電力變壓器振動噪聲產生機理和影響因素研究

韓宇賢

摘 要：近年來人們在環保方面的意識越來越強。除了全社會廣泛關注的空氣污染、水污染等問題，噪音污染也越來越被人們所注視，對電力變壓器產生的振動噪聲進一步降低已經是迫切需要解決的問題。因此，本文分析了電力變壓器振動噪聲產生的原因，敘述了繞組和鐵芯振動機理。在這個基礎上，對變壓器出現的振動噪聲的治理方法進行了闡述。

關鍵詞：電力變壓器；振動噪聲；機理

1 概述

對于電力變壓器，特別是大型的電力變壓器來說，其在工作當中會產生許多噪音。這些產生的噪音將會給周圍人們的生活以及工作帶來非常大的影響。為了緩解這些出現較大噪音的問題，需要對電力變壓器噪聲水平進一步降低[1]。由于我國經濟發展的客觀現狀，在早期變壓器制造技術水平比較落后，直到二十世紀八十年代以后，才漸漸出現了有關單位以及企業對變壓器出現的噪聲進行分析。變壓器噪音是由振動所帶來，在電力變壓器正常工作當中，內部鐵芯等部件不可避免的會出現摩擦現象，進而造成了慣性不平衡的問題。這些問題將最終造成了電力變壓器振動問題。當變壓器當中的振動不斷增大的時候，振動出現的噪音也隨之增大。當振動到達一定的強度時，就出現了噪音。因此我們可以看出，出現噪聲的主要原因主要是由于電力變壓器運行當中出現的振動[2]。本文分析了電力變壓器振動噪聲產生的原因，敘述了繞組和鐵芯振動機理。在這個基礎上，對降低振動噪聲的方法進行分析。

2 變壓器振動噪聲產生及傳播機理

在電力變壓器正常工作當中，內部器件之間不可避免的會出現摩擦現象，進而造成了慣性不平衡的問題。這些問題將產生振動。振動在空氣當中進行傳播，就會形成了聲音。當這些聲音達到界限的時候，就會出現噪音。出現噪音的主要原因之一還有直流偏磁[3]。在電力變壓器當中，由于磁場力不大，因此，這方面帶來的振動出現較小的噪音。

2.1 振動產生的機理

在電力變壓器當中，基頻為100赫茲。除此之外，電力變壓器內也含有其他高次諧波。這些諧波主要有下面幾個方面的來源：

（1）在變壓器勵磁系統當中，造成鐵芯振動的原因是硅鋼片磁致伸縮所造成的。

（2）變壓器振動是由于動態電磁力所造成的。這種電磁力是通過負載電流引起的。

（3）油箱壁振動是由于漏磁所造成。

在電力變壓器實際運行的時候，漏磁噪聲的振動比較小。除此之外，隨著目前制造工藝不斷先進，造成了動態電磁力逐漸減小，可忽略不計。因此，經過上述分析，變壓器振動現象主要由于繞組和鐵芯出現振動所造成的。下面我們將分別對這兩個方面出現的振動機理進行分析[4]。

2.1.1 變壓器鐵芯的振動機理

磁致伸縮的主要原因是鐵芯出現振動。當磁致伸縮產生鐵芯勵磁的時候，沿磁力線的方向中的硅鋼片大小將增加。除此之外，在垂直磁力向方向內，其大小也進而減小。磁致伸縮鐵芯帶里的振動基頻要遠遠大于電源的頻率。不僅包含了基頻，還含有了高次諧波。高次諧波以及基頻是由于鐵芯磁致伸縮所引起的，同時在沿著鐵芯內外框當中存在著不一樣磁通路徑大小也會產生高次諧波。

隨著科學技術的不斷發展，對鐵芯的疊積方式進行了不斷改進和優化。因此，通過疊片之間出現的漏磁振動信號可以忽略不計。同時，由于磁致伸縮能量比較大，控制起來比較困難。所以，硅鋼片的磁致伸縮大小決定了電力變壓器鐵芯振動的強度[5]。

2.1.2 變壓器繞組的振動機理

電力變壓器在運行當中，繞組受到的電動力主要含有下面三類，分別為：

（1）周向力。這個力是在繞組圓周方向上出現的作用力。

（2）軸向力。它是一個機械力，是通過電動力引起的。

（3）輻向力。這個力是通過電動力造成的機械應力。

在以上三個作用力內，因為軸向力不大。因此，通過軸向力引起的振動比較小，小到可以忽略不計。軸向力以及輻向力是出現繞組振動作用力的原因之一。

這兩個作用力可能產生匝間絕緣遭受嚴重損害，對電力變壓器絕緣造成一定的影響，進而影響著變壓器運行的穩定性。當兩種力比較大的時候，將造成繞組扭曲出現變形甚至造成導線斷裂。

