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电力变压器噪声研究与控制
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电力变压器噪声研究与控制

2020-05-20 14:33:16 来源:https://www.xzbu.com/1/view-7311444.htm

变压器连续运行所发出的噪声对人们的正常生活和工作将造成影响,夜间的影响尤为严重。变压器的噪声不但污染环境,危害人类健康,影响设备的正常运行和使用寿命,而且还影响到变电站的占地面积。变压器的噪声与其电气性能和机械性能一样,都是变压器极为重要的技术参数。

变压器连续运行所发出的噪声对人们的正常生活和工作将造成影响,夜间的影响尤为严重。变压器的噪声不但污染环境,危害人类健康,影响设备的正常运行和使用寿命,而且还影响到变电站的占地面积。变压器的噪声与其电气性能和机械性能一样,都是变压器极为重要的技术参数。各变压器生产厂家也一直对变压器的噪声问题进行深入的研究,并提出各种降噪措施以有效地降低变压器的噪声给人们工作和生活带来的影响。

一、变压器噪声的研究方法电力变压器的振动是由电力变压器本体(铁芯、绕组)的振动及冷却装置的振动所引起的,本体振动产生的噪声和冷却系统的噪声一起组成了变压器的噪声。

1、振动和噪声发生机理

(1)铁芯的电磁吸力依据电磁场理论,三相交流电磁场铁芯硅钢片接缝部位存在交变电磁吸力,铁芯在电磁力作用下将存在强烈的周期性往复运动的趋势。如果铁轭或心柱松动,及夹紧力不均匀或不够,铁芯与夹件之间的摩擦力不足以平衡电磁力,将导致铁芯硅钢片产生强烈周期性往复运动,使铁芯硅钢片间及接缝间产生摩擦和碰撞,将产生以100Hz为基频的振动。

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(2)铁芯的磁致伸缩效应铁芯硅钢片在电磁场作用下发生磁致伸缩引起的铁芯振动,是变压器空载噪声的主要来源。铁芯的磁致伸缩是由于励磁时硅钢片沿磁力线方向的尺寸会发生改变,励磁消失后,硅钢片又恢复原来的形状。变压器运行时,铁芯的硅钢片发生周期性伸长缩短的变化,引起铁芯的振动。一般来说,磁致伸缩率越大,磁通密度越大,引起的噪声也就越大。大型变压器的铁芯振动幅度较大,主要是由于铁芯尺寸比较大,对应的磁致伸缩的变化量也比较大所引起的。由于变压器的电源周期是磁致伸缩变化周期的两倍,所以磁致伸缩引起的电力变压器本体振动和噪声都以1 0 0Hz 为基频。由于磁致伸缩的非线性及沿铁芯内框和外框的磁路径长短不同等,使得高次谐波的分量存在,这就导致铁芯的振动频谱中还包含有1 0 0Hz 倍频分量。因此在由铁芯振动引起的变压器振动和噪声频谱中,除了基频之外,也包含有明显的倍频分量。

(3)绕组的电动力根据电磁理论可知,绕组中的电流在磁场的作用下会产生电磁力。绕组中的电流与漏磁场的辐向分量相互作用,使绕组产生轴向电动力。一般对大容量电力变压器而言,绕组在漏磁场的作用下产生的轴向电动力可达l 0 0 0N~ 2 0 0 0 0N,从而推动铁芯夹件,造成金属撞击,使铁芯绕组整体发生振动。电动力的大小与电流的平方成正比,大型变压器中由于电流大,漏磁场也大,从而使得绕组受到的电动力较大。

2、振动和噪声传递路径电力变压器运行时,其内部铁芯和绕组在电磁作用下发生的振动,通过变压器的结构和绝缘油传递到油箱表面,使油箱壁产生振动,油箱表面的振动向四周辐射噪声。冷却装置工作时自身也产生振动和噪声,油箱振动产生的噪声和冷却装置的噪声一起,构成了变压器的总体噪声。虽然目前针对变压器的振动和噪声机理已经有了较系统的认识,但对于不同型号的变压器来说,其振动和噪声特性还是存在着一定的个体差异,在具体分析时仍需要通过准确的测试来掌握。

