论文部分内容阅读
摘要：城区的不断扩大以及电网改造的需要，某些变压器要求安装在靠近居民区或直接设在居民区内，为保证良好的居住环境，变压器的噪声问题作为一种社会公害页已经引起各使用单位和制造厂的普遍关注。本文首先分析了变压器本体振动的来源，然后分析了影响铁心产生噪声的因素，最后提出了降低变压器铁心噪声的工艺措施。
关键词：变压器；振动；铁心；噪声；夹紧力
一、变压器本体振动的来源
试验和研究表明，变压器本体振动的主要源于以下几个方面：
1、由于硅钢片在铁心励磁时的磁滞伸缩现象而引起的铁心振动。磁滞伸缩是指铁心励磁时，在垂直于磁感线方向硅钢片的尺寸缩小，而在沿磁感线方向硅钢片的尺寸增加，这种硅钢片的尺寸变化称为磁滞伸缩。
2、绕组中通过负载电流时，绕组间、线饼间、导线间产生的动态电磁力引起绕组振动。
3、漏磁引起油箱壁以及大型电力变压器的磁屏蔽的振动。
4、由于漏磁，在硅钢片接缝处和叠片之间会产生电磁力，从而导致铁心的振动。
因此，可以认为，变压器本体的振动完全取决于铁心的振动。
二、影响铁心产生噪声的因素
（一）硅钢片的磁滞伸缩对噪声的影响
铁心在励磁时，硅钢片的磁滞伸缩导致铁心产生噪声或者更进一步说是造成变压器本体噪声的最主要也是最直接的根源。因此，加强对磁滞伸缩的激励及磁滞伸缩有关的各种因素的研究，以便采取有效的技术措施，使硅钢片的磁滞伸缩得到控制和减小，是控制、降低变压器铁心及本体噪声的最可靠也最有效的方法。
（二）铁心结构及几何尺寸对噪声的影响。
铁心结构形式，外形尺寸，重量，转交部位的接缝形式，心柱和铁轭的相对搭接面积等都与铁心的噪声水平有着密切而复杂的关系。
（三）铁心装配工艺对噪声的影响
铁心在交变磁场下会产生两种形式的振动，磁滞伸缩振动和磁动态振动。第一种形式的振动是由电工硅钢片的机械性能决定的。第二种形式的振动是由接缝附近的曾与曾之间的硅钢片相互作用而引起的。这两种振动形式之间的数量关系取决于硅钢片的夹紧程度。铁心的噪声水平随铁心所受夹紧力的增大而升高；随铁心所受拉伸力的增大而降低。铁心的夹紧力在某一最佳值时，铁心的噪声水平最低。
（四）谐振对铁心噪声的影响
变压器铁心是一个多自由度的机械振动系统，该系统的固有振动频率多种多样，当铁心磁滞伸缩振动的基频和二、三次高频的频率与铁心的固有振动频率的值相接近时，铁心便会产生谐振现象，从而影响到铁心的噪声，使铁心的噪声大幅度增高。
三、降低变压器铁心噪声的工艺措施
（一）采用全斜接缝和多级步进（一般采用五级步进）的铁心叠片技术
该工艺技术在中小型变压器中得到广泛采用，随着对大型电力变压器噪声要求的提高，近年来逐步在大型电力变压器制造工艺中推广。全斜接缝的铁心技术是20世纪90年代后期发展推广的一种新型工艺技术，该技术根据铁心中磁力线的走向，特别在铁心四角采用斜线，使磁通所受阻力减小，降低铁心损耗和噪声。由于磁力线与冷轧硅钢片的压延方向的夹角α对磁致伸缩有直接影响，硅钢片制造厂家的试验结果表明，当50°≤α≤60°时，磁致伸缩最小。因结构限制，变压器铁心全斜接缝一般为45°。
为什么采用五级步进叠片能够降低铁心损耗和噪声呢？ 因为相对于两级步进而言，一个接缝截面上每10 个叠片单元，就有5个接缝；而五级步进只有2个接缝，磁力线集中的区域减少，在接缝处磁通分布较均匀，又使气隙中的磁通密度大大降低，从而有效降低了接缝处由磁吸力引起的噪声。本体噪声大部分来源于铁轭的振动，增加铁轭末级（最小级）片宽与倒数第二级一样，可以增大铁轭的截面，降低其磁通密度；增加末级片宽，也能增大夹件与铁轭的接触面积，使铁轭受力均匀，增加夹紧力，综合两个因素，能够有效降低噪声。
（二）提高大型电力变压器铁心夹紧力和绑扎力