2.2 振動傳播機理

繞組振動傳播的主要路徑就是絕緣油。而鐵芯振動傳播主要分成兩類：

（1）固體傳播。振動傳播的路徑是從腳墊的位置傳遞到了油箱位置。

（2）液體傳播。振動通過絕緣油傳到油箱當中。

除此之外，風扇和油泵等一些冷卻系統產生的振動也是利用固體途徑向變壓器油箱內進行傳播。各個裝置利用各類途徑傳播到變壓器的表面，進而造成變壓器的器身出現振動。

3 振動分析的實際應用和防范措施

3.1 振動分析的實際應用

我們熟悉了電力變壓器出現振動的原因之后，就可以在這個基礎之上，對電力變壓器故障進行排查。隨著現代化工業不斷發展，對于變壓器來的容量與質量要求越來越高，整個電網的電力傳輸過程當中，對安全性以及可靠性的要求也越來越大。高壓設備的安全運行，可以確保國家財產安全，能夠對國家工業發展起到了大力的支持。因此，對電力變壓器運行狀況的監測與檢修變越非常重要。

在此次研究當中，分析了電力變壓器振動機理。振動分析法可以實時的對高壓變壓器運行狀況進行掌握，及時對高壓變壓器存在的故障、異常狀況進行預警，以此避免變壓器突發事故的出現，進而實現了狀態檢修，大大降低了停電檢修時間，最終達到了提升電網經濟效益以及科學管理水平。

3.2 變壓器振動噪聲的防范措施

我們從上文的分析匯總可以看出，變壓器噪音是因為電力變壓器內出現的振動所引起的。聲源分成三種，分別是繞組、冷卻器以及鐵芯。電力變壓器的周圍環境存在許多不確定性的影響。因此，對變壓器產生的噪音很難有針對性的保護措施。所以，我們需要充分考慮電力變壓器本身方面，以此對噪聲問題進行解決。要合理的對電力變壓器振動過程中出現的噪音進行消減需要從下面幾個方面入手。首先，在聲源方面，降低電力變壓器出現的振動噪音。向前文所描述的那樣，降低電力變壓器繞組、鐵芯以及冷卻器出現的振動噪聲，需要安裝質量合格并且較小振動的電力變壓器。另外，在電力變壓器內還能夠安裝消聲器和減震器安裝，進而達到降低變壓器振動噪音的效果。第二，我們還可以從阻礙傳播途徑的方向進行分析，進而有效的治理變壓器振動的噪音。振動噪音是通過電力變壓器本體和空氣來傳播的。在實際治理當中，我們需要對變壓器振動噪聲從下面幾個方面進行治理：

（1安裝緩沖器在變壓器基礎和箱底之間。這種方法不僅能夠起到降低振動噪音的效果，以防止共振的情況發生。還可以大大降低鐵芯振動造成的噪音。

（2）增加隔音層。這也是降低變壓器振動噪音的有效途徑。當噪音產生之后，穿過隔音板的時候，將會被隔音板吸收一部分，進而實現降噪效果。

（3）建造隔音效果較好的室內建筑來對電力變壓器進行放置，以此達到阻礙噪音傳播的目的。

結束語

隨著科學技術的不斷發展，在生活環境方面，人們重視程度越來越高。電力變壓器振動噪聲對周圍居民生活以及工作的影響程度也越來越受到人們的廣泛關注。因此，本文介紹了電力變壓器鐵芯和繞組振動出現的原因。同時，在這個基礎之上，分析了一些解決變壓器振動噪聲的方法，在今后的實際當中能夠起到了一定的借鑒作用，以此確保我國電力行業持續健康的發展。

參考文獻：

[1]郭俊，汲勝昌，沈淇，等.盲源分離技術在振動法檢測變壓器故障中的應用[J].電工技術學報，2012，27（10）：68-78.

[2]汲勝昌.變壓器繞組與鐵心振動特性及其在故障監測中的應用研究[D].西安：西安交通大學，2013：25-39.

[3]徐小軍.油浸式變壓器鐵心和繞組的振動特性有限元分析[D].南京：東南大學，2015.

[4] 譚聞，張小武.電力變壓器噪聲研究與控制[J].高壓電器，2015，45（2）：70-76.

[5] 顧曉安 ，沈榮瀛，徐基泰.國外變壓器噪聲研究的動向[J].變壓器.2012，39（6）：33-38.