变压器噪声（通用7篇）
变压器噪声 篇1
摘要：本文介绍了变压器噪声的类型, 分析了变压器空载噪声产生的原因及因素, 提出了变压器铁芯设计和制造工艺的降噪措施, 概述了降低变压器空载噪声的方法。
关键词：变压器噪声,原因,因素,空载噪声,降噪措施
0 引言
变压器的噪声来源于变压器的本体和冷却系统两个方面。本体噪声主要由铁心硅钢片磁致伸缩所引起的振动, 通过铁心垫脚和变压器油传递给箱体和附件而产生, 冷却系统的噪声主要由风扇和油泵的振动而引起。变压器噪声以铁心的噪声为主, 其基频是励磁频率的两倍。由于各种非线性因素的作用, 产生各种高次谐波。对于不同容量的电力变压器, 其铁心噪声的频谱是不一样。
1 变压器噪声的类型
变压器本体噪声主要有硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动、硅钢片接缝处和叠片之间漏磁引起的铁心振动、绕组振动等。
1.1 漏磁引起的绕组振动噪声
绕组负载电流产生的漏磁将引起绕组的振动, 当变压器的额定工作磁通密度在1.5~1.8T范围时, 这种振动与磁致伸缩引起的铁心振动相比很小。
1.2 冷却装置带来的运行噪声
干式变压器采用强迫风冷时, 变压器的冷却装置等附件也会产生噪声, 与变压器本体噪声的机理一样, 冷却装置的噪声也是由于它们的振动而产生的。
1.3 硅钢片磁致伸缩引起的噪声
铁心励磁时, 沿磁力线方向硅钢片的尺寸发生变化, 而垂直于磁力线方向的尺寸发生相反的变化磁致伸缩使得铁心随着励磁频率的变化而周期性振动。
1.4 电磁作用引起的铁心噪声
硅钢片接缝处和叠片间存在因漏磁而产生的电磁吸引, 由此引起铁心振动。由于铁心叠积方式得到不断改进, 接缝处和叠片之间的电磁吸引力引起的铁心振动比磁致伸缩引起的铁心振动小得多。
2 影响变压器空载噪声的因素
铁心产生噪声的原因主要是在交变磁场作用下, 硅钢片的尺寸会发生微小的变化。由于磁致伸缩的变化周期是电源频率的半个周期, 磁致伸缩引起的变压器本体的振动, 是以两倍的电源频率为基频率的, 所以硅钢片的振动主要是由铁磁材料的磁致伸缩特性引起的。
2.1 铁心中除了基频磁通外, 还有高频磁通, 所以空载噪声频率也存在二次以上的高频频波。
2.2 为了防止铁心共振, 在设计低噪声变压器时, 还要考虑铁心的自振频率。
2.3 铁心结构的影响, 噪声与心柱和铁轭直径、铁心窗高、铁心窗口宽度、铁心质量有关。
2.4 磁致伸缩率还与硅钢片表面是否涂漆及退火有关, 因为涂层对硅钢片有附着力, 可防止硅钢片变形。
2.5 变压器空载噪声除与本身材质等有关外, 还与接缝的情况有关。
2.6 磁致伸缩率大小与硅钢片的材质有关, 磁致伸缩率越大, 则噪声就越大, 当磁场强度相同的情况下, 材质好的硅钢片磁致伸缩也小, 因此噪声也小。
2.7 磁致伸缩率还与磁场强度有关, 磁场越强, ε越大。
3 变压器噪声产生的原因
变压器所发出的可听见的噪声是由铁心的磁致伸缩变形和绕组、油箱及磁屏蔽内的电磁力所引起的。变压器噪声共有三个声源, 一是铁心, 二是绕组, 三是冷却器, 即空载、负载和冷却系统引起的噪声之和。铁心产生噪声的原因是构成铁心的硅钢片在交变磁场的作用下, 会发生微小的变化即磁致伸缩, 磁致伸缩使铁心随励磁频率的变化做周期性振动。绕组产生振动的原因是电流在绕组中产生电磁力, 漏磁场也能使结构件产生振动。电磁力与电流的平方成正比, 而发射的声功率与振动幅值的平方成正比。因此, 发射的声功率与负载电流有很明显的关系。
4 变压器铁心设计和制造工艺的降噪措施
4.1 铁心表面涂胶。铁心叠装, 绑扎后, 在其剪切端面涂刷树脂类涂层, 能抵消边缘处一部分内应力, 从而减小了内应力所造成的E值的升高。
4.2 下铁轭与垫块间空隙填充环氧腻子抑制铁心振动。上下部器身定位也用环氧腻子填充。
4.3 在铁心垫脚与箱底放置减震橡胶。采用20m m胶板时, 一般以压缩3mm为宜, 压缩量太大时, 会因发生蠕变而使阻尼失效, 其绝缘性能也会变化。
4.4 分隔铁心与低压绕组间的气隙, 变压器噪声也是一种声波, 有反射, 折射, 干扰, 绕射, 共振等特性
4.5 振动及控制。隔离振动有两种方法:一种是在铁心与其接触件之间加上弹性隔振材料;另一种是当变压器安装时, 在变压器与其他设备及基础间安装隔振材料, 隔振处理降低噪声效果明显。
4.6 避免铁心共振。为有效的防止铁心共振, 可利用其上部定位件, 通过箱沿螺栓的紧固, 使箱体与器身上梁紧密接触。
4.7 减少硅钢片内应力。磁致伸缩E对应力极为敏感。在相同的磁通密度下, 有较大内应力的硅钢片与内应力较小的硅钢片相比, E随着压应力的增大而升高的速度更加快。
4.8 选用高质量的冷却系统。当干式变压器需安装冷却系统时, 高质量的冷却风机才不会对变压器的噪声产生付作用。
4.9 减小磁密和铁心直径。一般情况下, 磁通密度每增加0.1T, 变压器的噪声将增加2~3dB, 所以, 设计时应尽量减小磁通密度。
4.10 选用高导磁优质硅钢片, 高导磁硅钢片提高了结晶方位的完整度, 特殊涂层增加了其抗张力, 从而降低了其磁致伸缩。
4.11 改善铁心的夹紧质量。改进夹件的结构, 在夹件两端增加限位装置并注意控制适当的铁心夹紧力, 能在一定程度上起到降低产品噪声的效果。
5 抑制高频变压器的音频噪声
高频变压器EE或EI型磁芯之间的吸引力, 能使两个磁芯发生位移;绕组电流相互间的引力或斥力, 也能使线圈产生偏移;受机械振动时能导致周期性的形变;有些因素均会使高频变压器在工作时发出音频噪声;10W以下单片开关电源的音频噪声频率, 约为10kHz~20kHz。为防止磁芯之间产生相对位移, 通常采用一种特殊的“玻璃珠”胶合剂, 来粘合EE、EI等类型的铁氧体磁芯, 效果甚佳。这种胶合剂是把玻璃珠和胶着物按照1:9的比例配制而成的混合物, 它在100℃以上的温度环境中放置1h即可固化。其作用与滚珠轴承有某种相似之处, 固化后每个磁芯仍能独立地在小范围内产生形变或移位, 而总体位置不变, 这就对形变起到了抑制作用, 采用这种工艺可将音频噪声降低5dB。
6 变压器降低空载噪声的办法
6.1 加隔音层降低噪声
隔音壁能把变压器本体发射的部分噪声反射回去;而且当噪声穿过隔声壁时, 也能被吸收一些, 起到降低噪声的作用。单件的隔音板用螺栓分别固定在油箱加强铁上, 采用这种隔音板可降低噪声10-15db。
6.2 消声法
采用消声法降低噪声, 即在变压器lm以内放置若干个噪声发声器, 使它们发出的噪声与变压器发出的噪声互相抵消。使变压器噪声受到破坏性干扰, 可降低噪声15db (a) 左右。
