变压器的噪声及控制措施

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李亚晶（云南变压器电气股份有限公司）摘要：介绍了变压器的噪声的产生并提出了噪声的控制措施，指出只要采用合理的技术措施就能使变压器铁心噪声降低5~10dB，使变压器空气传播途中的噪声降低10~20dB。关键词：变压器噪声控制1 概述随着人们环境意识的提高和环保部门对各类噪声的限制，特别是近年来由于城市的不断扩大和城区电网改造的需求，一些变电站有时就要建于商业区和居民区内，于是变压器噪声问题就变的十分突出了。变压器的噪声不但污染环境，危害人类身体健康，影响设备正常运行，而且与变电站的占地面积密切相关。变压器的噪声与其他电气性能和机械性能一样，都是变压器的重要技术参数。因此，变压器噪声水平的高低，成为了衡量变压器生产厂家设计和制造水平的重要指标。目前采用的变压器专业标准ZBK41005-89《6~220kV级变压器声级》所规定的变压器声级，已难满足用户要求。加强变压器噪声控制技术和结构材料的研究和开发，便能根据用户对噪声的不同要求，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，在满足用户需求的同时也开拓了市场。2 变压器噪声的产生变压器的噪声来源于变压器本体和冷却系统两个方面。国内外的研究结果表明，变压器本体振动产生噪声的根源在于：（1）硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动。（2）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而引起铁心的振动。（3）当绕组中有负载电流通过时，负载电流产生的漏磁引起线圈、油箱壁的振动。近年来，由于铁心叠积方式的改进和心柱及铁轭都用环氧玻璃丝粘带绑扎，硅钢片接缝处和叠片之间的电磁吸引力引起的铁心振动，比硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动要小得多，可以忽略。而变压器的额定工作磁密通常取1.5~1.8T，国内外研究和试验均证明，在这样的磁密范围之内，负载电流产生的漏瓷引起的线圈、箱壁的振动比硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动要小得多，也可以忽略。这就是说变压器本体的振动完全取决于铁心的振动，而铁心的振动可以看作完全是由硅钢片的磁致伸缩引起的。与变压器本体噪声的机理一样，冷却装置的噪声也是由于它们的振动而产生的，其振动的根源在于：（1）冷却风扇和油泵在运行时产生的振动。（2）变压器本体的振动通过绝缘油、管接头及其装配零件传递给冷却装置，使冷却装置的振动加剧，噪声加大。另外，当铁心加热以后，由于谐振频率和机械应力的变化，其噪声会随温度的升高而增大。而运行现场的环境（如周围的墙壁、建筑物及安装基础等）对噪声也有影响。3 噪声的传播路径由上一节可知，变压器通过空气向四周发射的噪声是由两部分噪声合成的，一部分是由于箱壁振动而产生的本体噪声；另一部分是由于冷却风扇和油泵振动产生的冷却装置噪声。变压器本体噪声完全取决于铁心的磁致伸缩振动。铁心的磁致伸缩振动是通过两条路径传递给油箱的，一条是固体传递路径——铁心的振动通过其垫脚传至油箱；另一条是液体传递路径——铁心的振动通过绝缘油传至油箱。由这两条路径传递过来的振动能量，使箱壁振动而产生本体噪声。通过空气，本体噪声以声波的形式均匀地向四周发射。同样，冷却风扇和油泵振动产生的噪声，也是通过空气以声波的形式向四周发射。在变压器噪声的发射过程中，噪声会随发射距离的增加而逐渐减弱。另外，在噪声发射过程中，往往会遇到障碍物，当障碍物的尺寸小于噪声的波长时，噪声会绕过障碍物；当障碍物的尺寸大于噪声的波长时，一部分噪声将被障碍物吸收，一部分噪声将被障碍物反射回去，其余部分才穿过障碍物发射出去。4 噪声的控制运行中变压器的噪声通常是指变压器的本体噪声和冷却装置噪声合成的噪声。因此，为了降低变压器的噪声，也应从这两个方面来采取有效的技术措施。一方面，对变压器的本体噪声，可通过减小铁心的振动和降低噪声的发散能力来控制；也可通过减振及隔声、吸声等措施，使噪声在传播途

