油浸式电力变压器的噪声源分析及降噪对策.pdf

变压鸽。 油浸式电力变压器的噪声源分析及降噪对策 上海电 器技术 ( 2 0 0 7 N o .4 ) 油浸式电力变压器的噪声源分析及降噪对策 王和忠朱如勇温州电业局 季小龙 周 策 项秉福浙江电力变 压器有限公司 摘 要: 介绍了油浸式电力变压器噪声污染现象和噪声源。从理论上分析了噪声源及噪声计算方法， 在实 践运用中指出， 从设计方面降低噪声的具体方法以及在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 设计 工艺 A n a ly s i s o f O i l - i m m e r s e d P o w e r T r a n s f o r m e r s N o i s e a n d i t s C o u n t e r me a s u r e A b s t r a c t : T h e n o i s e p o l l u t i o n p h e n o m e n a a n d n o i s e o r ig in o f o i l - im m e r s e d p o w e r t r a n s f o r m e r s a r e i n t r o d u c e d . B a s e d o n p r a c t i c e s , t h e m e t h o d s t o r e d u c e n o i s e o r i g i n in d e s i g n a n d t e c h n i q u e a n d t h e m e t h o d s t o k e e p d o w n v i b r a t i o n tr a n s m i s - s i o n i n i m p r o v e m e n t t h e t r a n s f o r m e r s t r u c t u r e a r e d i s c u s s e d . K e y w o r d s : t r a n s f o r me r n o i s e d e s i g n t e c h n i q u e 近年来，由于城市用电量的大幅增长， 城市用 电负荷密度越来越高，特别是城市不断扩大和城区 电网 建设的 需求， 越来越多的变电 所深人负荷中 心， 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。变压器的噪声不但污染环境， 危害人 类身体健康， 而且影响设备的正常运行。随着人们 环境意识的提高和环保部门对各类噪声的限制，有 关此类的投诉和诉讼也变得越来越多，给社会及经 济效益带了很多的损失。因此， 对变压器噪声的更 严格限制已成为一种现实要求。变压器噪声水平的 高低， 也成为衡量变压器生产企业设计和制造水平 的重要指标。一般，用户都会根据自己变压器所处 位置等具体情况提出声级水平的。目 前， 变压器专 业标准J B / T 1 0 0 8 8 -2 0 0 4 ( 6 - 5 0 0 k V 级电 力变压器声 级 所规定的变压器声级较难满足用户的要求。结 合企业生产实践， 对变压器的噪声源进行分析， 在 设计和工艺上进行研究和开发， 提出可行的降低噪 声的对策，用经济、有效， 且工艺性好的技术及结 构， 取得了理想的噪声控制效果， 不仅满足了用户 的需求，同时也带来了安静、 和谐的生活环境。 1 电力变压器噪声源的分析及噪声计算 1 . 1 变压器的噪声来源 变压器的噪声主要来源于变压器本体和冷却 系统两个方面。据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 - 5 9 - 万方数据 上海电 器技术 ( 2 0 0 7 N o . 4 ) 油浸式电力变压器的噪声源分析及降噪对策 变压. 生的漏磁引起线圈、 油箱壁的振动; 4 )冷却系 统的噪 声主 要由 风扇和油泵的 振动 引起。 由于变压器本体噪声通过铁心垫脚和变压器 油传递给箱体和附件而产生， 其是由以两倍电源频 率为基频的噪声和频率为基频整数倍的低频噪声所 构成。一般，电力变压器铁心噪声的频谱范围在 1 0 0 一 5 0 0 H z 之间。 1 . 2 变压器噪声计算 低噪声变压器的设计应包括降低变压器本体 噪声的设计、 降低冷却装置噪声的设计、隔声或消 声结构的设计等几个方面。在进行低噪声变压器 设计之前，必须准确地计算出相同规格的常规变 压器及其冷却装置的合成噪声，然后将此计算值 与用户提出的噪声值进行比较，便可求得噪声的 降 低 量 L pA 声 压 级 。 