油浸式電力變壓器的噪聲源及降噪對策探析

劉偉 孔凡剛 趙鵬程

【摘要】本文介紹了油浸式變壓器噪聲的類型，分析了油浸式變壓器空載噪聲產生的原因及因素，提出了變壓器鐵芯設計和制造工藝的降噪措施，概述了降低變壓器空載噪聲的方法法。

【關鍵詞】油浸式變壓器：噪聲原因；降噪措施

油浸式電力變壓器在正常運行或出現故障時都會發出聲響，但它們的聲音是不同的。當變壓器通電后，電流通過鐵心產生交變磁通，就會發出“嗡嗡”的均勻電磁聲，音響的強弱正比于負荷電流的大小，這是正常的聲響。如一旦變壓器存在著缺陷而帶病工作，則不是正常均勻的“嗡嗡”聲，或者在正常聲外還夾帶著其它聲音。下面結合日常工作中所遇到的一些實際情況，就運行中常見的幾種異常聲響所代表的運行狀況及處理方法作簡單論述。

一、 油浸式變壓器噪聲源分析

變壓器的噪聲來源于變壓器本體和冷卻系統兩個方面。根據國內外的研究結果表明，變壓器本體振動噪聲的根源在于：

（一）變壓器本體產生的噪聲

變壓器本體噪聲產生的原因有硅鋼片的磁致伸縮引起的鐵心振動、硅鋼片接縫處和疊片之間存在著因漏磁而產生的電磁吸引力而引起的鐵心的振動、當繞組中有復雜電流通過時，負載電流產生的漏磁引起線圈、油箱壁的振動等。

由于變壓器本體噪聲通過鐵心墊腳和變壓器油傳遞給箱體和附件而產生，其是由以兩倍電源頻率為基頻的噪聲和頻率為基頻整數倍的低頻噪聲所構成。一般，電力變壓器鐵心噪聲的頻譜范圍在100～500Hz之間。

（二）冷卻系統引起的噪聲

冷卻裝置運行帶來的噪聲，與變壓器本體噪聲的機理一樣，冷卻裝置的噪聲也是由于它們的振動而產生的。國內外大量變壓器運行實踐表明，該噪聲主要是由變壓器中潛油泵和冷卻風扇運行時產生的，對于油浸自冷式變壓器，采用的是自冷式散熱器，其所產生的噪聲，比變壓器本體噪聲低得多，多可以不予考慮。

需要說明的是，變壓器是一個由各種部件組成的彈性振動系統，該系統有許多固有振動頻率。當變壓器的鐵心、繞組、油箱及其它結構機械振動的固有頻率，接近或等于硅鋼片磁致伸縮振動的基頻（2 倍的電源頻率）及其整數倍（對于50 Hz電源，系指100 Hz、200 Hz、300 Hz、400 Hz 等）時，將會產生諧振，使變壓器噪聲顯著增加。

本體噪聲和冷卻裝置噪聲合成后，形成變壓器噪聲，以聲波的形式通過空氣向四周傳播。

二、降低油浸式變壓器噪聲技術措施

（一）變壓器本體噪聲的降低

本體噪聲的降低主要通過改進材料、工藝和優化設計，從而減弱鐵心所產生的噪聲來實現。具體的措施為：

（1） 采用全斜交錯接縫的鐵心結構

在心柱和鐵軛傳統的交錯接縫結構中，磁力線在接縫處橫向穿越附近的硅鋼片中，會產生渦流和磁飽和，導致噪聲和空載損耗增大。而采用全斜交錯接縫，保證了心柱和鐵軛交錯搭接，使磁通畸變減小，同時也保證了鐵心整體機械強度。實踐證明，保證磁密1.7T不變，鐵心全斜交錯接縫結構較傳統結構的本體噪聲能夠降低3～5dB（A）。

（2） 選用高導磁優質硅鋼片

優質硅鋼片提高了結晶方位的完整度，特殊涂漆層增加了其抗張力，從而降低了其磁致伸縮ε。在磁通密度為1.5T時，高晶粒取向硅鋼片的磁致伸縮ε只有一般硅鋼片的60%。因此，在相同磁密下，優質硅鋼片的磁致伸縮ε較小，產生的振動也相應較小，噪聲可降低2～4 dB（A）。

