电力变压器振动产生机理及影响因素研究 崔哲

电力变压器振动产生机理及影响因素研究崔哲

发表时间：2018-08-02T16:40:19.360Z 来源：《防护工程》2018年第7期作者：崔哲刘见娜李猛

[导读] 电力变压器特别是大型电力变压器的运行会产生大量噪音，对于居住在附近的居民来说，已经严重影响了正常生活山东省产品质量检验研究院山东济南 250102

摘要：电力变压器特别是大型电力变压器的运行会产生大量噪音，对于居住在附近的居民来说，已经严重影响了正常生活。为缓解这一问题，有必要降低电力变压器的振动，因为产生噪声的主要原因在于电力变压器运行过程中产生的振动。因此，本文主要对电力变压器振动产生机理及影响因素进行分析研究。

关键词：电力变压器；振动；机理

一、电力变压器运行现状分析

电力变压器是电力系统中的重要设备，负责电压变换、电能分配和传输的工作。如果运行中的电力变压器出现故障，将会影响整个电力系统的安全与稳定运行，最终造成极为严重的后果。为了保证电力系统安全、可靠、优质、经济的运行，必须深入研究运行状态下电力变压器的振动特性。

影响大型电力变压器无法安全可靠运行的原因包括：振动、高温、雷电或涌流、过负荷、三相负载不平衡、控制设备得不到及时的维护、设备得不到良好的清洁、对闲置设备的维护不够等。变压器在运行中常见的故障是绕组、套管和电压分接开关的故障，其中绕组故障主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等。经过总结变压器绕组故障原因，将其分为以下几类：变压器在运行状态下变压器油箱散热效果不好或所连负载过大，使绕组温度升高，导致绝缘老化；变压器绕组在检修过程中遭到损坏；变压器绕组遭受短路冲击，机械强度不够以及稳定性不足使绕组发生变形；运行年限久的变压器的绝缘油中容易混入部分水分，使变压器绝缘油的酸性增强，进而导致绝缘能力下降，进而使绕组小部分的裸露在空气中，这也就使得绕组更容易发生匝间短路，绕组匝间短路会引起更为严重的单相接地或相间短路等故障。

二、电力变压器振动产生机理及影响因素分析

变压器以100Hz为基频，并且伴随着其他高次谐波。而这些谐波的主要来源于：

（1）励磁时，硅钢片的磁致伸缩引起铁芯振动；（2）在硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引力，从而引起铁芯的振动；（3）动态电磁力也会引起振动，它是由负载电流引起的，主要存在于绕组、线饼等；（4）漏磁引起油箱壁（大型电力变压器则包括磁屏蔽等）的振动。在实际生产过程中，真正由漏磁引起的振动是非常小的，除此之外，随着当代制造工艺的显著提高，上述c所提及的动态电磁力已经非常小了，可以忽略不计。综上所述，变压器本体的振动，其主要取决于铁芯和绕组的振动。

变压器绕组上通有变化的电流，变化的电流能够产生变化的磁场。由于组成变压器铁芯的铁磁材料是非线性材料，在变压器绕组变化的漏磁场作用下，硅钢片的磁感应强度的变化要滞后于外磁场强度的变化，进而使铁芯发生磁致伸缩。磁致伸缩的变化周期为电源电流周期的一半，故磁致伸缩引起铁芯振动的基频为电源频率的两倍。导致变压器振动的原因很多，其中铁芯的磁致伸缩现象和硅钢片中的涡流是导致硅钢片发生振动的主要原因。由于现在生产的变压器铁芯柱和铁轭均是采用半干无纬玻璃粘带绑扎，这样就使硅钢片接缝处和叠片间的涡流引起的振动很小。

2.1变压器铁芯的振动机理

磁致伸缩是引起铁芯振动的主要原因。磁致伸缩产生于铁芯励磁时，沿磁力线方向硅钢片的尺寸增加，而垂直于磁力线方向尺寸的缩小。磁致伸缩引起的铁芯振动基频是电源频率的两倍。除了基频之外，还包含有高次谐波。这些都是源于铁芯磁致伸缩的非线性、以及沿铁芯内框和外框的磁通路径长短不同等原因。现代科技的进步，对铁心叠积方式进行了优化改进，由叠片间漏磁产生的铁心振动信号较小几乎可以忽略，而磁致伸缩现象能量较大，不易控制，故认为变压器铁心的振动基本由硅钢片磁致伸缩的程度来决定。

2.2变压器绕组的振动机理

变压器在运行的过程中，绕组所受到的电动力可分为三种：（1）周向力：沿绕组圆周方向的作用力；（2）轴向力：这是一种机械应力，是电动力产生的；（3）辐向力：也是由电动力产生的机械应力。这三种力中，因为周向力相对较小，由周向力所形成的振动是比较小的，可以忽略不计。所以，轴向力和辐向力就是产生绕组振动的主要作用力。轴向力：向中间压缩绕组；辐向力：向外作用与绕组。这些力可能会使匝间绝缘损伤，对电力变压器的绝缘性产生影响，影响变压器在运行过程中的稳定性，对电力设备造成损伤。当这两种电动力过大时，严重时可能造成绕组扭曲变形或导线断裂。

三、变压器振动的传播途径

由于变压器的振动主要是由绕组和铁芯引起的，再通过不同路径传递到变压器油箱壁上。因此，变压器油箱壁上振动信号的变化可以直接反映变压器绕组及铁芯的变化。绕组的振动的主要传播路径是通过变压器的绝缘油和铁芯的紧固件；变压器铁芯的振动传递路径有两条，一条是通过铁芯与铁轭之间的紧固件传至油箱壁；另一条是通过绝缘油传递到油箱壁上，如下图所示。

通过分析绕组振动的传递途径，可以看出变压器的振动表现在两个方面，分别是由变压器绕组和铁芯引起的油压振动，通过刚性连接传递和绝缘油传递的油箱壁上的振动。

大型变压器的风扇、油泵也会产生振动，但是研究表明其振动的频谱在100Hz以下，明显低于电磁激励力的工作频率。

四、变压器振动的防范措施

变压器噪音的产生，主要是变压器内部振动所产生的。主要包括三个声源，即绕组、铁芯、冷却器。电力变压器对于附近居民的影响具有非常大的不确定性，所以很难对其受影响者采取保护措施。因此，我们就应该考虑从电力变压器本身出发，来解决它的噪音问题。

想要更好的对比电力变压器振动噪音进行治理，首先可以考虑从声源上消除电力变压器的振动噪音。为了减小电力变压器绕组、铁芯和冷却器的振动噪音，可以考虑安装质量更好，振动更小的电力变压器；或者在电力变压器中安装减震器和消音器，以此来降低电力变压器的振动噪音。

其次可以考虑从阻碍传播途径的方法，来治理电力变压器的振动噪音。振动噪音主要是通过电力变压器结构主体、空气来传播的。在实际中，从以下几个方面来治理噪音：

（1）在箱底和基础之间加入缓冲器，这样可以达到减少振动，防止共振的目的，以此来降低铁芯振动所产生的噪音。（2）加隔音层，也是降低电力变压器振动噪音的方法。噪音产生后穿过隔音板时，可以被隔音层吸收一些，从而达到降噪的效果。（3）修建隔音效果良好的室内建筑来放置电力变压器，以此来阻隔声音的传播。

结束语：

随着电网的发展和对环境保护要求的提高，变压器的振动问题越来越受到关注，而开展变压器设备的振动特性分析研究是解决此问题的关键。因此，要加强对变压器振动噪声的产生与传播途径进行分析研究，延长变压器寿命，减少运行成本。参考文献：

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