1 . 2 . 1 箱内 噪声计算 根据对电力变压器噪声的计算值与实测值的 比 较， 认为公式 ( 1 ) 计算值比 较接近实测值， 即: L p ,= 3 3 + G / 3 + 1 8 崛和 + 2 0 ( B . 1 .7 ) + g ( 1 ) 箱壁的振动噪声传到箱外时要衰减，离开箱 壁越远， 噪声衰减量越大。 美、日 等许多国 家通常 用公式 ( 2 ) 来计算噪声的衰减量，即: L = 4 .4 + 2 0 L g ( D / V - W- H - )( 2 ) 式中:八L由于离开箱壁距离的增加而引起的 噪 声衰减量， d B w 油箱的 宽度， m . H油箱的高度， m D 测量点离开箱壁的 距离， m 由 式 ( 2 ) 可见， 噪声的衰减量不仅与距离D 有关， 还与油箱的 尺寸w , H有关。 试验结果表明， 当w , H( 即 变压器噪 声的 发射面积) 很大， 而测量 点离开箱壁的距离D 又很近时， 公式 ( 2 ) 的计算 值与测量结果的偏差很大。这时， 公式 ( 2 ) 的计算 结果就不准确了， 必须按照图2 的试验值进行修正。 。 佛14 Qx20IA 50403020 若、7V : G 铁心电工钢片重， t 风 变 压 器 铁 心 窗 高; c m D变压器铁心直径， c m B m 铁 心 柱 或 铁 扼 中 的 磁 密， T 月 修正系数， 与 硅钢片的 重量有 关， 可 由图 1 查取 扭G魔 0 . 1 2 3 5 7 1 2 3 5 7 1 0 2 3 5 图2 噪声衰减的计算与试验曲线 4 3 2 1 0一1 - 2 - 3 - 4 图1 硅钢片重量与修正系数旧 关系图 2 箱外噪声衰减计算 箱 外 某 测 量 点 的 噪 声L P2 可由 公 式( 3 ) 求 得: 气= L p : 一 L( 3 ) 1 . 2 . 3 合成噪声的计算 当变压器为风冷或强油风冷时， 可用公式 ( 4 ) 来计算风扇噪声、 油泵噪声与变压器本体噪声的合 成噪声，即: L P A I O L g ( O L P 2+ l o L pi + l o L pl )( 4 ) 式中 : L P A 变 压 器 本 体 噪 声 与 冷 却 装 置 噪 声 的 合成噪 声， d B L P r 冷 却 装 置 的 风 扇 噪 声， d B L P b 冷 却 装 置 的 油 泵 噪 声， d B 1 . 2 . 4 铁心固 有频率的 计算 为防止铁心的固有频率与其磁致伸缩振动的 40353025加乃 中-2. 式L 万方数据 盛压吕。 油浸式电力变压器的噪声源分析及降噪对策 上海电 器技术 ( 2 0 0 7 N o .4 ) 基频及2 , 3 , 4 次等高频的频率一致时产生的 谐振 现象， 可用公式 ( 5 - ) 来计算铁心的固 有频率，即: 人= 1 .0 叽W / 八 z x 1 0 5 H z( 5 ) 式中: L , = 风+ h 铁 心的 外 形 尺 寸， c m W= h + z 铁心的外形尺寸， c m 气 = b + z = 姚 铁 心的 外 形 尺 寸， c m 凡 与 几 /L 2 成 比 例 的 系 数 ， 可 由 图 4 查取 ! .Mo. !I .Mu 二二 . z 欢 ， 巨 魂 习 一 一 姆 b 一 图 3 铁心尺寸示意图 单相 三相 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 . 0 2 . 2 2 . 4 2 . 6 2 . 8 图 4系 数 K c 与 L , / L 2 的 关 系 曲 线 当变压器额定频率为5 0 H z 时，铁心的自 振频 率 l z 应 避 开 下 列 频 率 区: 7 5 一 1 2 5 H z ， 1 6 5 一 2 3 5 H z , 2 7 5 一 3 2 5 H z , 3 7 5 一 4 2 5 H z 等。 2 降低变压器噪声源的对策 从上述计算噪声的公式和产生的来源可以看 出，要降低变压器噪声，首先要降低噪声源的噪声， 即以抑制铁心的噪声为主。从设计角度来看， 可以 从下述几方面着手。 2 . 1 在噪声源方面的降低噪声对策 2 . 1 . 1 选用高导磁优质硅钢片和降 低磁通密度 优质硅钢片 提高了 结晶方位的 完整度， 特殊涂 层可增加其抗张力， 从而降低磁致伸缩E 。在磁通 密度为1 . 5 T 时，高晶粒取向硅钢片的磁致伸缩E 只 有一般硅钢片的6 0 % 。 因此， 在相同 磁通密度下， 优 质硅钢片的磁致伸缩: 较小， 产生的振动也相应较 小， 噪声可降 低2 - 4 d B 。