径中得以衰减。另一方面，对冷却系统的噪声加以控制，使其噪声接近或低于本体噪声水平，也能有效降低变压器噪声。1. 降低变压器本体噪声的技术措施（1）铁心采取的技术措施①选用磁致伸缩ε小的优质硅钢片优质硅钢片提高了结晶方位的完整度，特殊涂层增加了其抗张力，从而降低了其磁致伸缩ε。在磁通密度为1.5T时，高晶粒取向硅钢片的磁致伸缩ε只有一般硅钢片的60%。因此，在相同磁密下，优质硅钢片的磁致伸缩ε较小，产生的振动也相应较小，噪声可降低2~4dB(A)。②降低铁心的磁通密度B 铁心的额定工作磁密B通常取决于噪声及空载损耗的要求值。试验结果表明，额定磁密B在1.5~1.8T范围内，磁密每降低0.1T，铁心的噪声可降低2~3dB(A)。磁密变化引起的噪声变化量ΔLpa可由以下公式确定：ΔLpa=10lg[(B1/B2)8

(GFe2/GFe1)1

]，dB(A) 式中B1、B2——分别为变化前后的工作磁密（T）GFe2、GFe1——对应B1、B2的铁心重量（kg）应注意的是，磁密的降低不仅导致变压器体积和重量的增加，使经济指标变差，而且会使噪声发射的表面积增大，从而导致变压器的声功率级增大。③采用全斜交错接缝的铁心结构在传统的心柱和铁轭交错接缝结构中，磁力线在接缝处横向穿越附近的硅钢片，会产生涡流和磁饱和，导致噪声和空载损耗增大。而采用全斜交错接缝，保证了心柱和铁轭搭接，减小了磁通畸变，保证了铁心整体机械强度。实践证明，当磁密为 1.7T 时，铁心采用全斜交错接缝噪声能降低3~5dB(A)。④增大铁轭面积以减少铁轭中的磁通密度由于变压器心柱产生的噪声能通过线圈和围屏得到有效的衰减，因此，本体噪声大部分来源于铁轭的振动。在变压器设计时，应保证每级铁轭与心柱的片宽比应与它们截面积之比完全相同。这样才能避免磁通由心柱进入铁轭时，由于产生垂直硅钢片表面的漏磁通而引起的噪声增大。⑤增加铁心接缝有试验表明，当变压器铁心由两级接缝变为三级接缝时，其噪声可降低3~6dB(A)。这是因为在两级接缝中，对应的两个接缝间隙只跨越一层叠片，而三级接缝则跨越两层叠片，通过每层跨接叠片末端处的磁密降低，故而导致噪声降低。⑥控制铁心夹紧力有资料表明，当铁心夹紧力在压强为0.08~0.12Mpa时，变压器噪声最低。在铁心制造过程中可通过力矩扳手合理控制夹紧力；同时也可在心柱级间放置绝缘棒，使心柱绑扎受力均匀，防止因铁心受力不均匀而导致磁致伸缩ε增大。使用以上措施，能降低本体噪声3~6dB(A)。⑦采用先进的加工工艺磁致伸缩ε对应力极为敏感。在相同磁密条件下，有较大应力的硅钢片与应力较小的硅钢片相比，ε随应力的增加而急剧增大。因此，采用先进、合理的加工措施如：采用自动化的横、竖剪切线，控制硅钢片堆放高度，不叠上铁轭，对油道和夹件绝缘等使用的纸板进行预压密化处理等措施都可减少硅钢片的应力增加，从而降低变压器噪声。⑧在铁心垫脚与箱底之间放置减振橡胶如前所述，铁心的磁致伸缩振动分别是通过垫脚和绝缘油这两条途径传给油箱的。在铁心垫脚与箱底之间放置减振橡胶，能使器身与油箱间的刚性接触变为弹性接触。从而，阻断部分振动的传递，减小本体噪声。（2）油箱采取的技术措施①增加箱壁强度，减小箱壁振幅为减小箱壁振幅，必须增加油箱整体的刚性。为此，可适当增加箱壁厚度或合理布置加强筋，控制筋间距。同时，辅以合理的焊接工艺，减小箱壁焊接变形，减少制造过程中的残留应力。这样，就能提高箱壁强度，减小箱壁振幅，降低噪声。②增加油箱阻尼可在油箱内壁设置橡胶板。对有磁屏蔽的变压器，可将橡胶板放置在箱壁与磁屏蔽之间。在加强筋间焊接普通工业钢板网，网上涂刷2-3mm 厚的阻尼材料，这样既不影响箱壁散热，又减小了箱壁的振动，降低了噪声。③在油箱底部与基础间设置减振器在油箱底部与基础间设置减振器，避免箱底与基础间的刚性连接，使振动通过减振器发生衰减，以达到降低噪声的目的。通常采用的是橡胶减振器和弹簧胶减振器。 2. 降低冷却系统噪声的技术措施（1）采用合理的冷却方式在满足设计要求的前提下，在低噪声变压器的设计中，应选用自冷片式散热器替代风冷散热器或强油循环风冷却器，这从根本上杜绝了冷却器的噪声源，能有效降低噪声8~15dB(A)。（2）选用低噪声的冷却装