降低變壓器鐵心噪聲的工藝措施

孟丹

摘要：城區的不斷擴大以及電網改造的需要，某些變壓器要求安裝在靠近居民區或直接設在居民區內，為保證良好的居住環境，變壓器的噪聲問題作為一種社會公害頁已經引起各使用單位和制造廠的普遍關注。本文首先分析了變壓器本體振動的來源，然后分析了影響鐵心產生噪聲的因素，最后提出了降低變壓器鐵心噪聲的工藝措施。

關鍵詞：變壓器；振動；鐵心；噪聲；夾緊力

一、變壓器本體振動的來源

試驗和研究表明，變壓器本體振動的主要源于以下幾個方面：

1、由于硅鋼片在鐵心勵磁時的磁滯伸縮現象而引起的鐵心振動。磁滯伸縮是指鐵心勵磁時，在垂直于磁感線方向硅鋼片的尺寸縮小，而在沿磁感線方向硅鋼片的尺寸增加，這種硅鋼片的尺寸變化稱為磁滯伸縮。

2、繞組中通過負載電流時，繞組間、線餅間、導線間產生的動態電磁力引起繞組振動。

3、漏磁引起油箱壁以及大型電力變壓器的磁屏蔽的振動。

4、由于漏磁，在硅鋼片接縫處和疊片之間會產生電磁力，從而導致鐵心的振動。

因此，可以認為，變壓器本體的振動完全取決于鐵心的振動。

二、影響鐵心產生噪聲的因素

（一）硅鋼片的磁滯伸縮對噪聲的影響

鐵心在勵磁時，硅鋼片的磁滯伸縮導致鐵心產生噪聲或者更進一步說是造成變壓器本體噪聲的最主要也是最直接的根源。因此，加強對磁滯伸縮的激勵及磁滯伸縮有關的各種因素的研究，以便采取有效的技術措施，使硅鋼片的磁滯伸縮得到控制和減小，是控制、降低變壓器鐵心及本體噪聲的最可靠也最有效的方法。

（二）鐵心結構及幾何尺寸對噪聲的影響。

鐵心結構形式，外形尺寸，重量，轉交部位的接縫形式，心柱和鐵軛的相對搭接面積等都與鐵心的噪聲水平有著密切而復雜的關系。

（三）鐵心裝配工藝對噪聲的影響

鐵心在交變磁場下會產生兩種形式的振動，磁滯伸縮振動和磁動態振動。第一種形式的振動是由電工硅鋼片的機械性能決定的。第二種形式的振動是由接縫附近的曾與曾之間的硅鋼片相互作用而引起的。這兩種振動形式之間的數量關系取決于硅鋼片的夾緊程度。鐵心的噪聲水平隨鐵心所受夾緊力的增大而升高；隨鐵心所受拉伸力的增大而降低。鐵心的夾緊力在某一最佳值時，鐵心的噪聲水平最低。

（四）諧振對鐵心噪聲的影響

變壓器鐵心是一個多自由度的機械振動系統，該系統的固有振動頻率多種多樣，當鐵心磁滯伸縮振動的基頻和二、三次高頻的頻率與鐵心的固有振動頻率的值相接近時，鐵心便會產生諧振現象，從而影響到鐵心的噪聲，使鐵心的噪聲大幅度增高。

三、降低變壓器鐵心噪聲的工藝措施

（一）采用全斜接縫和多級步進（一般采用五級步進）的鐵心疊片技術

該工藝技術在中小型變壓器中得到廣泛采用，隨著對大型電力變壓器噪聲要求的提高，近年來逐步在大型電力變壓器制造工藝中推廣。全斜接縫的鐵心技術是20世紀90年代后期發展推廣的一種新型工藝技術，該技術根據鐵心中磁力線的走向，特別在鐵心四角采用斜線，使磁通所受阻力減小，降低鐵心損耗和噪聲。由于磁力線與冷軋硅鋼片的壓延方向的夾角α對磁致伸縮有直接影響，硅鋼片制造廠家的試驗結果表明，當50°≤α≤60°時，磁致伸縮最小。因結構限制，變壓器鐵心全斜接縫一般為45°。

為什么采用五級步進疊片能夠降低鐵心損耗和噪聲呢？ 因為相對于兩級步進而言，一個接縫截面上每10 個疊片單元，就有5個接縫；而五級步進只有2個接縫，磁力線集中的區域減少，在接縫處磁通分布較均勻，又使氣隙中的磁通密度大大降低，從而有效降低了接縫處由磁吸力引起的噪聲。本體噪聲大部分來源于鐵軛的振動，增加鐵軛末級（最小級）片寬與倒數第二級一樣，可以增大鐵軛的截面，降低其磁通密度；增加末級片寬，也能增大夾件與鐵軛的接觸面積，使鐵軛受力均勻，增加夾緊力，綜合兩個因素，能夠有效降低噪聲。