6.3 减少振源噪声 (1) 采用磁致伸缩小的高导磁材料, 如选
30zhl20硅钢片可比选用其它材质的硅钢片噪声降低噪声4-5db (a) 。 (2) 降低铁心磁密, 可以降低噪声。磁密每降低0.1t, 可降低2-3db (a) 。
6.4 在吸收声能减振方面
(1) 改善和缩小铁心接缝。铁心采用多级接缝。采用多级接缝铁心比两级接缝空载噪声小, 可使噪声降低4-5db (a) 。 (2) 防止和减少硅钢片在加工、生产过程中受到的机械撞击, 否则会使硅钢片的磁致伸缩加大, 从而增加铁心的噪声。 (3) 在铁心端面上涂环氧胶或聚酯胶, 可增加铁心表面张力约束, 也可以起到减少磁致伸缩量, 降低噪声的作用。 (4) 铁心产生的噪声有一部分是通过箱底和基础传出去的, 在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间放置防振胶垫, 从而达到减少振动, 防止共振, 可以降低噪声1-2db (a) 。 (5) 在油箱加强铁内放隔声材料, 可以将油箱振动的能量吸收一部分, 从而达到降低本体噪声的目的, 可以降低噪声2-3db (a) 。
6.5 其它方法
(1) 在室内布置变压器时, 应考虑由噪声在墙面反射时可能导致噪声的增加。 (2) 在设计低空载噪声变压器时, 尽量采用自冷式, 这样可去除风扇和油泵的噪声的叠加。
7 结束语
对变压器的本体噪声, 一方面可通过减小铁心的振动和降低噪声的发散能力来控制。另一方面, 可通过减振及隔声, 吸声等措施, 使噪声在传播途径中得以衰减。同时, 对冷却系统的噪声加以控制, 使其噪声和本体噪声水平相近或更低, 也能有效地降低变压器噪声, 以保证变压器的长期安全稳定运行。
参考文献
[1]周贤土.中小型变压器噪声[M].北京:中国电力出版社.2002.
[2]姜在秀.变压器的噪声与振动控制[M].北京:水利电力出版社.2001.
变压器噪声 篇2
随着电力系统的发展, 大型变压器被越来越广泛的应用到企业、厂矿、商业中心、医院、学校、企业、机场、住宅小区等场所的供电系统当中, 变压器产生的噪声不可避免的将对周边环境造成影响。人们对环境污染意识的逐渐提高, 使得如何避免作为国际上公认的三大公害之一的噪声污染备受关注。降低、控制变压器噪声的问题愈发显得迫在眉睫。
2 产生变压器噪声的原因
变压器所发出的可听见的噪声是由变压器产生的机械噪声和空气噪声两部分组成的, 铁心、绕组、冷却器是变压器噪声的三个根本声源。铁心由硅钢片叠制而成, 交变磁场作用在硅钢片上, 会使硅钢片产生细微的变化, 这种磁致伸缩引发的铁心做周期振动;变压器绕组中电流形成的电磁场中的电磁力以及漏磁场也会造成变压器结构部件的振动;变压器本体各部件的振动以及冷却系统的运行便是变压器噪声的根源。
3 改善变压器噪声的方法
3.1 减少振源噪声
(1) 高导磁硅钢片是近年来新采用的材料, 由于在制造时结晶方位的完整程度得到了提高, 硅钢片绝缘的薄膜进行了改进, 硅钢片的表面抗张力得到了提高, 减少了磁致伸缩.高导磁硅钢片能使90%的晶粒有最佳取向.采用高导磁硅钢片比采用普通硅钢片可降低噪声4d B (A) .
(2) 降低铁心磁密, 可以降低噪声。构成变压器本体铁心的硅钢片的磁致伸缩是产生噪声的主要原因。大量的变压器试验得出了变压器铁心的磁通密度决定了磁致伸缩的大小程度。变压器本体噪声与磁通密度是近似线性的关系。磁通密度每下降0.1T, 噪声可减弱2.5~3d B (A) 。但是降低磁通密度, 势必要加大铁心截面积, 同时变压器的等值容量和成本都随之升高, 从经济角度看是不划算的。综合考虑降低磁通密度, 应该控制在标准磁通密度的10%范围内。
(3) 改进铁心叠片接缝技术。铁心叠制采用多级接缝技术。采多级接缝替代两级接缝的叠制技术可以降低空载噪声, 噪声水平可下降3~4d B (A) 。为了降低变压器的励磁容量及励磁电流, 大幅度减小声功率, 可以采用更小的铁心接缝进而降低铁心振幅, 改善空载噪声。
(4) 为了避免增大硅钢片的磁致伸缩, 增大噪声, 应该控制硅钢片在各生产工序中受到的机械碰撞。
(5) 通过在铁心原材料端面上涂刷环氧胶或聚酯胶, 以求增加硅钢片表面张力, 也能够降低磁致伸缩量, 进而改善噪声。
(6) 在变压器的铁心硅钢片之间加装橡胶垫, 能减少铁心片间的磁振动, 可降低变压器噪声1~2d B (A) .
(7) 铁心绑扎紧固力要足够大, 且绑扎带要放置均匀, 以保持铁心叠片平直, 避免波浪变形。造成铁心硅钢片之间的磁振动。
3.2 增加减震措施吸收噪声声能
(1) 变压器的油箱底和地基会将一部分铁心的机械噪声传递到周围环境。为了使噪声在传播路径中的得到衰减, 可以在变压器器身与箱底之间以及箱底与地基之间安置缓冲器。想要利用弹性连接替代刚性连接, 使部件振动传递到油箱时进一步衰弱, 避免共振发生, 改善噪声, 可将减震脚垫放置在铁心垫脚下以及振动部件与箱壁之间, 进而使噪声水平下降2~4d B (A) 。
(2) 可以通过在油箱加强铁中增加岩棉、玻璃纤维等隔音材料, 以吸收振动能量的途径来改善噪声强度, 使噪声水平下降5~6d B (A) 。
3.3 从将变压器的噪声在空气传播过程中进行隔断的思路
可以在变压器外设置隔音罩, 通过多层隔声板的布置, 大幅度削弱通过空气传播的部分变压器噪声。同时配合消声器的使用, 在变压器周围安置数个能产生与变压器噪声抵消噪声的发声器, 使噪声水平下降15d B (A) 左右。
3.4 降低变压器风冷却装置噪声
3.4.1 冷却风扇噪声的控制
优先选用自然冷却的方式设计空载噪声水平低的变压器, 在不使用油泵的情况下避免了风扇和油泵在噪声上的叠加。为了确保大容量、高电压等级变压器的散热需求, 选取冷却器时, 优先选择较低转数的风扇以及噪声水平低的潜油泵。更好的风扇片形、更大的风扇直径、叶片平衡度、叶片材料, 同样能够有效改善冷却器风扇的噪声水平。
3.4.2 采用低噪声潜油泵
3.5 当变压器不知在室内时
为避免墙面反射噪声造成的声强增加, 可以通过使用矿渣棉之类高吸声系数的材料对墙体表面进行涂覆, 增强墙面吸收噪声效果, 进而改善噪声水平。
4 结束语
环保问题的日益升温, 是对变压器生产制造商改进噪声控制技术, 研发更优质结构材料的强有力的敦促。跟随时代的发展, 生产出对环境更友好的产品, 才能在满足用户需求的同时推动变压器市场的不断发展。
摘要：产生变压器噪声的原因, 改善变压器噪声的方法。
关键词：变压器噪声,硅钢片,磁振动,磁通密度,橡胶垫,冷却风扇
参考文献
[1]蒋雪峰, 黄文新.基于节能与减噪的电力变压器多目标优化设计[M].陕西:西安高压电器研究所, 2013.
