油浸式電力變壓器的噪聲源及降噪對策

瞿秋南

摘要：目前，變壓器噪聲水平高低已成為廠家生產設計及制造水平的重要衡量指標；用戶則會根據其所處位置等情況對變壓器聲級水平提出更高要求。而目前變壓器聲級的相關規定難于滿足用戶要求。因此，本文在查閱相關資料及自身實踐的基礎上對油浸式電力變壓器噪聲源及其相應的降噪對策加以分析研究，具有重要的現實意義。

關鍵詞：油浸式電力變壓器；噪聲源；降噪對策

引言

近年來，由于城市用電量的大幅增長，城市用電負荷密度越來越高，特別是城市的不斷擴大和城區電網建設的需求，越來越多的變電所深入負荷中心，建于商業區和居民區內，于是變壓器噪聲問題就變得十分突出。變壓器的噪聲不但污染環境，危害人類身體健康，影響設備正常運行，并且隨著人們環境意識的提高和環保部門對各類噪聲的限制，有關此類的投訴和訴訟也變得越來越多，帶來了很多的社會效益及經濟效益的損失。因此，對變壓器的噪聲的更嚴格限制已成為一種現實要求，變壓器噪聲水平的高低，也成為了衡量變壓器生產廠家設計和制造水平的重要指標。

一、噪聲源分析

變壓器本體及冷卻系統為變壓器噪聲的兩大來源。國外相關研究結果顯示，電力變壓器本體振動噪聲原因包括三方面，其一，硅鋼片上磁致伸縮造成鐵芯振動；其二，硅鋼片疊片與接縫之間或許存在漏磁現象從而產生電磁吸引力引起鐵芯振動；其三，繞組中所存在的負載電流，其通過會產生漏磁進而造成郵箱壁與線圈產生振動。該噪聲主要經由油箱與鐵芯進而傳至箱體與附件，噪音產生。而冷卻系統噪聲則由油泵及風扇振動所致。變壓器本體噪聲基頻是電源頻率的兩倍，其低頻噪聲頻率則是基頻的整數倍。通常情況下，鐵芯噪聲頻譜范圍為100Hz～500Hz。

二、降噪對策分析

2.1基于噪聲源的降噪對策

（1）選用優質硅鋼片。優質硅鋼片的使用有助于結晶方位完整度的提高及其特殊涂層抗張力的提高，實現降低硅鋼片磁致伸縮的目標。在磁通密度為1.5t的情況下，電力變壓器其高晶粒取向優質硅鋼片磁致伸縮約為其他硅鋼片的60%。因而，當磁通密度保持不變時，優質硅鋼片其磁致伸縮更低，所產生的振動也隨之降低，可降低約2dB～4dB的噪聲。鐵芯中磁通密度每降低0.01T，噪聲則可相應降低0.2dB。

（2）選取優良鐵芯物理參數。首先，盡可能降低鐵芯重量，其重量每降低0.1，電力變壓器噪聲就可降低約為5.7dB。其次，盡可能降低鐵芯窗高與直徑間的比值，換言之，在對低噪聲變壓器進行設計時應盡量將其設計為矮胖形，從而有效降低噪聲。再次，可采用增加鐵軛的截面積來達到減小磁通密度的目的，實現鐵芯噪音的有效降低。通常情況下，變壓器芯柱產生的噪聲可采用繞組與圍屏等方式來降低。鐵軛截面積的增加既能夠有效降低其磁通密度，還能夠增加其與夾件間的接觸面積，使其得以均勻受力，可成功降低噪聲約2dB～5dB。并且，使用此方法電力變壓器整體尺寸無大幅增加，對其成本的影響也就相對較小。應注意的是，鐵軛各級片寬須同時按比例增大方能夠防止因磁通密度出現差異從而導致損耗及空載電流增大。最后，在確定鐵芯自振頻率之前應先進行科學計算，盡可能避開鐵芯共振，防止變壓器噪聲增加。