（ 3） 控制鐵心磁密

進一步優化設計，采用合理的鐵心結構形式、尺寸。降低鐵心磁密，可以有效降低噪聲，考慮到降低鐵心磁密會使鐵心截面積、變壓器等值容量和造價相應增加，不利于成本的控制。因此，磁密降低應控制在標準磁密的10%以內。

（4） 避免鐵心共振

當鐵心固有頻率與磁致伸縮振動的頻率接近時，會因鐵心共振導致本身噪聲驟增。為避免鐵心共振，設計時應使其固有頻率避開磁致伸縮引起的基頻及二、三、四次高次諧波頻帶。為有效防止鐵心共振，可利用其上部定位件，通過箱沿螺栓的堅固，使箱體與器身上梁緊密接觸。這種方法也能改變鐵心的固有頻率，避免由此而引的噪聲急增。

（二）冷卻裝置振動噪聲的降低

冷卻裝置噪聲的降低可以通過設備本身噪聲的降低和控制傳播途徑得以實現。

（ 1） 盡可能采用自冷式散熱器，也可采用風冷散熱器配合使用各種類型的低噪音風扇。

（ 2） 冷卻裝置的振動主要是鐵心的振動通過各種途徑傳遞給油箱壁，進而向周圍介質輻射產生噪聲。所以，降低變壓器的噪聲的途徑是阻止鐵心的振動向油箱傳導和降低噪聲向周圍介質的輻射，相應的措施為：

a可在鐵心與油箱箱底之間用彈性連接來代替剛性連接。為了避免共振，要使彈性連接的固有頻率大大低于鐵心的磁致伸縮振動的固有頻率（ 100 Hz） ；還可在鐵心墊腳與箱底間放置減振橡膠，此措施對100～ 400Hz 的本體噪聲減振效果顯著；b可采用阻尼層用玻璃絲放在油箱的外表面或內表面；c 還可以采用隔聲板將油箱半封或全封閉，在外殼與箱壁之間填充吸聲材料提高隔音量. 該辦法能使變壓器的噪聲降低約10～ 20 dB。

（三）從傳播途徑減小變壓器的噪聲

通過抑制變壓器噪聲源所降低的噪聲是有限的，所以，我們也可以從噪聲的傳播途徑考慮，使噪聲在傳播過程中衰減，以達到消聲的目的。

（1）在變壓器本體與外殼間加隔聲材料，可以吸收部分變壓器自身振動產生的噪聲，但采取此種方法需考慮散熱問題。

（2）采用消聲法降低噪聲。即在變壓器一米內放置若干個噪聲發生器，使它們發出的噪聲與變壓器發出的噪聲相互抵消。其原理是首先把變壓器的噪聲信號轉變為電信號，然后放大激勵噪聲發生器，使各噪聲發出的聲音、振幅相等、相位相反，使變壓器的噪聲受到破壞性干擾以達到降低噪聲的目的。

（3）在噪聲傳播的方向設置隔聲墻，也能大大降低噪聲水平。此項措施的理論依據是：聲波在傳播過程中遇到圍墻后，使聲波的傳播方向發生變化，即聲波將要沿圍墻頂部和端部繞行傳播，使聲音得到衰減。隔聲墻的厚度若采用水泥或磚砌，要150mm-240mm厚；隔聲墻的高度通常由變壓器中心到隔聲墻之間的距離以及所希望的降噪量等因素決定，為了更有效的降低噪聲，應該使圍墻盡量靠近變壓器，變壓器到與之平行的圍墻之間的距離應不等于噪聲基波波長的一半。否則可能引起駐波，圍墻的高度應不低于變壓器的高度，但不宜高出太多，高出約0.5米。

（4）設置隔音室，這種方法國外采用的較多，就是把變壓器放在完全密封的房子里，可以有效降低噪聲30-40dB。但隔音室設計方面卻有許多困難，最大的困難就是如何把變壓器損耗散出去，如何把室內的噪聲吸收掉，防止發生交混回響，如何開門以便檢修或更換變壓器。而且要保持變壓器帶電部分到四周墻壁和頂棚的絕緣距離，還得采用穿墻套管，加上建造隔音室的得用，使變壓器成本增加很多，所以此種方法國內很少采用。

三、結束語

變壓器噪聲的產生是多途徑的，采用合理的噪聲控制措施，能有效地滿足變壓器噪聲的技術要求，增加產品的技術含量，完善和提高變壓器設計和制造水平，改善環境，以保證變壓器長期安全穩定運行，取得更好的經濟效益和社會效益。