铁心夹紧力应在0.25～0.37 MPa，220 kV级以上的大型电力变压器更应控制在0.31～0.37 MPa，使铁心片的弯曲不大于0.2%，波浪度<3 mm。试验统计表明，改善铁心夹紧力能够使变压器的噪声降低3～5 dB。但是夹紧力不能太大，否则会破坏硅钢片漆膜，使铁心涡流损耗增加。夹紧具体操作过程：分别用两个G 形卡子卡住上下轭，旋紧丝杠，保证铁心压紧后，再安装横梁、垫脚和侧梁，可通过力矩扳手合理控制夹紧力。夹件紧固时，铁轭上下的横梁和垫脚与拉带紧固同时进行，保证夹件上下受力均匀。
对于铁心心柱的绑扎，本工艺技术采用国外最新发明的一种新型绑扎材料——铁心PET绑扎带。该绑扎技术为近年发明的最新工艺技术，特别是将进口聚酯材料 PET 绑扎带应用到电力变压器铁心绑扎工艺上，属于技术创新。PET绑扎带可用普通的打包机进行打包绑扎。铁心绑扎PET绑扎带后，在变压器铁心烘干过程中，PET 绑扎带能够受热而收缩，比传统环氧玻璃粘带绑扎更紧，从而减小变压器铁心的振动噪声。
（三）改进铁心结构
这对降低噪声是极为重要的，在对铁心的基本尺寸进行调整时，应注意使其尺寸关系的比例系数越小越好。研究和试验表明，低噪声变压器铁心在进行设计时，应尽量减小窗高 H 与心柱直径 D1 的比值，比值每降低 10%，噪声将降低 5.7dB。这就是说应该尽量将低噪声变压器设计成矮粗形，但这种情况成本会有所增加。
为了降低铁心的噪声，ABB 公司的经验是：每级的铁轭与心柱片宽之比与它们的截面积之比应该完全相等。这样可避免磁通由心柱进入铁轭时，产生垂直于硅钢片表面的漏磁通而引起噪声的增大。
冷轧硅钢片具有方向性，为了有效并充分利用这个特点，在片型和搭接设计时，需使用无孔铁心片结构，并且采用 45 度全斜接的接缝形式，以此降低铁芯片的磁滞伸缩率。研究和实践经验证实，在接缝结构方面，当设计为阶梯接缝时，在铁心转角处，磁通的分布得到改善，所以转角处的磁滞伸缩比搭接和对接时既小又均匀，大约可降低铁心噪声 3% -4%。
（四）铁心端面刷胶
在大型电力变压器铁心端面上涂環氧胶或聚酯胶，可增加铁心表面张力约束，也可以起到减少磁致伸缩量，降低噪声的作用。例如J-7双组分改性环氧专用胶是适用于变压器行业的一种专用新型胶，用于变压器铁心端面涂刷。该胶不溶于变压器油，刷胶后使铁心端面形成一个刚性整体，减少铁心片间振动，降低变压器噪声。刷胶涂层厚度一般以50～100 μm 为宜，太薄降噪效果不明显，太厚又影响铁心散热。
（五）采用先进的生产制造工艺
采用先进的生产制造工艺，尽可能减少在剪切硅钢片、叠积铁心等制造过程中，外界的因素对磁滞伸缩特性的不良影响。在剪切和叠积时，若不加注意，产生弯曲应力，硅钢片的磁滞伸缩率会增大。叠积完成后，绑扎带的绑扎位置和夹紧力应适当，绑扎间隔不宜过大，绑扎带要有足够的夹紧力，并且夹紧力应尽量均匀，保持叠片平直，避免叠片产生波浪状变形。铁心在起立及吊运的过程中应避免猛烈撞击，以防产生弯曲应力。铁心在叠积完成后，可采用在刀口面涂刷环氧树脂的方法，通过树脂的毛细渗入，使铁芯片间较好地粘接在一起，降低硅钢片的磁滞伸缩率。这些措施能使铁心的噪声降低 1-3dB。
（六）合理设计铁心的尺寸，以免造成铁心谐振
在铁心设计过程中，选择合理的铁心尺寸，可以有效防止磁滞伸缩振动的基频及二、三次高频的频率与铁心的固有振动频率一致，从而避免了谐振现象的发生。一般而言，只要铁心的固有频率小于磁滞伸缩基本频率的三分之一，即小于 30H Z 就可以了。
结语
综上，希望本文能对变压器工艺人员起到一定的启发借鉴作用，能够推动电力变压器工艺技术进步，工艺技术符合国家环保政策，具有很好的推广价值。
参考文献
[1]郭欣. 220kV变电站变压器噪声研究[J]. 科技情报开发与经济. 2011（08）
