題，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，市面上源源不斷的涌現(xiàn)出各種各樣的新材料和新工藝，相信在不久的未來，降低或者杜絕變壓器噪聲的夢想都會實(shí)現(xiàn)的。

參考文獻(xiàn)

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