干式变压器噪声分析及控制 篇3
1.1 干式变压器噪声及其标准
随着人们对电力需求的不断增加,环氧浇注干式变压器(下称干变)凭着体积小、损耗低、安全可靠、维护简单等特点得到广泛应用。
噪声是衡量干变产品性能的重要指标。由于干变以空气为绝缘介质,噪声直接在空气中传播,相对于同容量的油浸式变压器,其噪声一般更高。常见干变如图1所示。
国家机械行业标准JB/T 10088-2004《6k V~35k V级电力变压器声级》对6k V~35k V级干变的声功率级作出规定限制,详见表1。
表1干式变压器声压级标准[1]
以上电压均为国家规定标准容量
由于干变深入各负荷中心,人们对其噪声的要求越来越高。按照国家标准GB3096-2008《声环境质量标准》规定,以声压级计,I类居民住宅区、医疗卫生等地区夜间的噪声应低于45分贝,II类居民及商业混合区夜间应低于50分贝,III类工业区夜间应低于55分贝[2]。各生产厂家对干变噪声的产生原因作了大量研究,提出了各种控制方案,但至今没有完善的控制方案。
1.2 干式变压器的噪声测量
根据标准GB/T 1094.10-2003《电力变压器第10部分:声级测定》的要求,测量变压器噪声可以采用声压测量法或声级测量法。相对于声强测量法,声级测量法更加简单、直观而得到广泛应用。对没有外壳的干变,测量时应距基准发射面1m的轮廓线上选取不少于6个测点分别测量;对于带外壳的干变,测量距离则为0.3m。对各测点数据通过计算可以得出该变压器的噪声声压级。计算公式如下:
其中:N为测点总数;LPAi为各测点上测得的A计权声压级。当各LPAi值间的差别不大于5d B时,可用简单的算术平均值来计算。此平均值与按上式计算出的值之差不大于0.7d B。另外,由于测量环境通常各不相同,计算结果还要根据测量环境情况进行修正。
在进行测量时,变压器应有空载状态下以实际正弦波的额定电压或额定频率的正弦波对试品进行励磁[3]。
2 干式变压器噪声产生主要原因
干变噪声主要来源于铁心的磁致伸缩噪声,硅钢片结构形式和装配工艺等也有较大影响。
2.1 硅钢片磁致伸缩引起的噪声
变压器铁心的磁致伸缩现象,可用通俗语言解释为一块硅钢片导磁后可使自己的尺寸扩大或缩小。当磁性撤走后,它便回复到原来的形状。当通过交变的电压,硅钢片在一个完整的磁化周期内伸缩2次。这样的拉抻与收缩不规律地发生在每个硅钢片上,且每片不规律地影响着相邻的硅钢片,很大程度上影响变压器本体的噪声大小。
磁致伸缩率还与硅钢片表面是否涂漆及退火有关,由于涂层对硅钢片有附着力,这样可防止硅钢片变形。同样磁场强度下退火的硅钢片比不退火的硅钢片磁致伸缩要小很多,因此选择最佳退火工艺,可以大大降低磁致伸缩率。
2.2 铁心结构形式引起的噪声
铁心叠片如果在插叠区域内某一断面上的气隙比较集中,交变的电磁力作用在硅钢片接缝处时,可引起较强的振动噪声。但随着铁心叠片方式不断改进,“阶梯叠”得到广泛应用,接缝处与叠片间因电磁力引起的振动大大减小,因此这部分噪声得到较好的控制。
2.3 冷却装置引起的噪声
干变运行时如果采用强迫风冷,那么如风机这样的冷却装置等附件也会产生噪声。这主要是由于冷却风机运行时产生振动造成的,同时变压器本体振动通过管接头或其它装配配件传递给冷却装置,致使其振动加剧所产生的噪声也是不可忽视的。
冷却风机的运行频率一般在1000Hz以上,在变压器附近听到的比较尖锐的声音就是风机的声音。容量较小的干变如果噪声正常,而又开启了风机,那么风机的噪声很可能把干变的本体噪声给掩盖掉了。所以当风机开启时,要仔细判断噪声是干变本体发出的还是风机运行引起的。
2.4 装配工艺对噪声的影响
干变主要由人手装配起来,装配工艺以及操作人员的熟练程度都会对成品的噪声有一定的影响。
另外,因漏磁引起的绕组振动、铁心紧固件松动、变压器过负荷等原因也是影响干变噪声大小的因素。
3 控制干式变压器噪声的措施
3.1 采用优质的铁心材料
由于铁心采用的硅钢片磁致伸缩是干变产生噪声的主要原因,磁致伸缩率大小与硅钢片的材质有关。当磁场强度相同的情况下,选择性能良好的硅钢片,减小磁致伸缩率是降低变压器噪声的最有效方法。
在制造铁心时应尽量选用磁致伸缩率小且经过退火处理的冷轧硅钢片,如有晶粒冷轧硅钢片和高磁感应取向冷轧硅钢片等常用的优质硅钢片[4]。优质硅钢片表面涂有绝缘层,形成一定的张力,可使磁致伸缩减小。在铁心端面上涂环氧胶或聚酯胶,可增加铁心表面张力的约束,也可以在一定程度上降低噪声。
在生产、加工过程中还应防止或减少硅钢片受到的机械撞击,否则硅钢片的物理性能降低,磁致伸缩加大,从而增加铁心的噪声。
3.2 参数设计的合理设计
在进行电磁设计时,应注意铁心的直径及磁通密度等参数对变压器噪声的影响。试验证明,噪声与磁通密度成正比。一般情况下,磁通密度每增加0.1T,变压器的噪声将增加2~3d B(A),因此干式变压器设计的磁通密度一般取1.6T左右[5]。不同的变压器生产厂家会根据产品容量、材料性能、工艺水平以及生产成本等因素,决定干变设计的磁通密度。
应用有限元分析方法建立干变有限元模型,可以算出变压器的固有频率。修改有限元模型,使其固有频率远离接近100Hz的整数倍,避免变压器产生共振。简单来说,一般将变压器设计成″矮胖型″,即减小铁心窗高与铁心直径的比值,可使铁心的固有频率得以降低,在电磁场的作用下,不容易引起铁心共振,在一定程度上降低变压器噪声。
3.3 辅助措施
振动产生噪声,减少振动能够降低噪声。干变的本体振动除了产生噪声外,也可能引起楼层的共振,如变压器底座下是中空结构,还可能引起空腔共鸣声。在安装变压器时,在变压器底座与地基基础之间安装隔振材料,如弹簧、隔振垫等,把刚性接触改为弹性接触,可以有效降低噪声。
从切断声音传播途径考虑,可以在配电房安装吸声材料,或采用隔声外壳,阻断噪声向外传播。吸声材料一般放置在窗户、大门等结构上就能达到较好的效果,因为墙壁本身就能良好地阻断噪声。
通常干变出厂前噪声是达标的,而到了用户现场检测却是噪声超标,其中一个重要原因可能是用户现场的环境使产品噪声放大了,常见的放大噪声情况有:干变放置在很靠墙的位置,例如不足1米;变压器放置在楼层上;没有进行合适的隔振处理等。因此除了从本体上降低变压器噪声外,用户还应在配电房的设计上多加注意,采取一些辅助措施,如上述的减振、吸声等方法。
4 干式变压器现声噪声超标常见原因