[2]冯宝才，王晓光. 降低干式变压器噪声的措施[J]. 电气制造. 2011（03）
[3]季青. 变压器噪声分析及改善措施[J]. 农业装备技术. 2010（03）
关键词：变压器；振动；铁心；噪声；夹紧力
一、变压器本体振动的来源
试验和研究表明，变压器本体振动的主要源于以下几个方面：
1、由于硅钢片在铁心励磁时的磁滞伸缩现象而引起的铁心振动。磁滞伸缩是指铁心励磁时，在垂直于磁感线方向硅钢片的尺寸缩小，而在沿磁感线方向硅钢片的尺寸增加，这种硅钢片的尺寸变化称为磁滞伸缩。
2、绕组中通过负载电流时，绕组间、线饼间、导线间产生的动态电磁力引起绕组振动。
3、漏磁引起油箱壁以及大型电力变压器的磁屏蔽的振动。
4、由于漏磁，在硅钢片接缝处和叠片之间会产生电磁力，从而导致铁心的振动。
因此，可以认为，变压器本体的振动完全取决于铁心的振动。
二、影响铁心产生噪声的因素
（一）硅钢片的磁滞伸缩对噪声的影响
铁心在励磁时，硅钢片的磁滞伸缩导致铁心产生噪声或者更进一步说是造成变压器本体噪声的最主要也是最直接的根源。因此，加强对磁滞伸缩的激励及磁滞伸缩有关的各种因素的研究，以便采取有效的技术措施，使硅钢片的磁滞伸缩得到控制和减小，是控制、降低变压器铁心及本体噪声的最可靠也最有效的方法。
（二）铁心结构及几何尺寸对噪声的影响。
铁心结构形式，外形尺寸，重量，转交部位的接缝形式，心柱和铁轭的相对搭接面积等都与铁心的噪声水平有着密切而复杂的关系。
（三）铁心装配工艺对噪声的影响
铁心在交变磁场下会产生两种形式的振动，磁滞伸缩振动和磁动态振动。第一种形式的振动是由电工硅钢片的机械性能决定的。第二种形式的振动是由接缝附近的曾与曾之间的硅钢片相互作用而引起的。这两种振动形式之间的数量关系取决于硅钢片的夹紧程度。铁心的噪声水平随铁心所受夹紧力的增大而升高；随铁心所受拉伸力的增大而降低。铁心的夹紧力在某一最佳值时，铁心的噪声水平最低。
（四）谐振对铁心噪声的影响
变压器铁心是一个多自由度的机械振动系统，该系统的固有振动频率多种多样，当铁心磁滞伸缩振动的基频和二、三次高频的频率与铁心的固有振动频率的值相接近时，铁心便会产生谐振现象，从而影响到铁心的噪声，使铁心的噪声大幅度增高。
三、降低变压器铁心噪声的工艺措施
（一）采用全斜接缝和多级步进（一般采用五级步进）的铁心叠片技术
该工艺技术在中小型变压器中得到广泛采用，随着对大型电力变压器噪声要求的提高，近年来逐步在大型电力变压器制造工艺中推广。全斜接缝的铁心技术是20世纪90年代后期发展推广的一种新型工艺技术，该技术根据铁心中磁力线的走向，特别在铁心四角采用斜线，使磁通所受阻力减小，降低铁心损耗和噪声。由于磁力线与冷轧硅钢片的压延方向的夹角α对磁致伸缩有直接影响，硅钢片制造厂家的试验结果表明，当50°≤α≤60°时，磁致伸缩最小。因结构限制，变压器铁心全斜接缝一般为45°。
为什么采用五级步进叠片能够降低铁心损耗和噪声呢？ 因为相对于两级步进而言，一个接缝截面上每10 个叠片单元，就有5个接缝；而五级步进只有2个接缝，磁力线集中的区域减少，在接缝处磁通分布较均匀，又使气隙中的磁通密度大大降低，从而有效降低了接缝处由磁吸力引起的噪声。本体噪声大部分来源于铁轭的振动，增加铁轭末级（最小级）片宽与倒数第二级一样，可以增大铁轭的截面，降低其磁通密度；增加末级片宽，也能增大夹件与铁轭的接触面积，使铁轭受力均匀，增加夹紧力，综合两个因素，能够有效降低噪声。
（二）提高大型电力变压器铁心夹紧力和绑扎力