（二）提高大型電力變壓器鐵心夾緊力和綁扎力

鐵心夾緊力應在0.25～0.37 MPa，220 kV級以上的大型電力變壓器更應控制在0.31～0.37 MPa，使鐵心片的彎曲不大于0.2%，波浪度<3 mm。試驗統計表明，改善鐵心夾緊力能夠使變壓器的噪聲降低3～5 dB。但是夾緊力不能太大，否則會破壞硅鋼片漆膜，使鐵心渦流損耗增加。夾緊具體操作過程：分別用兩個G 形卡子卡住上下軛，旋緊絲杠，保證鐵心壓緊后，再安裝橫梁、墊腳和側梁，可通過力矩扳手合理控制夾緊力。夾件緊固時，鐵軛上下的橫梁和墊腳與拉帶緊固同時進行，保證夾件上下受力均勻。

對于鐵心心柱的綁扎，本工藝技術采用國外最新發明的一種新型綁扎材料——鐵心PET綁扎帶。該綁扎技術為近年發明的最新工藝技術，特別是將進口聚酯材料 PET 綁扎帶應用到電力變壓器鐵心綁扎工藝上，屬于技術創新。PET綁扎帶可用普通的打包機進行打包綁扎。鐵心綁扎PET綁扎帶后，在變壓器鐵心烘干過程中，PET 綁扎帶能夠受熱而收縮，比傳統環氧玻璃粘帶綁扎更緊，從而減小變壓器鐵心的振動噪聲。

（三）改進鐵心結構

這對降低噪聲是極為重要的，在對鐵心的基本尺寸進行調整時，應注意使其尺寸關系的比例系數越小越好。研究和試驗表明，低噪聲變壓器鐵心在進行設計時，應盡量減小窗高 H 與心柱直徑 D1 的比值，比值每降低 10%，噪聲將降低 5.7dB。這就是說應該盡量將低噪聲變壓器設計成矮粗形，但這種情況成本會有所增加。

為了降低鐵心的噪聲，ABB 公司的經驗是：每級的鐵軛與心柱片寬之比與它們的截面積之比應該完全相等。這樣可避免磁通由心柱進入鐵軛時，產生垂直于硅鋼片表面的漏磁通而引起噪聲的增大。

冷軋硅鋼片具有方向性，為了有效并充分利用這個特點，在片型和搭接設計時，需使用無孔鐵心片結構，并且采用 45 度全斜接的接縫形式，以此降低鐵芯片的磁滯伸縮率。研究和實踐經驗證實，在接縫結構方面，當設計為階梯接縫時，在鐵心轉角處，磁通的分布得到改善，所以轉角處的磁滯伸縮比搭接和對接時既小又均勻，大約可降低鐵心噪聲 3% -4%。

（四）鐵心端面刷膠

在大型電力變壓器鐵心端面上涂環氧膠或聚酯膠，可增加鐵心表面張力約束，也可以起到減少磁致伸縮量，降低噪聲的作用。例如J-7雙組分改性環氧專用膠是適用于變壓器行業的一種專用新型膠，用于變壓器鐵心端面涂刷。該膠不溶于變壓器油，刷膠后使鐵心端面形成一個剛性整體，減少鐵心片間振動，降低變壓器噪聲。刷膠涂層厚度一般以50～100 μm 為宜，太薄降噪效果不明顯，太厚又影響鐵心散熱。

（五）采用先進的生產制造工藝

采用先進的生產制造工藝，盡可能減少在剪切硅鋼片、疊積鐵心等制造過程中，外界的因素對磁滯伸縮特性的不良影響。在剪切和疊積時，若不加注意，產生彎曲應力，硅鋼片的磁滯伸縮率會增大。疊積完成后，綁扎帶的綁扎位置和夾緊力應適當，綁扎間隔不宜過大，綁扎帶要有足夠的夾緊力，并且夾緊力應盡量均勻，保持疊片平直，避免疊片產生波浪狀變形。鐵心在起立及吊運的過程中應避免猛烈撞擊，以防產生彎曲應力。鐵心在疊積完成后，可采用在刀口面涂刷環氧樹脂的方法，通過樹脂的毛細滲入，使鐵芯片間較好地粘接在一起，降低硅鋼片的磁滯伸縮率。這些措施能使鐵心的噪聲降低 1-3dB。

（六）合理設計鐵心的尺寸，以免造成鐵心諧振

在鐵心設計過程中，選擇合理的鐵心尺寸，可以有效防止磁滯伸縮振動的基頻及二、三次高頻的頻率與鐵心的固有振動頻率一致，從而避免了諧振現象的發生。一般而言，只要鐵心的固有頻率小于磁滯伸縮基本頻率的三分之一，即小于 30H Z 就可以了。

結語

綜上，希望本文能對變壓器工藝人員起到一定的啟發借鑒作用，能夠推動電力變壓器工藝技術進步，工藝技術符合國家環保政策，具有很好的推廣價值。

參考文獻

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