降低变压器噪声的措施初探

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  摘要::阐述了变压器噪声的来源及产生机理,介绍了国内外在降低变压器噪声方面采取的主要措施。从理论上指出了在实践中从设计方面降低噪声的具体方法以及从变压器结构改进方面来抑制振动传播的工艺措施。
  关键词:变压器;噪声;振动
  1、引言
  随着国民经济的不断发展,城市用电量逐年增加,越来越多的变压器深入到居民住宅楼附近,建于商业区和居民区内,于是变压器噪声问题就变得十分突出。变压器连续运行所发出的噪声对人们的正常生活和工作将造成影响,夜间的影响尤为严重。因此,变压器噪声问题日益显现出来。变压器的噪声不但污染环境、危害人类健康,而且也影响设备的正常运行和使用寿命。变压器的噪声与其电气性能和机械性能一样,都是变压器极为重要的技术参数。各变压器制造厂商也一直对变压器的噪声问题进行深入的研究,并提出各种降噪措施以有效地降低变压器的噪声给人们工作和生活带来的影响。因此,对变压器的噪声的更严格限制已成为一种现实要求,变压器噪声水平的高低,也成为了衡量变压器生产厂家设计和制造水平的重要指标。用户都会根据自己变压器所处的位置等具体情况提出高于标准的声级水平。目前采用的变压器专业标JB/T10088—2004(6—500kV级电力变压器声级》所规定的变压器声级,较难满足用户要求。结合多年配网运行经验,对变压器的噪声源进行分析,提出可行的降低噪声的对策,采用经济、有效且工艺性好的技术及结构取得理想的噪声控制效果,不仅能满足用户的需求,同时也带来了安静和谐的生活环境,具有非常重大的现实意义。
  2、产生变压器噪声的原因
  变压器噪声主要有两个噪声源:
  (1)变压器本体噪声,主要是由变压器铁心、绕组和油箱(包括磁屏蔽等)振动产生的噪声。
  (2)变压器冷却装置的噪声,主要是由变压器冷却风扇和潜油泵引起的噪声。对于采用水冷却器的变压器噪声,由于水冷却器的噪声很小,所以可以不予考虑。
  2.1变压器本体噪声变
  (1)变压器铁心产生振动主要机理如下:一是变压器铁心的硅钢片产生磁致伸缩。磁致伸缩引起铁心振动而产生噪声。所谓磁致伸缩就是铁心励磁时,沿磁力线方向硅钢片的尺寸要增加,而垂直于磁力线方向硅钢片的尺寸要缩小。这种尺寸的变化称为磁致伸缩。磁致伸缩使得铁心随着励磁频率的变化。而周期性地振动。二是硅钢片的平面振动。由硅钢片之间的磁吸引力产生,主要是出现在铁心边缘和铁轭的接缝之间。
  (2)当绕组中有负载电流通过时,负载电流产生的漏磁引起绕组、油箱壁(包括磁屏蔽等)的振动。近年来,由于铁心叠积方式的改进(如采用阶梯接缝等),再加上心柱和铁轭都用环氧玻璃丝粘带绑扎,因此,由硅钢片接缝处和叠片之间的电磁吸引力引起的铁心振动比由硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动要小得多,可以忽略。变压器的额定工作磁密通常取1.5T-1.8T。国内外的研究和试验均证明,在这样的磁密范围内,负载电流产生的漏磁引起的绕组、油箱壁(包括磁屏蔽等)的振动与硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动相比要小得多,也可以忽略。这就是说,变压器的本体振动基本取决于铁心的振动。铁心的磁致伸缩振动通过铁心垫脚和绝缘油这两条路径传递给油箱壁,使箱壁(包括磁屏蔽等)振动而产生本体噪声,并以声波的形式均匀地向四周发射。这就是变压器本体产生噪声的机理。
  2.2变压器冷却装置噪声(文中所提噪声均指声压级噪声)
  风冷却器的噪声是由冷却风扇和潜油泵产生的。目前采用的低扬程大流量潜油泵产生的噪声只有50db(A),可以忽略。冷却风扇的噪声是由叶片产生的气流旋涡引起的,其大小与冷却风扇的转速有关。冷却风扇运行时产生的噪声是很大的,对于采用风冷却的变压器来说,冷却风扇产生的噪声远大于变压器本体的噪声。另外,变压器本体的振动有时也可能通过绝缘油、管接头及其装配零件等传递给冷却装置,使冷却装置的振动加剧,辐射的噪声加大。冷却装置振动产生的噪声,也是以声波的形式均匀地向四周发射的。这就是冷却装置产生噪声的机理。
  3、降低变压器噪声的方法
  3.1降低变压器本体噪声的措施
  3.1.1采用磁致伸缩小的硅钢片