铁心夹紧力应在0.25～0.37 MPa，220 kV级以上的大型电力变压器更应控制在0.31～0.37 MPa，使铁心片的弯曲不大于0.2%，波浪度<3 mm。试验统计表明，改善铁心夹紧力能够使变压器的噪声降低3～5 dB。但是夹紧力不能太大，否则会破坏硅钢片漆膜，使铁心涡流损耗增加。夹紧具体操作过程：分别用两个G 形卡子卡住上下轭，旋紧丝杠，保证铁心压紧后，再安装横梁、垫脚和侧梁，可通过力矩扳手合理控制夹紧力。夹件紧固时，铁轭上下的横梁和垫脚与拉带紧固同时进行，保证夹件上下受力均匀。
对于铁心心柱的绑扎，本工艺技术采用国外最新发明的一种新型绑扎材料——铁心PET绑扎带。该绑扎技术为近年发明的最新工艺技术，特别是将进口聚酯材料 PET 绑扎带应用到电力变压器铁心绑扎工艺上，属于技术创新。PET绑扎带可用普通的打包机进行打包绑扎。铁心绑扎PET绑扎带后，在变压器铁心烘干过程中，PET 绑扎带能够受热而收缩，比传统环氧玻璃粘带绑扎更紧，从而减小变压器铁心的振动噪声。
（三）改进铁心结构
这对降低噪声是极为重要的，在对铁心的基本尺寸进行调整时，应注意使其尺寸关系的比例系数越小越好。研究和试验表明，低噪声变压器铁心在进行设计时，应尽量减小窗高 H 与心柱直径 D1 的比值，比值每降低 10%，噪声将降低 5.7dB。这就是说应该尽量将低噪声变压器设计成矮粗形，但这种情况成本会有所增加。
为了降低铁心的噪声，ABB 公司的经验是：每级的铁轭与心柱片宽之比与它们的截面积之比应该完全相等。这样可避免磁通由心柱进入铁轭时，产生垂直于硅钢片表面的漏磁通而引起噪声的增大。
冷轧硅钢片具有方向性，为了有效并充分利用这个特点，在片型和搭接设计时，需使用无孔铁心片结构，并且采用 45 度全斜接的接缝形式，以此降低铁芯片的磁滞伸缩率。研究和实践经验证实，在接缝结构方面，当设计为阶梯接缝时，在铁心转角处，磁通的分布得到改善，所以转角处的磁滞伸缩比搭接和对接时既小又均匀，大约可降低铁心噪声 3% -4%。
（四）铁心端面刷胶
在大型电力变压器铁心端面上涂環氧胶或聚酯胶，可增加铁心表面张力约束，也可以起到减少磁致伸缩量，降低噪声的作用。例如J-7双组分改性环氧专用胶是适用于变压器行业的一种专用新型胶，用于变压器铁心端面涂刷。该胶不溶于变压器油，刷胶后使铁心端面形成一个刚性整体，减少铁心片间振动，降低变压器噪声。刷胶涂层厚度一般以50～100 μm 为宜，太薄降噪效果不明显，太厚又影响铁心散热。
（五）采用先进的生产制造工艺
采用先进的生产制造工艺，尽可能减少在剪切硅钢片、叠积铁心等制造过程中，外界的因素对磁滞伸缩特性的不良影响。在剪切和叠积时，若不加注意，产生弯曲应力，硅钢片的磁滞伸缩率会增大。叠积完成后，绑扎带的绑扎位置和夹紧力应适当，绑扎间隔不宜过大，绑扎带要有足够的夹紧力，并且夹紧力应尽量均匀，保持叠片平直，避免叠片产生波浪状变形。铁心在起立及吊运的过程中应避免猛烈撞击，以防产生弯曲应力。铁心在叠积完成后，可采用在刀口面涂刷环氧树脂的方法，通过树脂的毛细渗入，使铁芯片间较好地粘接在一起，降低硅钢片的磁滞伸缩率。这些措施能使铁心的噪声降低 1-3dB。
（六）合理设计铁心的尺寸，以免造成铁心谐振
在铁心设计过程中，选择合理的铁心尺寸，可以有效防止磁滞伸缩振动的基频及二、三次高频的频率与铁心的固有振动频率一致，从而避免了谐振现象的发生。一般而言，只要铁心的固有频率小于磁滞伸缩基本频率的三分之一，即小于 30H Z 就可以了。
结语
综上，希望本文能对变压器工艺人员起到一定的启发借鉴作用，能够推动电力变压器工艺技术进步，工艺技术符合国家环保政策，具有很好的推广价值。
参考文献
[1]郭欣. 220kV变电站变压器噪声研究[J]. 科技情报开发与经济. 2011（08）
[2]冯宝才，王晓光. 降低干式变压器噪声的措施[J]. 电气制造. 2011（03）
[3]季青. 变压器噪声分析及改善措施[J]. 农业装备技术. 2010（03）