通常人们听到变压器的噪声很大,直观感觉是变压器故障了,然而,变压器噪声是客观存在的,不可能消除,但有必要控制在可接受范围内。很多时候噪声偏大并不是故障引起的,并不影响变压器的正常运行,下面介绍干变噪声超标的常见原因及解决方案。
4.1 电压问题
变压器是改变传输电压的设备,当电压较高时会使变压器过励磁,相当于提高了磁通密度,加剧硅钢片的磁致伸缩程度,使干变的噪声增大且声音变得尖锐。通过测量低压侧输出电压就可以判断变压器是否处于过励磁情况。如果电压高于正常值,可适当调节分接连接片的位置,保持变压器处于正常励磁状态,减小噪声。
4.2 冷却风机、外壳等附件的共振问题
冷却风机或外壳等附件由于松动或者共振产生不规则噪声,一般会被误认为变压器的噪声。简单的方法是用干燥的木棍或绝缘棒顶住风机或其他附件,聆听变压器噪声是否发生变化。如果发生了变化,就说明该部件发生了共振。在停电检测时,需检查风机和其他附件的安装螺栓是否松动,按需进行紧固。
4.3 铁心自身共振问题
如果变压器噪声成波浪状,则可能是铁心自身发生共振。通过改变铁心夹紧力,即改变变压器上螺栓的力矩,其中包括夹件两头的螺栓,穿心螺栓,垫块压钉螺栓等,这样可降低部分噪声。
4.4 母线桥架问题
由于通过母线排的电流很大,漏磁场会使母排产生振动。母线桥架的振动可能严重影响变压器的噪声,而且桥架一般位于变压器上方,不容易分辨噪声来源。
通常可以用木棍或其它绝缘工具顶住母线桥架,如果声音发生变化则可以判断是母线桥架的原因。此时需请专业人员检查母线排是否固定好,对有松动部分进行紧固。
5 结论与展望
干变噪声是客观存在的,产生的原因是多方面的,噪声的降低除了生产厂家从变压器本体上进行控制外,用户也要在厂房(配电房)建设上提前做好减振、隔声等准备,实现经济利益及环保的最优化。只要措施得当,干变噪声是完全可以控制在可以接受的范围内的。
参考文献
[1]JB/T10088-2004,6kV～500kV级电力变压器声级[S].
[2]GB3096-2008,声环境质量标准[S].
[3]GB/T1094.10-2003,电力变压器第10部分:声级测定[S].
[4]林明芳.变压器的噪声及其合理控制[J].韶关学院学报,2004,25(9):45-47.
干式变压器噪声分析及控制研究 篇4
关键词：干式变压器,噪声,原因,控制措施
1干式变压器的噪声及其标准
人们常说的干式变压器是指通以空气等气体作为冷却介质的变压器, 这类变压器可靠性较高, 维修起来也较为简单, 因此普遍运用在现代的大中型电力系统建设中。
干式变压器绝缘性较好, 能有效防潮, 并且方便管理和修复, 这都是干式变压器相比于其他变压器的优势所在。但与此同时, 干式变压器在运作过程中也会出现较为严重的噪声现象, 给人们的正常生活带来了较多不便。任何干式变压器在使用过程中都会存在噪声问题, 这不可避免, 基于此, 干式变压器在运行时产生的噪声大小已经成为了衡量干式变压器性能和质量的重要指标之一。我国已经制定了相关标准来严格限制干式变压器运行时产生噪声的范围, 并对干式变压器的噪声大小做出了相关规定。《中华人民共和国环境噪声污染防治法》第61条规定, 受到环境噪声污染危害的单位和个人, 有权要求加害人排除危害;造成损失的, 依法赔偿损失。
2干式变压器噪声产生的原因
2.1硅钢片伸缩引起的噪声
干式变压器的铁心是用硅钢片制成的, 硅钢片容易受到交变磁场的影响, 其大小会随着磁场的变化发生相应的改变。根据电学知识我们可以知道, 变压器器身、线圈振动主要有以下几方面原因:当绕组中有负载电流通过时, 负载电流产生漏磁;线圈绕制不紧凑;线圈和铁心之间固定不牢固;高压产品的绝缘处理不当, 引起噪声工作回路中含有谐波含量、直流分量;器身间紧固件的刚性接触;变压器外部金属 (导磁的) 结构件固定不牢固等, 导致硅钢片独自规律的振动但是整体产生不规律的振动, 进而产生噪声。
2.2漏磁引起的绕组振动噪声
正常工作时, 干式变压器中的绕组线圈会有电流通过, 环形的线圈会产生不封闭的磁场, 当出现漏磁时, 会影响干式变压器硅钢片的振动而产生噪声, 漏磁现象产生的噪声一般不是特别明显。
2.3电磁作用引起的铁心噪声
干式变压器在运行时产生的磁场将干式变压器包围在其中, 磁场的强度会在硅钢片中产生作用力, 使铁心振动产生噪声。
2.4冷却装置引发的噪声
干式变压器一般运行的时间都比较长, 所以一般变压器都会自带冷却装置, 以减缓干式变压器长时间运转产生的热量。当变压器产生过多的热量时, 冷却装置会对其进行强行冷却, 在这一过程中, 冷却装置的运转也是会发生噪声的。再有, 冷却装置本身的振动会干扰干式变压器的磁场造成磁场不稳定, 又会引发以上三种噪声。
2.5电网电压引起干式变压器噪声
变压器的主要作用是通过装置内部一个回行线路来改变输出电压, 但通常在实际运行中, 由于客观原因的限制, 会出现电力不稳定等因素的影响, 电压在传输的过程中会出现不稳定的波动, 在高电压的作用下磁场密度增大, 导致硅钢片振动的幅度增大, 噪声增大。
2.6变压器三相负载不平衡引发的噪声
干式变压器产生噪声还有个原因是出现零序电流。零序电流的出现是因为干式变压器的三相负载不平衡而呈现非周期性的变化, 当某一时刻出现零序电流时, 变压器铁心处产生零序磁通, 而磁通的归零又会使得铁心磁通饱和然后产生噪声。
2.7短路引发的噪声
变压器出现短路情况是比较危险的, 铁心未与地面接触导致放电现象发生。放电的过程中就会产生微弱的噪声, 所以变压器一定要有一点与大地接触。另一方面, 当变压器多点和地面接触时, 铁心局部短路会使铁心内部形成回路, 影响磁场, 变压器内部绕组间的电阻增大, 导致在同等电压下产生的电流过小, 这时干式变压器同样会因为磁场紊乱而导致硅钢片的不规律振动导致噪声的出现。
3干式变压器噪声现象的应对措施
3.1使用优质的铁心材料
干式变压器产生噪声的主要原因是因为铁心材料硅钢片的振动, 为降低变压器的噪声, 在设计时可以选用好的硅钢片或磁滞伸缩小、噪声低的优质高导磁硅钢片, 这种硅钢片由于受特殊处理不易受到磁场的干扰, 可以有效降低因为硅钢片的不规则振动而产生的噪声。
3.2合理设计干式变压器参数