（3）改進鐵芯結構并采用合理疊裝及裝配工藝。首先，采用全斜交錯接縫鐵芯結構。傳統的芯柱與鐵軛交錯接縫結構，磁力線接縫處橫穿附近硅鋼片，導致渦流與磁飽和，在很大程度上增加了空載損耗與噪聲。而新型全斜交錯接縫采用芯柱與鐵軛兩者交錯搭接，通過降低磁通畸變，確保了鐵芯具有較高的整體機械強度。相關實踐結果顯示，若磁密保持在1.7t不變時，全斜交錯架構可在傳統結構的基礎上降低變壓器約為3dB～5dB的本體噪聲。其次，控制鐵芯夾緊力。研究表明，在鐵芯夾緊力壓強為0.08MPa～0.12MPa的情況下，變壓器噪聲可降至最小值。由上述內容我們可以發現，對鐵芯夾緊力的控制對變壓器噪聲的控制密切關聯。因而，在其制造過程中通過使用力矩扳手來實現對其夾緊力的有效控制。此外，于芯柱級間位置放置絕緣棒，保證其芯柱綁扎受力均勻，可有效防止鐵芯受力不均而導致磁致伸縮的增加。第三，降低硅鋼片的內應力。相關研究已證實，磁致伸縮對硅鋼片的內應力極為敏感。若磁通密度保持不變，硅鋼片內應力越大，其磁致伸縮升高速度也更為迅速。而優質硅鋼片抗折彎次數較低，因而在對其進行剪切、運輸與堆放疊積一系列過程中可考慮使用不疊上軛工藝；針對油道及夾件絕緣則可使用絕緣紙板進行預壓密化等相應處理；結構合理且適應性高的翻轉架的選用等處理措施均對過鋼片內應力增加的控制及降低具有重要意義。最后，于鐵芯表面涂膠，即是說在硅鋼片剪切過程中，對疊裝及綁扎后的鐵芯剪切端面另行涂抹樹脂類膠體涂層，從而將其邊緣處部分內應力抵消，涂層厚度通常為50～1001xm，過厚不利于鐵芯散熱，過薄則降噪效果欠佳。

（4）冷卻系統降噪措施分析。冷卻系統噪聲的合理控制對變壓器噪聲的降低具有重要意義。通過低噪聲風扇、冷卻裝置、自然冷卻方式并輔以消聲、減振裝置可實現對變壓器冷卻系統噪聲的有效控制。

2.2基于傳播途徑的降噪對策分析

（1）控制鐵芯振動向油箱傳播。可將橡膠板置于油箱底與鐵芯墊腳間，將剛性接觸轉換為彈性接觸，實現對振動傳播的有效控制。另外，變壓器運行過程中需保持器身定位處和油箱連接件兩處處于打開狀態，避免器身與油箱產生機械連接，將固體傳播成功消除，降低噪聲。

（2）控制油箱振動。對油箱振動的控制可采用增加油箱強度，對加強筋進行科學布置，將槽式筋換為板式筋，控制兩者兼具，對油箱中部加強筋進行適當密布等諸多方式。此外，采用科學的焊接工藝，減小箱壁焊接變形度，以降低制造過程中油箱殘留應力。將槽式筋內以河沙、石棉板或鐵砂填充，盡量減少油箱連接與油箱懸臂件兩者間不平連接件，于油箱內壁設置橡膠板等措施均可有效降低箱壁振幅，降低噪聲。

（3）控制油箱向外傳播振動。將橡膠等減振材料加放于油箱與地基之間，使用螺栓與箱壁外固定并粘貼隔聲板，對箱壁外兩加強筋間焊裝鋼板，中間填充吸聲材料，對油箱、散熱器等冷卻裝置之間盡量采用波紋管等軟連或使用集中冷卻等措施均可實現對變壓器噪聲的控制及降低。

三、結語

通過對鐵芯振動、油箱振動以及冷卻系統采取控制及相應的降噪措施可有效降低電力變壓器噪聲水平，上述對油浸式電力變壓器噪聲源及相應降噪對策的分析已進行實踐驗證，并取得較好的應用效果，可為我國日后變壓器降噪對策提供了參考。

參考文獻：

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[2]王瑜，趙建網.油浸式電力變壓器的噪聲源及降噪對策[J].電力環境保護，2008，24（03）：45- 47.

研究項目：農網有載調容油浸式變壓器（昆明供電局）資助