大型電力變壓器的噪聲分析與控制

【摘要】中國城市的發展進程伴隨著社會經濟的發展而逐年加快，對于能源建設提出了更高的要求。然而，由于大型的電力變壓器被安裝在城市內，其在運行過程中所發出的噪聲已經成為了城市的一項污染源。分析大型電力變壓器的噪聲，并制定相應的控制措施是非常必要的。

【關鍵詞】電力變壓器；噪聲；控制

電力事業應市場需求而不斷地完善技術，服務的質量也有所提升。高電壓輸電線路引進到城市中，給人們的生活用電提供了便利條件。與此同時，隨著110千伏，甚至于220千伏的變電站被建設在城市居民區，導致大型變壓器所發出的噪聲嚴重地污染了城市環境。

一、變壓器噪聲的產生

電力變壓器所產生的噪聲主要來源于本體和冷卻系統。從變壓器噪聲產生的機理來分析，當鐵心的硅鋼片處于磁致伸縮狀態的時候，其是在交變磁場的作用下所形成的，即便是磁致伸縮的幅度極其微小，也會引起鐵心發生周期性地震動，此時，會有電磁吸引力在硅鋼片的接縫處與疊片之間產生，這種現象主要是由于出現漏磁而形成的。電力變壓器之所以會發生噪聲，在于漏磁的作用而使電磁吸引力產生，導致有電磁力在繞組中形成，并引起繞組發生振動，噪聲因此而產生。

二、變壓器噪聲的研究

（一）漏磁場的作用而引起的噪聲

大型的變壓器電流相對較大，漏磁場也會相應地增大。當變壓器繞組中所流動的電流與漏磁場發生作用，就會有電磁力在導線上產生。在漏磁場的作用下，繞組此時會有1～20千牛的軸向電動力產生，鐵心在這個推動力的作用下，形成由于金屬撞擊而產生的震動，噪聲因此而形成。在變壓器繞組的漏磁區域，會有引線穿過，那么，引線也會受到漏磁的影響，隨著漏磁場的增大，引線在越來越大的電動力的作用下，會導致震動的噪聲頻率增高。此外，當有氣隙的導磁鋼件之間出現漏磁現象的時候，基于漏磁的交變性特點，相應的交變電磁吸力會因此而產生。此時，如果鋼件之間處于不可靠的連接狀態，就會因金屬的撞擊而出現噪聲。

（二）冷卻系統所產生的噪聲

大型的電力變壓器的冷卻方式主要為兩種，即風冷和強油風冷。要發揮冷卻系統的制冷功能，就要將風扇和油泵都打開，隨著風機和油泵電機的轉動，就會有空氣動力噪聲形成。通常情況下，一臺變壓器要配有兩臺以上的風冷卻器。如果是處于正常的符合條件下，SF-PZ11- 180000/220 變壓器處于常規運行環境中，需要配備風冷卻器4臺，那么，所產生的空氣動力噪聲甚至可以超過80dB（A）。相比較于由于漏磁場的作用而引起的噪聲，冷卻系統的噪聲要高出很多。

（三）電力變壓器所產生噪聲的頻率

由于變壓器本體所產生的噪聲與磁致伸縮的變化周期成反比例變化的，當磁致伸縮的變化周期為電網頻率的一半的時候，變壓器所發生的噪聲就會使電網頻率的兩倍。以此為基頻，電力變壓器處于低頻率特征是時候，在電網頻率的影響下，噪聲能量就會在基頻的基礎上呈現出偶數被增長。中國電力企業所應用的變壓器，噪聲以線譜噪聲為主，頻率集中于100赫茲、200赫茲以及300赫茲局限范圍內。變壓器的線譜特性如圖1所示。

三、大型電力變壓器的噪聲控制

（一）變壓器噪聲降低的措施

1.鐵心采用多級接縫

當鐵心采用多級接縫設計的時候，接縫處的磁通會出于相對均勻的分布狀態，降低氣隙中的磁密，會使接縫處所產生的噪聲弱化。同時，在降低了振幅的同時，還會使勵磁的電流和容量相對降低，噪聲功率也會相應地降低。

2.避開鐵心的自振頻帶

為了降低噪音頻率，正在設計的過程中，就要將鐵心的自振頻率考慮在內。為了避開由于鐵心的自振而產生的噪音，可以對于窗口尺寸進行調整。額定頻率為50赫茲的變壓器，需要避開的自振頻率帶分別為：75～125赫茲，175～225赫茲，245～325赫茲，375～425赫茲。這些共振頻帶如果被有效避開了，就不會在鐵心處有共振產生。

（二）變壓器噪聲的消聲措施

當變壓器處于運營狀態時，產生噪聲是在所難免的，即便是采用了各種控制措施，弱化噪聲的能力也很有效。因此，可以從傳播途徑的角度進行研究，試圖使噪聲衰減并逐漸地消失于傳播途徑中。

1.運用噪聲發生器

將噪聲發生器放置在變壓器的1米范圍內。由于噪聲發生器所發出的聲音會轉變變壓器的噪聲信號，使其以電信號的形式傳輸出來，因此而實現了噪聲相互抵消的作用。為了使變壓器的噪聲在噪聲發生器破壞性的干擾下而消失，需要兩種噪聲在振幅相等的條件下實現。那么，這種噪聲控制系統就要安裝聲音調節器、傳感器以及電子控制器，以使噪聲的振幅具有可調性。這一裝置在郵箱的任何部位都可以安裝。當數字信號通過控制器專門的聲音設計以及振動調節器而出現的時候，變壓器郵箱所產生的噪聲就會在振動調節器的作用下停止。在100～400赫茲內，聲音調節器會出現極為微小的諧振波，對于消除油箱噪音具有很好的消除作用。

2.運用緩沖裝置

選擇合適的防振膠墊放置在磁屏蔽和箱壁之間，并在鐵心墊腳處也墊上防振膠墊。當有鐵心振動或者磁屏蔽振動出現的時候，傳遞到油箱時，可將原有連接方式由剛性轉為彈性，振動被削弱的同時，共振就會消失。當剛性接觸的時候，就會有金屬撞擊而導致噪聲產生，將絕緣層壓木放置在螺桿與受力部件之間，可以防治噪聲產生。

四、結論

綜上所述，在中國城鎮化發展的進程中，各種能源消耗也在逐漸增大。電力，作為基礎能源，隨著人口的增多而逐漸增加。為了緩解城市的用電難問題，高壓輸電線路被應用到城市中，以解決輸變電設備不斷提升的電壓等級。然而，大型變壓器的使用造成了城市噪聲污染，那么著力分析變壓器產生噪聲的原因并采取相應等等措施控制噪聲成為了重要研究課題。

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