干式变压器器产生噪声的大小一定程度上是跟电磁量的大小相关联的, 电磁量大, 对铁心的干扰就大, 电磁量小, 干扰就小。所以通过改变电磁量的大小也能合理的控制噪声。铁心的尺寸越大, 通过其本身的电磁量就大, 因此合理的设计干式变压器参数也是控制噪声值得考虑的一种方法。干式变压器按相数可分为单相变压器和三相变压器, 按容量来说我国现在变压器的额定容量是3k V A, 5k VA, 10k VA, 15k VA, 20k VA, 25k VA, 30k VA, 40k VA, 5 0 k V A, 8 0 k V A, 1 0 0 k V A, 1 2 5 k V A, 160k VA, 200k VA, 250k VA, 315k V A, 400k VA, 500k VA, 630k VA, 800k V A, 1 000k VA, 1 250k VA, 1 600k VA, 2 000k VA, 2 500k VA, 3 150k VA, 4 000k VA, 5 000k VA, 在实际使用中要根据实际需要选择合适相数合适容量的变压器。
3.3冷却设备降低噪声的措施
上述提到, 冷却设备也能引起噪声的产生, 那么通过对冷却装置进行改装也可以减少噪声的产生。
3.4器身结构设计改善噪声的措施
产品在结构设计时可以采取有效的措施来降低噪声。
(1) 器身垫块与线圈间, 铁心与支架间增加硅橡胶等弹性材料, 消除结构间的相互影响;
(2) 低压线圈与铁心、高压线圈之间分别打入撑板等绝缘件进行撑紧, 将低压线圈与铁心、高压线圈固定牢固, 减少运行时的振动, 进一步降低变压器噪声。详见图1。
3.5辅助改善噪声措施
将干式变压器分离人们的生活, 单独存放。另外, 在其周围放置一些隔声材料。在保证生活质量的前提下, 生活中尽量不使用高电压或者少使用高电压, 以减少磁干扰。尽量购买质量好的变压器, 这样在使用过程中就会避免或者减少问题的出现。
4结语
干式变压器噪声是一个长久的问题, 这个问题一直困绕着电力系统方面的技术人员, 在现代化的社会中, 几乎任何电子产品都需要使用变压器, 因此, 关于变压产生噪声的问题就显得格外重要。如何解决这一问题, 不但是我国相关技术人员需要研究的问题, 同时也是电力行业一直需要面对与挑战的的问题, 值得引起人们足够的重视。
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浅议干式变压器噪声分析及其控制 篇5
随着经济的快速发展, 电力系统也在不断发展, 而在电力网中, 干式变压器的应用范围也越来越广泛, 尤其是6-35KV范围的电力网中, 具有良好的绝缘性、防潮、维护等方面一系列的优点的干式变压器, 应用极为普遍, 在广泛应用的背景下, 最大程度上的降低噪声更是重中之重。由于干式变压器的正常运行一定程度上都伴有其附带产物即噪声, 所以对噪声进行有效的控制以及如何降低噪声对我们的伤害是一个非常重要的研究项目。
1 干式变压器产生噪声的方式
干式变压器产生噪音主要有两种情况:一是干式变压器正常运行时所产生的噪音, 二是干式变压器因出现故障所产生的异常的噪音。虽然以上两种情况都可以产生噪音, 但是究其根本原因却是毫不相同。以下是对产生噪音原因进行分析。
1.1 运行正常时产生噪音的分析
变压器运行正常时, 之所以产生噪声这是由于变压器绕组线圈的振动、硅钢片的磁致伸缩以及振动、冷却装置的运行等等。这类噪声主要表现在以下几个方面。
1.1.1 因绕组线圈漏磁所引起的噪声。
变压器运行正常时, 如果此时有一定程度的漏磁, 那么就会在一定程度上影响绕组线圈中的负载电流, 使之产生振动随之产生产生噪声, 其特点一般都为断断续续, 声音较为低沉。
1.1.2 硅钢片磁致伸缩引起的噪声。
铁芯励磁时, 在交变磁场作用下, 硅钢片的尺寸
会发生微小的变化, 沿磁力线方向硅钢片的尺寸要增加, 而垂直于磁力线方向硅钢片尺寸要缩小, 这种尺寸变化称为磁致伸缩。产生磁致伸缩时, 磁铁芯随励磁频率变化为振动。由于磁致伸缩的变化周期是电源频率的半个周期, 磁致伸缩引起的电力变压器本体的振动, 是以两倍的电源频率为基频率的, 所以硅钢片的振动主要是由铁磁材料的磁致伸缩特性引起的。因铁芯磁致伸缩的非线性以及沿着铁芯内框和外框的磁通路径长短不同等原因, 铁芯噪声中除了基频外还包含有高次谐波频谱的噪声。
磁致伸缩率大小与硅钢片的材质有关。磁致伸缩率越大, 则噪声就越大。在磁场强度相同的情况下, 材质好的硅钢片磁致伸缩也小, 因此噪声也小。
1.1.3 铁芯因电磁作用引起的噪声。
这部分噪声由于铁芯叠积方式的不断改进, 可以忽略不计。其原理为当硅钢片接缝处和叠片漏磁时, 会产生电磁吸引因而引起铁芯振动, 产生噪声。
1.1.4 冷却装置引起的噪声。
当变压器因工作需要必需采用强迫风冷时, 此时冷却装置等附件也会产生噪声, 且与其本体产生噪声的原理相同, 也是由于它们的振动而产生的。冷却装置产生的振动是由两方面原因形成的, 一方面是冷却风扇在工作时所产生的振动, 这个无法彻底消除, 还有一方面是变压器本体运行时所产生的振动经管接头和配件传导到冷却装置, 进一步加剧冷却装置的振动, 使得噪声进一步变强。
1.2 变压器异常运行产生噪声的方式
当干式变压器正常工作时, 随着电网电压和用电负荷性质的变化, 干式变压器工作也可能发生变化引起变压器产生噪声。以下是造成这类噪声来源的几个主要方面。
1.2.1 由电网电压变化引起干式变压器的振动。
由电网电压偏高, 从而使变压器工作磁密提高, 导致产品的噪声增大。变压器带有可控硅整流装置时, 低压侧回路的电流和电压含有大量的高次谐波。如果变压器采用Yyn O接法时, 由于高压侧采用Y型接法又无中线, 故三次谐波电流不能流通, 从而使铁芯中主磁通发生畸变。除基波磁通外, 其中还含有大量的高次谐波, 尤其是三次谐波分量为最大, 因此噪声明显增大。
1.2.2 由用电负荷性质的变化引起干式变压器的振动。
由于电力系统为交流电所以其性质是变化的, 并且三相负载具有不对称的性质, 这样就使得输出的电流中无序电流占大部分, 在铁芯中产生较大的无序磁通量, 产生电磁力从而引起干式变压器振动最终产生噪声。
2 干式变压器在运行中对产生的噪声的控制
干式变压器在运行过程中之所以引起噪声, 究其原因, 最主要的还是由于其运行过程中无法避免的振动。所以降低以及控制噪声危害的最好也是最有效的方法就是考虑如何能行之有效的减少变压器铁芯等的振动。就目前的降低噪声这方面的技术而言, 无非是从噪声源以及噪声传播过程这两个方面的途径来考虑如何实现降低噪声这一目标。
