電力變壓器噪聲輻射特性

商利華 林小平 李艷軍 劉國剛 冀茂芳(勝利石油管理局電力管理總公司 山東東營257000)

隨著改革開放以來我國經濟的不斷發展，對電力能源的需求不斷增加，電力已經成為我國的經濟命脈，電力行業得到了長足的發展。隨著城區的擴大，城市的電網也在逐步改造，許多變電站建設在居民區內或者靠近居民區，變壓器噪聲已經成為城市噪音污染的重要組成部分。在電網中運輸電力的主要靠直流輸電和交流輸電兩種方式，變電站就是電力系統中通過變壓、控制電力流向和分配電能將電網聯系起來的中間設備。變換電壓的設備就是變壓器，將電能轉化為合理輸送、使用和分配的設備。變電站在工作時候，能夠產生很大的噪聲，需要控制的噪音源有高壓并聯電抗器、交流變壓器、電容器以及電磁噪聲和放電產生的噪聲。我國由于人口密度大，無法和國外一樣，將輸電設備和變電站放在無人區，這就使得變電站噪聲污染成為影響正常生活的一個重要污染源。聲源、傳聲途徑和受主是環境噪聲污染的三個基本環節，噪聲污染的控制也需要從這三個方面入手。控制噪音的根本途徑是降低聲源的輻射，控制噪聲傳播途徑則是降噪的常用手段，保護受主的聽力則很難做到，一般不采用措施。目前，對于測量變壓器噪聲輻射的方法主要有聲壓法、聲強法和振速法。利用聲壓法和聲強法在室外分別對變壓器噪聲進行測試，發現聲強法不僅能精確測量出噪音的聲壓級，而且不易受環境影響。

一、電力變壓器振動噪聲產生的機理

近十幾年來，我國對電力變壓器的噪聲控制都進行了大量的研究和預測，取得了很大的進步。但是目前噪聲的測量方法還是以聲壓法為主，聲壓法受環境影響大、精準度低，不利于對電力變壓器噪聲控制。變壓器是一種靜止的電能轉換器，通過電磁感應、改變繞組之間頻率，來變換電壓和電流。對于電力變壓器振動噪聲產生的機理我們從三個方面進行研究：一是變壓器的常見結構、工作原理和諧波的產生；二是分析電力變壓器振動噪聲產生的機理；三是繞組振動和鐵心的噪聲的傳播途徑。電力變壓器的結構主要分為內外兩部分，內部主要包括繞組、鐵心及組件，外部結構主要包括冷卻裝置、郵箱和套管。電力變壓器的電壓和容量的不同，內部結構和外部結構的組件也會隨之改變。電力變壓器的工作原理就是利用電磁感應定律，將電能轉化為磁能，再由磁能轉化為電能的電磁設備。正選交變磁通是磁場的基本條件，但是電流會在鐵心的非線性磁化特點的影響下，產生富含奇數的諧波，這就是諧波產生的原因。冷卻系統產生的噪音和變壓器本體產生的噪音是電力變壓器產生噪音的兩個主要方面。冷卻系統的噪音主要是油泵運行和冷卻風扇運行產生的噪音，變壓器本體則主要是繞組、鐵心在電磁作用下產生振動而生成的噪音。

二、電力變壓器試驗基礎

本課題通過三個方面進行分析研究電力變壓器的試驗基礎，一是噪聲測量的基礎，二是測試設備及測試系統，三是相干分析技術理論。噪聲測量的聲學參量主要有聲壓及聲壓級、聲強及聲強級、聲功率及聲功率級。噪聲不僅存在頻率屬性和量值屬性，還存在時間屬性。為了有效的評價人們對噪聲反應的主觀性，我們常用噪聲評價量來表示，包括計權曲線與計權聲級、等效連續A聲級兩個方面。為了提高聲級測量的精準度，我們在對聲源聲級測量前，要對聲級計中傳聲器進行靈敏度校準。同時，在測量噪聲時，要考慮到聲波傳播的方向、壓強、溫度以及風速，這些因素都會影響測量器對噪聲的測量結果。在相干分析技術理論中，要利用功率譜密度函數對噪音進行描述，來確定電力變壓器的振動優勢頻率和優勢頻率。相干函數是用來確定優勢頻率和振動優勢頻率之間的關系的，因為噪聲是振動產生的，但是振動不一定一定產生噪聲。為了確定主要噪聲頻率的有效性，需要利用噪聲功率譜上各噪聲源與主噪聲源之間的程度。

三、電力變壓器振動噪聲分析

為了測試電力變壓器噪聲產生的原因，本課題將電力變壓器噪聲測試分為電力變壓器出廠噪聲測量實驗和現場電力變壓器噪聲測量兩個部分，測量實驗的測點布置也是分為電力變壓器出廠和現場電力變壓器兩種布置方式。我們通過振動噪聲的相干分析和噪聲信號的頻譜特性來分析現場電力變壓器振動噪聲。通過對比出廠和現場電力變壓器的噪聲的平均A計權聲壓級和噪聲信號的窄帶譜，分析噪聲信號的頻譜特性。為了得到不同的勵磁電壓下負載和空載的電力變壓器的噪聲聲壓級，我們對電力變壓器的噪聲進行了測量實驗，并通過函數計算出各個測點的計權聲壓級。經過實驗，我們發現隨著勵磁電壓的增大，電力變壓器噪聲不管在空載還是負載的條件下，噪聲聲壓級都會隨之增大。同時，負載時電力變壓器噪聲聲壓級的變化率小于空載時的變化率。經過分析推測，電力變壓器在負載時，鐵心振動隨著勵磁電壓變化率小于空載運行時繞組振動的變化率。在電力變壓器出廠噪聲試驗加載中，本課題采用了加載直流偏磁和諧波加載兩種方法，來使現場和實驗室變壓器噪聲頻率相同。但是這兩種加載方式存在兩方面的弊端，一是需要足夠的大功率的電路來滿足四臺電力變壓器同時工作，二是需要足夠大的場地來容納四臺電力變壓器。

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