二、变压器噪声的控制方法变压器的噪声控制方法可以分为从噪声源上降低噪声及增大噪声在传播过程中的衰减两大类。

1、降低变压器噪声的措施降低变压器噪声的措施有:

(1)降低铁心磁密,在1.5~1.7 T 范围内,磁密每降低0.1 T,噪声可降低1~3 dB(A);

(2)采用磁致伸缩小的高导磁材料,选用高取向导磁硅钢片是减少磁致伸缩最有效的方法,在相同磁密下,磁致伸缩的大小还跟心柱与铁轭的接缝结构有关,铁心采用多级接缝比两级接缝空载噪声小;

(3)防止和减少硅钢片在加工、生产过程中受到的机械撞击;

(4)变压器噪声与硅钢片叠装质量密切相关,在铁心夹紧方面,应避免铁心接缝处存在尖角挠曲现象,并使得铁轭夹紧力均匀,在铁心叠片完成后,分别在铁心下部和上部接缝处涂环氧胶或聚酯胶;

(5)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,合理调整窗口尺寸,避开铁心的自振频带;

(6)设计时合理分布绕组的安匝,将漏磁面积减小到最小程度,使绕组轴向力达到最小,从而减少铁心夹件受到的冲击力,铁心拉板采用低磁钢板,减少拉板和铁心夹件之间的电磁吸力,减轻相互之间碰撞的作用力,这样可以降低金属撞击噪声的强度;

(7)由于油箱磁屏蔽的磁致伸缩可引起噪声,所以油箱内尽量不使用磁屏蔽,可根据漏磁量的大小,适当增大油箱的大小,避免磁屏蔽的磁致伸缩而引起噪声异常;

(8)变压器噪声的冷却系统噪声一般高于本体噪声,合理控制冷却系统的噪声,能有效地降低变压器的噪声,在设计低噪声变压器时,尽量采用自冷式,为了满足大容量变压器散热而采用冷却器时,尽量选用低噪声的潜油泵和低转数风扇的冷却器,也可根据负荷采用双速风扇,当负荷较小时开动低速风扇,噪声可相应的降低,当负荷较大时开动高速风扇,能使自冷变压器容量提高。采用上述降低变压器噪声措施后,大型变压器噪声可降低10~20 dB(A),对于一般噪声要求的大型变压器是可以的,对于安装在居民区附近的大型变压器,变压器噪声需要降低20~40 dB(A),以上措施就无法满足要求了,所以还要采取消声措施。

三、变压器的消声措施噪声的产生不可避免,通过控制变压器噪声源降低噪声是有限的。所以,还要从噪声的传播途径考虑,使噪声在传播过程中得到衰减,以达到消声的目的。

1、变压器制造方面的消声措施

(1)加缓冲装置。在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间放置防振胶垫,使铁心和磁屏蔽振动传到油箱时,由钢性连接变为弹性连接,减少振动,防止共振。在铁心和油箱定位处的螺杆与受力部件之间加入绝缘层压木,防止钢性接触而发出金属撞击产生的噪声。

(2)加隔音层降低噪声。根据油箱结构可将隔音板做成若干层,钢板内放吸音材料。采取完全消声油箱的办法,能够大幅度降低变压器噪声。

(3)采用消声法降低噪声。在变压器1 m 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振幅相等,相位相反,使变压器噪声受到破坏性干扰。

2、变电站方面的消声措施由于市区内变电站与周围建筑间距离较近,且变压器发出的低频噪声随距离的增加衰减得较慢,使周围建筑的环境噪声水平很难达到45~50 dB(A)的限值,所以对变压器的外部采取消声措施也是必不可少的。从变电站方面出发,可以采取以下消声方法:

(1)设置隔音室,把变压器放在完全密封的房子里,可以有效降低噪声30~40 dB(A),在室内布置变压器时,应考虑噪声在墙面反射时可能导致噪声的增加,可以采用矿渣棉或类似的材料对墙面进行涂覆处理,增加吸声系数,使噪声明显降低;

(2)在变压器周围建隔音墙,也能大大地降低噪声水平。

结束语:总之,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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