2.1关于产生噪音的来源方面, 在运行过程中, 设备管理人员一经发现变压器铁芯尺寸还有磁通密度不符合国家的相关标准, 就要及时更换相关的零件, 让其噪音产生的量尽量少。
2.2关于噪声的传播途径方面, 对不同的变压器设备管理人员在其运行中应当应用外壳结构, 这样一来, 一方面可以减少自然界对干式变压器的各种不利危害所造成的影响, 另外一方面又可以大大减少在干式变压器运行过程中所引起的噪声问题, 将噪声降至低水平。
2.3设备管理人员在检查变压器运行情况时, 要密切注意变压器各组件之间紧密连接问题, 以免因为组件间不紧密而产生振动, 进而引起噪声。组件之间的紧密度大也可以引起组件之间噪声的传播甚至放大, 因而一旦发现变压器噪声过大, 就应当想到是不是组件之间不紧密引起的, 及时检查, 如果发现有松动, 马上拧紧。
2.4干式变压器如果发出断断续续不正常的噪音就说明是接触不良的问题。这一是由于高压柜内接触不良造成, 二可能是刀闸没有合到位。设备管理人员应当检查高压柜的触头和熔断器以及整个高压回路, 可以的情况下请高压柜厂家的人来检查。
3 中国干式变压器在噪音上的研究
随着我国现代化进程的加速, 环境保护显得日益重要, 变压器的噪声危害提上了议事日程。干变制造厂与科研院校密切配合, 对噪声产生的原因、机理进行潜心研究, 不断深入求索, 优化样品设计, 反复进行试验验证, 终于取得了突破, 并很快将科研新成果落实到产品上。十几年来, 更新了一代又一代产品, 使干变噪声大幅度下降。新系列配电变压器已将其噪声比现行国标降低达10~20d B (A) :2500k VA及以下容量的配电变压器, 噪声一般可控制在50d B (A) 以内;35k V特大容量如16000k VA电力变压器通常可控制在60d B (A) 左右。
我们可以骄傲地说, 我国在干式变压器噪音控制上已经是世界一流水平, 尽管无法做到尽善尽美, 但也已经做得相当不错, 基本上已经解决噪音的问题, 除非是故障原因引起。但是, 我们不能自我满足, 应该更加努力, 争取做到更好。
4 结束语
自发现干式变压器产生噪声以来, 这个问题一直困扰了所有的电力设备设计者。随着社会的发展, 干式变压器也随着电力系统的发展而应用范围逐渐扩大, 如何能行之有效的减少干式变压器工作时的噪声已成为当前的一大难题。为了能最大程度上降低噪声, 为了能最大程度上使得干式变压器能造福人民, 造福社会而又不影响干式变压器的优点, 这就需要广大干式变的设备管理人员的共同努力了。我们的设备管理人员要充分认识干式变压器的结构, 了解其早生产生的原因以及方式, 在其运行时候, 有针对性的减少噪音。要变压器有出现螺丝等松动的情况, 更要及时检查并修理。本文正是基于以上内容展开论述, 由于本人知识有限, 实践经验不是特别足, 所以只能略述一二, 望后来者对此问题有更加细致的叙述, 为广大干式变压器设备维护人员提供借鉴, 促进我国电力事业的发展。
参考文献
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电力变压器的噪声污染及控制 篇6
1 电力变压器噪声来源
电力变压器在运行过程中产生的噪声主要来源两部分:本体噪声和冷却系统噪声。
1.1 本体噪声
此类噪声主要来源于下述两种情况:第一, 磁致伸缩效应产生的噪声。据变压器的工作原理可知, 在工作时铁芯内部会产生交变磁场, 从而导致铁芯的硅钢片处于磁致伸缩状态, 虽然硅钢片周期性伸缩幅度很小, 但是也会引起铁芯周期性的振动, 产生噪声。第二, 漏磁场产生的噪声。变压器在工作时会出现一定的漏磁场, 尤其是大型变压器, 漏磁场相应增大。由于变压器绕组中电流和漏磁场的相互作用, 导线上会出现电磁力, 同时由于漏磁场的存在, 绕组出产生轴向电动力, 受到电动力作用的铁心在金属撞击下震动, 从而产生噪声。
1.2 冷却系统噪声
电力变压器的冷却方式通常包括以下两种:风冷和强油风冷。为了达到更好的冷却效果, 变压器在运行过程中, 通常风扇和油泵都打开, 风机和油泵工作时会产生空气噪声。目前, 多数变压器都配置两台或以上的风冷却器及风冷却器, 这样就极易产生空气噪声, 对于部分大型电力变压器, 其产生的空气噪声甚至超过80dB (A) 。由此可知, 冷却系统产生的噪声要高于变压器本体产生的噪声。
2 电力变压器噪声的决定因素
为了减少电力变压器的噪声污染, 必须明确电力变压器工作时产生的噪声和那些因素有关, 以便采取有效措施降低噪声强度。电力变压器工作时产生的噪声通常可分为箱内噪声和箱外噪声, 通过对两类噪声的具体计算来分析产生噪声的决定因素。
2.1 箱内噪声
箱内噪声的计算公式通常采用下式 (1) 进行计算:
上式中分别表示变压器箱内噪声值、铁芯硅钢片重量;H0, D分别表示电力变压器铁芯的窗高和直径;分别表示铁芯柱和修正系数。修正系数的具体值和硅钢片的重量有关, 一般可通过下图1查询获得。
2.2 箱外噪声衰减计算
电力变压器产生的噪声传到箱外时, 会出现一定程度的衰减, 距离箱外距离越远, 衰减量越大。目前, 世界各国常用的计算电力变压器箱外噪声衰减量如下式 (2) 所示:
上式中, 分别表示噪声衰减量、油箱宽度、高度及离开箱壁的距离, 可知电力变压器箱外噪声衰减量和距离、宽度和高度有关。然而, 根据试验结果发现, 采用该公式计算的数值和实际测量值存在较大的差异, 尤其是当距离越大时, 差异越大, 此时必须对该公式进行修正。目前, 通常根据下图2的试验值进行修正。
修正后的计算式如下式 (3) 所示:
2.3 实际噪声计算公式
在实际衡量及计算电力变压器产生的噪声时, 为了具有更高的准确性及简便性, 综合考虑各种因素, 在电力变压器工艺良好的基础上, 通常采用以铁心磁滞伸缩为基础而导出的公式来进行计算比较合理, 具体计算公式如下式 (3) 所示:
上式中, 分别表示本体噪声, 电网频率, 铁心长度、高度, 硅钢片的磁滞伸缩。
若使用的电力变压器为风冷或者强油风冷等, 在计算时还必须考虑风扇和油泵在工作时产生的噪声, 即将所有产生的噪声进行叠加, 即合成噪声, 具体计算公式如下式 (4) 所示:
上式中, 分别表示合成噪声、本体噪声、风扇噪声及油泵噪声。根据上式具体计算公式可知, 电力变压器产生的噪声主要和以下几方面因素有关:硅钢片、铁芯重量、油箱振动、风扇、油泵等。
3 电力变压器噪声的控制措施
