电力变压器有源降噪方法的研究

电力变压器有源降噪方法的研究

1.1 研究背景及意义

随着社会经济的发展，环境问题越来越受到关注。噪声作为环境污染的第三大公害，一直让人们困扰。在日常生活中，人们经常会受到各种噪声的干扰。研究表明，噪声在55～60dB 范围，会让人感觉烦恼；在60～65dB 范围，会使烦恼度大大增加；在65dB 以上时，人体健康有可能受到危害。对于厂矿企业的工作人员，应保证噪声不超过85dB。噪声影响人们的身心健康、损伤听力以及相关的系统、降低工作效率,严重的甚至造成安全事故。为了消除或减少这些危害和污染，必须采取先进有效的噪声控制措施对日益严重的噪声进行控制，由于完全消除噪声是不可能的，而且也是不经济的，所以最佳的控制措施是通过噪声控制技术消除或减少产生噪声的根源。

从策略上讲，噪声控制可以从以下三个方面入手：噪声源、噪声传播途径和噪声接受者。传统的噪声控制技术主要是以研究噪声的声学控制方法为主，主要技术途径包括隔声处理、吸声处理、使用消声器、振动的隔离、阻尼减振等。这些噪声控制方法的机理是通过噪声声波与声学材料或声学结构的相互作用消耗声能，达到降低噪声的目的，属于无源或被动式的控制方法，可称为“无源”噪声控制(passive noise control)。这一方法对控制中、高频噪声较为有效，而对控制低频噪声效果不好。这是由于无源材料的声衰减性能随频率降低而变差，要取得与中、高频同样的降噪效果，就要增加材料的厚度或容重，从而使实际治理趋于庞大化，有时甚至难以实现。为此，需要采用有源噪声控制(active noise control)技术，它对低频噪声的控制效果很好，理论上消声量可达到很高，相对无源噪声控制技术而言，还具有系统小、重量轻、控制易等优点。随着现代控制技术和DSP 技术的迅猛发展，有源噪声控制技术不再仅限于实验室的研究，而是越来越容易实现，已经成为当前乃至今后长期研究的重要课题之一。

本文主要研究的是电力变压器的噪声控制。随着电力事业的发展，城市用电量逐年增加，在各大城市建设的大容量变电站也越来越多，这将不可避免的带来变压器噪声问题，它不仅污染了人们的居住环境和工作环境，而且给人们的生活和身心健康带来了巨大的损害，因而变压器噪声带来的危害也越来越被人们所关注。根据我国城市环境和电力变压器噪声标准，一般中小型电力变压器的噪声基本符合环境噪声的标准,但是大型电力变压器的噪声将会超出环境噪声的标准。在电力变压器噪声问题日益突显的今天，寻求有效降低变压器噪声的措施越来越重要。从电力变压器噪声频谱分析，除有中、高频成分外，主要是以低频为主，其中主要分布在100～500Hz，因此电力变压器低频噪声的控制是极具研究价值的。

目前国内对电力变压器噪声的控制主要是从变压器产生噪声的机理出发，对变压器本体噪声和冷却设备噪声进行控制。一般的方法是对变压器铁心材料进行改进，对冷却设备进行优化，对油箱振动进行抑制，采用减振、吸声、隔声等措施。上述办法对中、高频噪声较为有效，但对低频噪声作用就不明显了。目前，有源噪声控制技术的主要应用有：管道噪声有源控制及有源消声器，有源抗噪声耳罩和送话器，变压器、电站噪声有源控制，车厢内部噪声有源控制和飞行器舱室噪声有源控制等等。因此，在三维空间中，针对电力变压器低频噪声的有源噪声控制技术就显的越来越重要了。

1.2 电力变压器的降噪方法

电力变压器的噪声主要由两部分组成：变压器本体噪声和辅助冷却装置噪声。本体噪声包括铁心、绕组、油箱(包括磁屏蔽等)等产生的噪声；冷却装置噪声包括风扇和油泵噪声。

1.2.1 变压器本体噪声的降低

由于电力变压器的本体噪声主要是由铁心产生的，所以降低电力变压器的本体噪声，就要通过减弱铁心噪声实现。具体的措施是从改进材料和设计入手，即为：

(1)选用平整度完好，波浪性小的硅钢片材料；

(2)硅钢片的表面绝缘涂层厚度在50～100 微米范围内为最好；

(3)选取磁致伸缩小的高导优质硅钢片作为铁心；

(4)铁心采用斜接缝、阶梯接缝或多级接缝；

(5)铁心加紧力在0.08～0.12MPa 最为合适；

(6)从铁心的几何尺寸、结构形式和搭接面积方面根据要求合理设计

(7)合理设计绕组的安匝数和分布位置,将漏磁面积减到最小。

通过对铁心的适当控制，可降低变压器本体噪声5～10dB。

1.2.2 冷却设备噪声的降低

在设计时，只要我们合理的控制冷却系统的噪声，就可以有效地降低电力变

压器的噪声，具体措施如下：

(1)为了除去风扇和油泵的噪声，在设计时应尽量采用自冷式代替风冷式或强迫油循环风冷式；

(2)加强油箱与散热片之间的结构，将它们焊接在一起来减小振动；

(3)根据负荷大小运用双速风扇, 在负荷较大时开启高速风扇，在负荷较小

时开启低速风扇。

1.2.3 传播途径的降低

噪声的产生不可避免，从噪声的传播途径出发，使噪声在传播过程中衰减，从而达到降低噪声的目的，可以通过以下措施实现：

(1)在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间加缓冲装置；

(2)在油箱钢板内放置岩棉、玻璃纤维等吸音材料作为隔音层；

(3)使用隔声板将油箱做成全封闭式；

(4)在油箱中安装隔音围屏；

(5)合理布放加强筋的位置，减小油箱振幅；

(6)安装减振装置在油箱底部。

(7)在居民住宅区中可将变压器置于住宅楼半地下室夹层内，夹层与底层住宅间采用隔振措施。控制油箱的振动，并采取隔声、吸声等措施可降低噪声10～20dB。

1.2.4 变压器噪声的有源控制

变压器的噪声主要以低频噪声为主，通常在100～500Hz，同时具有明显的纯音成分，因此可有效地采用有源降噪系统进行控制。在变压器1米以内放置若干个噪声发声器，使它们发出的噪声与变压器发出的噪声互相抵消，利用两个声波相消性干涉或声辐射控制的原理，把变压器的噪声信号转变为电信号，然后放大激励噪声发声器，使得发出的噪声与变压器噪声振幅相等，相位相反，二者作用结果，相互抵消，从而达到降低噪声的目的。这种有源噪声控制系统具有很大的控制矩阵，可配