  由于硅钢片的磁致伸缩是产生变压器噪声的主要原因,所以,必须采用磁致伸缩小的硅钢片。例如采用HI-B.( 高取向的高导磁硅钢片。这种硅钢片由于提高了晶粒取向的完整度,改善了绝缘涂层,增强了涂层的抗张力,从而降低了磁致伸缩。在同一工作磁密下,其与一般晶粒取向的普通硅钢片相比,可降低噪声3db(A)—4db(A)。
  3.1.2改善铁心
  铁心采用多级接缝。采用多级接缝铁心比两级接缝空载噪声小,可使噪声降低4~5dB(A)。这是因为采用多级(四级及以上)接缝后,在接缝处磁通分布较均匀,又使气隙中的磁密大大降低,导致接缝处由磁吸力引起的噪声减小的缘故。另外,减小接缝,可以降低振幅,同时减小变压器的励磁容量及励磁电流,使声功率大幅度降低,可降低空载噪声4—5dB(A)。在铁心端面上涂环氧胶或聚酯胶,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。
  3.1.3保证铁心夹紧力均匀和增加阻尼以降低噪声
  变压器铁心夹件尽量采用宽幅钢板,以保证整个夹件的刚度,使夹紧力均匀分布到铁心片上。在铁心铁轭和夹件幅板之间,采用层压木制成的阶梯块撑紧,使铁心成为一个坚固的整体。在铁心片之间,每隔一定的厚度加一层薄耐油橡胶,增加阻尼作用,降低铁心的噪声。
  3.1.4在器身下或油箱底加装减震装置
  铁心中产生的噪声大部分是通过变压器油传递到油箱上,再由油箱辐射出去;另一部分则是通过油箱与基础传出去的。如果在器身与油箱之间或油箱与基础之间用弹性联系代替刚性联系,就能使噪声通过减震器逐渐衰减。装在器身内部的减震器可以用硬橡胶垫。装在油箱外面的减震,可用弹簧结构。为了避免共振,必须使弹簧的固有频率大大低于铁心的磁致伸缩振动的固有频率(100HZ)。此法可降低噪声2db(A)—3db(A)。   3.1.5吸收声能减振
  (1)铁心产生的噪声有一部分是通过箱底和基础传出去的。如果在器身和油箱之间或在油箱和基础之间加缓冲器,能使声音通过缓冲器衰减。可在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间放置防振胶垫,使铁心和磁屏蔽的振动传到油箱时,由钢性连接变为弹性连接,从而达到减少振动,防止共振,降低噪声的目的。可以降低噪声1~2dB(A)。并且在油箱加强铁内放隔声材料,可以将油箱振动的能量吸收一部分,从而达到降低本体噪声的目的,可以降低噪声2~3dB(A)。
  3.1.6加隔音层降低噪声
  根据油箱结构,分为组合式与高效式两种。组合式为:可根据油箱外部结构情况将隔音板做成若干件,钢板内放吸音材料。吸音材料有:岩棉、玻璃纤维等。隔音壁能把变压器本体发射的部分噪声反射回去;而且当噪声穿过隔声壁时,也能被吸收一些,起到降低噪声的作用。单件的隔音板用螺栓分别固定在油箱加强铁上,采用这种隔音板可降低噪声10~15dB。也可采用高效隔音板,放在两个加强铁之间,通过薄弹簧钢板固定。框形附加重物用以调整高效隔音板的振动特性,使它的振幅明显低于加强铁的振幅,从而有效地屏蔽住变压器本体发出的噪声,可降低噪声10~15dB(A)。
  3.2降低冷却装置的噪声
  3.2.1采用自然冷却方式来代替风冷却器
  由于一些大型变压器采用风冷却器方式,风冷却器的噪声为主要噪声源。所以,采用自然冷却的散热器代替风冷却器,可降低变压器噪声2db(A)—3db(A)。
  3.2.2采用低噪声冷却器
  近年来,冷却器制造厂开发了低噪声风冷却器,这种低噪声风冷却器主要是降低了冷却风扇的转速。试验证明,冷却风扇的转速从1000rad/min降到750rad/min时,可降噪声10db(A)。这种低噪声风冷却器比普通风冷却器噪声降低8db(A)—10db(A)。
  4、结束语
  变压器噪声的产生是多途径的,因此控制变压器噪声也应在本体噪声、冷却装置噪声及传播路径上综合考虑来采取措施,以达到满意的降噪效果。总之,降低变压器噪声是一个比较复杂的长期研究课题,随着科学技术的不断发展,新材料、新工艺的出现,降低变压器噪声的前景将是光明的。
  参考文献:
  [1]保定天威电力变压器电气股份有限公司.电力变压器手册[M].北京:机械工业出版社,2003.
  [2]董志刚.变压器的噪声[J].变压器,1995,32(10):31—35.
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