要有效控制电力变压器的噪声污染, 可通过下述两个途径:第一, 降低噪声源的噪声;第二, 传播途径降低噪声。
3.1 噪声源方面的降噪措施
3.1.1 选择优质硅钢片
选择优质硅钢片, 不仅能够确保结晶方位的完整度, 还能有效降低磁致伸缩, 减少工作时的振动。例如:具有高晶粒硅钢片的磁针伸缩仅是普通硅钢片的60%;在相同磁通密度下, 优质硅钢片由于具有较小的振动, 能够降低噪声2-4dB;每降低0.01T的磁通密度, 能减少噪声0.2dB。
3.1.2 优化铁芯各项物理参数
为了尽量降低铁芯产生的噪声, 可对铁芯的各项物理参数进行优化, 具体可从以下几点进行优化:第一, 减少铁芯重量。据多年的实践经验可知, 铁芯的重量每减少1t, 噪声可减少约0.3dB;第二, 减少铁芯窗高和直径的比值。据实践经验可知, 两者的比值每减少0.1, 噪声可减少约5.7dB, 同时在设计时, 尽量将铁芯设计为矮胖型, 产生的噪声可大幅度减少;第三, 增加铁轭截面积以减小铁轭中的磁通密度。电力变压器产生的本体噪声主要来源于铁轭的振动, 若能适当增加铁轭横截面积, 不仅能够减少铁轭的磁通密度, 同时还能增加末级铁芯片的宽度, 从而增加了夹件和铁轭的接触面积, 使得铁轭在工作过程中受力均匀, 从而有效的减少噪声。根据实践经验可知, 经过这样处理后, 噪声能够减少2-5dB;第四, 选择合理的铁芯自振频率。若铁芯在运行过程中的自振频率与磁针伸缩的频率相同, 极易形成共振, 从而产生较大的噪声。为了避免此种情况的出现, 首先要计算铁芯的固有频率, 具体计算公式如下式 (5) 所示:
上式中, 分别表示铁芯的尺寸, , 具体如下图3示。是与成比例的系数, 其中, 具体的值可通过下图4查询。
根据上述计算结果来对铁芯频率进行合理选择, 避免形成共振。
3.1.3 改进铁芯结构, 选择合理叠装和装配工艺
要有效改进铁芯叠装和装配工艺, 可采取下述措施:第一, 采用全斜交错接缝的铁心结构。传统的心柱和铁轭通常选择交错接缝结构, 这样极易产生涡流和磁饱和, 从而导致电力变压器的噪声和损耗提升。若采用全错接缝, 既能减小磁通畸变, 也能确保铁芯整体机械强度。经过多年实践可知, 若保持磁密为定值1.7T不变, 采用全斜交错结构能够减少噪声3-5dB;第二, 控制铁心夹紧力。相关理论研究发现, 若铁芯夹紧力的压强为0.08-0.12Mpa时, 此时产生的噪声值最小。具体在制作时, 通过扳手合理控制夹紧力, 也可在合理位置放置绝缘棒, 确保整个心柱受力均匀, 避免磁致伸缩增加, 采取这些措施后, 能够使电力变压器的本体噪声降低1-3dB。
3.1.4 冷却系统的降噪
对于冷却系统的降噪, 可通过选择低噪声风扇或冷却装置, 若是发热量不大, 尽可能采取自然冷却的方式, 同时还可以采取减震或者消声装置, 最大限度的减少噪声。
3.2 传播途径的降噪措施
通过抑制噪声源的噪声, 虽然可以起到一定的效果, 但是并不能全部消除噪声。因此, 必须从传播途径进行降噪处理, 以达到控制的目的。电力变压器产生的噪声通过以下两种方式传到外界:第一, 通过箱底和地基传到外界;第二, 通过邮箱辐射到外界。针对传播途径, 可采取以下措施:
(1) 在铁心和箱底、地面之间加缓冲装置, 使噪声同诺缓冲装置衰减, 通常可采用减振橡胶板。
(2) 油箱壁可采用扣槽式加强筋, 通过焊接3-4mm钢板, 在其中填充吸声物质, 形成半消声油箱, 具体如下图5所示:
(3) 在变压器周围建设隔音墙或者隔音室, 能有效降低噪声。在对噪声要求比较严格的地方, 目前通常采用的方法是设置隔音室, 这样能有效减少噪声30-40dB。
4 结束语
综上所示, 为了有效降低电力变压器的噪声污染, 除了采取上述措施外, 还必须不断对变压器的产生、计算模型及测试方法进行深入探究, 以便采取更完善的措施减少污染, 满足人们对变压器噪声的基本要求。
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变压器噪声 篇7
近几年, 随着城市建设的飞速发展和城网改造的全面实施, 树脂绝缘干式电力变压器以其运行安全可靠、无污染、免维护、可直接深入负荷中心等优点在我国大中小城市被大量广泛应用, 主要使用在高层建筑、居民集中的住宅小区、宾馆及商业中心等场所内。正因为如此, 如其运行时产生的噪声过大, 会对人们的工作、学习、休息产生干扰和影响, 造成噪声污染, 随着人们环保意识的增强, 树脂绝缘干式电力变压器的噪声越来越受到用户的关注, 已经成为用户在选用时必须考虑的一个重要指标。下面就树脂绝缘干式电力变压器的噪声产生的原因及抑制和降低的措施, 作一些介绍。
2 树脂绝缘干式电力变压器的噪声产生的根本原因
树脂绝缘干式电力变压器的噪声根源是铁心励磁时硅钢片产生的磁致伸缩。所谓磁致伸缩是指铁心励磁时, 沿磁力线方向的硅钢片的尺寸要增加, 而垂直磁力线方向的硅钢片尺寸要缩小, 它是由于励磁时硅钢片晶粒转动造成的。这种磁致伸缩振动, 使得铁心随着励磁频率的变化而发生周期性的振动, 并通过空气以声波形式均匀地向四周发射, 产生一种连续性噪声。磁致伸缩与硅钢片的材质、工作磁密及其应力状态密切相关。
另外, 当铁心的固有自振频率与硅钢片磁致伸缩振动频率相接近时, 铁心将会产生共振, 使变压器噪声骤增。
变压器噪声的大小还与铁心硅钢片的材质、额定容量、铁心结构形式、制造工艺等各种因素有关。
3 降低绝缘干式电力变压器噪声的措施
3.1 降低铁心中的工作磁通密度
从理论上讲, 铁心硅钢片的磁致伸缩率与铁心中的工作磁通密度有密切关系, 磁通密度越大, 磁致伸缩率越大, 从而铁心的振动噪声也越大。实验研究表明, 降低铁心中的工作磁通密度, 是最直接可靠的减少铁心硅钢片的磁致伸缩率, 降低铁心振动噪声的办法。试验表明, 工作磁通密度在1.45T以上时, 磁通密度每降低0.1T, 铁心噪声可降低2~3dB (A) , 但磁通密度的降低不仅使产品成本增加, 而且使得铁心体积增大。
3.2 选用优质硅钢片
一般冷轧硅钢片其含硅量在3%~5%, 目的是提高钢片的导磁率和电阻率, 减少钢片的损耗。含硅量越高, 硅钢片的磁致伸缩越小。当钢片含硅量为6%时, 试验表明磁致伸缩几乎不存在, 但这种硅钢片由于太脆无法加工, 是不能被用于生产的。硅钢片磁致伸缩还决定于励磁时其晶粒转动过程。晶粒取向硅钢片能使97%的晶粒有最佳方向, 能使硅钢片的磁致伸缩率减小。所以优质晶粒取向的冷轧硅钢片, 其含硅量相对较高, 虽然制造也较复杂, 但其性能最为优良, 不但磁致伸缩率小, 有利于减少噪声, 而且磁化性能好, 变压器的空载损耗低。此外, 由于其片子波浪小、平整度好、厚薄均匀, 使得铁心励磁时励磁特性相同, 加之涂层好, 能使硅钢片长期处于拉应力状态, 能提高钢片的稳定性, 这些都有利于磁致伸缩率的减小和噪声的降低。目前常用的几种优质硅钢片主要有:国产30Q130、30Q120及日本产30ZH120、30ZH105等。
3.3 铁心制造工艺和结构型式的改进
在硅钢片纵、斜剪时, 要控制好硅钢片在剪切、冲孔时的尖角、毛刺, 以保证硅钢片加工后的平整度和清洁度。完善铁心夹紧结构, 尽量避免夹件中间往外胀的现象, 并使铁心心柱用玻璃粘带绑扎固化后不松动, 以减小片间气隙引起的电磁吸引力造成的振动噪声。另外, 铁心表面采用新型的具有防腐、耐热和吸收振动、散热性能好的硅树脂胶进行涂刷 (有条件可以把铁心直接用硅树脂胶进行浇注处理, 效果更好) , 这样既能降低噪声, 又可使铁心防锈。
一般磁力线与硅钢片压延方向的夹角α在50°~60°时磁致伸缩最小, 所以铁心采用45°全斜接缝。另外, 铁心迭片方式采用阶梯接缝, 这是因为采用阶梯接缝迭片方式可以有效地降低铁心接缝处的局部磁密, 从而减小了局部硅钢片的磁致伸缩, 有利于降低铁心噪声和铁心损耗。铁心阶梯接缝级数越多, 越有利于降低噪声和铁心损耗。
3.4 设计合理的铁心结构形式及铁心固有频率
在进行变压器设计时, 必须注意铁心窗高与心柱直径的比值, 其值越小越好。如图1所示, 与铁心的基本尺寸有关的比例系数Kc为:
通过分析大量产品的铁心尺寸, 当Kc减小时, 铁心可降低噪声, Kc越小, 降低的效果越明显。换句话说, 变压器铁心设计成矮胖型是有利于减小噪声的。
此外, 为防止铁心固有频率与其磁致伸缩振动的基频及二、三、四次高频的频率一致时产生的共振现象, 当变压器额定频率为50Hz时, 铁心的固有频率应避开75Hz~125Hz、275Hz~325Hz、375Hz~425Hz等频率区。
铁心固有频率可按下式计算:
式中:L=Ho+h, cm
由上式可知, 减小窗高Ho与心柱尺寸d的比值, 能更好地避免共振现象。
3.5 分隔铁心与低压绕组间的气隙
变压器噪声是一种声波, 包括基波及其它高次谐波, 其基波频率为100Hz (电网频率为50Hz) , 因此也具有一般波动的特性, 即有反射、干扰、绕射、共振等特性。
变压器的铁心截面是近似圆形的截面, 铁心为噪声发出体, 可视作无数个对称的小声波源。假设某对称的两个声源发出声波, 声波相对或相向波动时, 由于低压绕组内部是一个十分光滑的圆柱面, 同时声波具有反射、绕射、干扰等特性, 因此这两个完全对称的声源发出的声波沿着低压绕组内圆柱面相对或相向波动。这两个声波频率相同, 振动方向相同, 波程差为零 (即同圆周相) , 完全符合相干波源的条件, 因而叠加的结果始终是振幅加强, 使得变压器噪声在传播过程中得到了加强。如果将铁心于低压绕组的气隙进行分隔, 截断对称声波源的相干途径, 就可以将噪声大大降低。具体做法如图2所示, 在1、2、3、4位置或仅在1和3位置用长撑条 (与绕组高度相等) 定位, 将铁心与低压绕组间气隙分隔, 即可起到上述分隔气隙、截断对称声波源的相干途径的作用, 从而达到降低产品噪声的目的。
对于已运行的产品, 如果噪声较大, 在心柱叠厚方向如图2所示的1和3位置处放置长撑条, 对降低产品噪声起到较好的效果。
3.6 其它措施
(1) 为减少变压器本体振动噪声传播, 在安装地基与变压器本体之间加放防振橡胶。
(2) 注意铁心迭装质量, 并且在夹件与铁轭间垫硅橡胶, 起缓冲减振作用。
4 运行条件引起的产品噪声及其降低措施
产品运行条件包括电网电压、用户负载性质及安装场所环境因素等, 它们都有可能使树脂绝缘干式电力变压器噪声增大。
(1) 电网电压偏高, 使得变压器匝电势增大, 工作磁密提高, 导致产品噪声增大。降低措施为:调节分接电压, 即可降低产品噪声。
(2) 变压器带有可控硅或晶闸管等整流装置时, 低压侧回路的电流和电压含有大量的高次谐波, 尤其是三次谐波。如果变压器采用Yyn0接法时, 由于高压侧采用Y型接法又无中线, 故三次谐波电流不能流通, 从而使得铁心中主磁通发生畸变。除基波磁通外, 其中还含有大量的高次谐波, 尤其是三次谐波分量为最大。根据物理学声波的理论可知, 声波频率越高就越容易获得较大的声压和声强, 因此产品噪声将明显增大。降低措施为:采用Dyn11接法的变压器, 或是在变压器与可控硅装置之间安装隔离变压器。
(3) 变压器三相负载严重不平衡时, 使得低压侧出现较大的零序电流, 铁心中产生较大的零序磁通。零序磁通是基波频率的正弦波, 它的存在改变了各相磁通的大小和相位, 使得铁心单相或两相磁密严重升高或饱和。这使得变压器噪声明显增大。降低措施为:采用Dyn11接法的变压器。
(4) 变压器铁心多点接地或铁心局部硅钢片短路时, 会使铁心局部磁通畸变, 引起变压器噪声明显增大。降低措施:排除铁心故障。
(5) 干式变压器的安装场所对变压器噪声的测量和感觉影响较大。变压器安装在建筑物内, 由于墙壁、地面等相对光滑, 变压器本体的噪声经墙壁、地面等多次反射叠加后, 其噪声测量值和感觉上都比变压器本体发出的噪声明显增大。降低措施:运行用户最好能在墙壁、地面等反射面铺设吸音材料以减小声音的反射, 从而达到降低噪声的目的。
(6) 变压器本体装有风机时, 风机工作也会产生振动噪声。降低措施:尽量选用通风流量好、噪声低的冷却风机, 若风机安装在变压器本体上时, 风机与支架之间加垫橡胶垫, 以减小风机工作时的振动噪声与变压器本体之间的相互传递。
5 结论
绝缘干式电力变压器噪声主要由铁心产生, 噪声的增大原因与产品设计、硅钢片的材料、制造工艺、噪声的传播途径、产品的运行条件、负载性质、安装环境等因素有关。降低产品噪声的措施必须考虑综合经济成本, 并分析噪声产生和增大的实际原因, 然后综合治理。总之, 在设计上要综合考虑铁心几何结构及磁密对噪声的影响, 在制造工艺上要减小由于铁心硅钢片加工质量及叠装方式而造成的对噪声的影响。
参考文献
[1]变压器杂志编辑委员会.变压器技术大全[M].沈阳:辽宁科学技术出版社, 1996.
[2]曹耀武, 朱英浩.变压器结构与工艺[Z].沈阳变压器厂, 1987.