要降低铁心中的 磁通密度 B m ， 因 公 式( 1 ) 中 乓 ， 正 比 于2 0 ( B . - I .7 ), 当 磁 通 密 度B m 每 降 低0 .0 1 T ， 可 降 低 噪 声0 .2 d B , B m 则 由 1 . 7 5 T 降到1 .5 T ， 可降低噪声5 d B . 2 . 1 . 2 优化计算， 选取有利的铁心物理参数 1 )降 低铁心 重量。 铁心重量每 减 少I t ， 噪 声 可降低1 / 3 d B . 2 )尽 量 减 少 铁 心 窗 高H。 与 直 径D 的 比 值 。 风/ D 值 每 减 少0 . 1 ， 变 压 器 噪 声 就 要 降 低 约5 .7 d B . 为此， 在设计低噪声变压器时， 尽量设计成矮胖形， 噪声便可大大降低。 3 )增大铁扼截面积，以减小铁扼中的磁通密 度，对于减少铁心的噪声有切实的效果。由于变压 器心柱产生的噪声能通过绕组和围屏得到有效的衰 减，因此， 本体噪声大部分来源于铁扼的振动。增 大铁扼截面积， 一 方面降低了 铁扼的 磁通密度， 同 时末级铁心片宽增大， 增大了夹件与铁扼的接触面 积， 使铁扼受力均匀， 能有效地降低噪 声2 一 5 d B , 且变压器整体尺寸增加很小，成本升高幅度不大。 但因指出， 铁扼各级片宽应按比例增大，防止因各 级磁通密度差异较大而导致损耗和空载电流增大。 4 )计算选择合理的 铁心自 振 频率， 使自 振频 率避开了 铁心共振频带， 防止铁心共振是防止噪声 增大的根本措施。 2 . 1 . 3 改进铁心结构. 采用合理的亚装和装配工艺 1 ) 采用全斜交错接缝的铁心结构 在传统的心柱和铁扼交错接缝结构中，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，既保证了心柱和铁扼交错搭接，使 磁通畸变减小， 同时也保证了铁心整体机械强度。 实践证明， 保持磁密1 . 7 T 不变， 铁心全斜交错多 阶梯接缝结构较传统结构的本体噪声能降低3 - 5 nUO矛R，了 1000 才 - 61 一 万方数据 上海电器技术 ( 2 0 0 7 N o .4 ) 油浸式电力变压器的噪声源分析及降噪对策。 变压器 d B. 2 )控制 铁心夹紧 力 有资 料表明， 铁心夹紧力在压强为0 . 0 8 一 0 . 1 2 M P a 时 ， 变 压 器噪 声 值最 低。 在铁 心制 造过程中， 可 通过力矩扳手合理控制夹紧力，同时可在心柱级间 位置放置绝缘棒， 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E 增大。通过以上措 施， 能降 低本体噪 声1 一 3 d B , 3 ) 减小硅钢片内应力的增加 磁致伸缩fi 对应力极为敏感。在相同磁通密 度下， 有较大内应力的硅钢片与内应力较小的硅钢 片相比，E 随着压应力的 增大而升高的速度更加急 剧。高导磁优质硅钢片铁损低，其抗弯折次数也 低。因 此， 应采取如下合理的 工艺措施: 即在硅钢 片剪切、 运输、 堆放及叠积过程中， 避免外力对磁 效伸缩的 影响， 采用不叠上扼工艺; 对油道和夹件 绝缘等使用的绝缘纸板进行预压密化处理， 使其均 匀紧固; 使用结构合理的翻转架等措施， 都可减少 硅钢片内应力的增加。 4 )铁心表面涂胶 硅钢片在剪切过程中， 剪切力使切口 处部分 晶粒偏离了 最佳取向，同时使硅钢片产生内应力， 致使E 增加， 铁心振动增强。 铁心叠装、 绑扎后， 在其剪切端面涂刷树脂类涂层，能抵消边缘处的一 部分内应力， 从而减小内应力所造成的E 值的升 高。 涂 层厚 度一 般以5 0 一 1 0 0 R m 为 宜， 太薄降噪 效 果不明显，太厚又影响铁心散热。 2 . 1 . 4 冷却系 统的降噪措施 变压器噪声为本体噪声与冷却系统噪声的叠 加， 合理、 经济地控制冷却系 统的噪声， 可有效降 低变压器噪声。通过选用低噪声风扇或冷却装置， 尽量采用自然冷却方式，并辅以减振及消声装置， 能达到较好的噪声控制效果。 2 . 2 针 对噪声传播途径方面的降 低噪声的 对策 2 . 2 . 1 抑制铁心的振动向 油箱传播 如在铁心垫脚和箱底间加放置橡胶板， 使刚 性接触变为弹性接触， 可有效地降低振动的传播。 另外， 在变压器运行时应将器身定位处与油箱的 连 接件打开， 使器身与油箱间无机械连接，可消除固 体传播，降低噪声。 2 . 2 . 2 抑制油箱的振动 如增加油箱强度; 合理布置加强筋; 改槽式筋 为板式筋， 并控制其间 距; 油箱中 部加强筋适当 密 布。同时， 辅以 合理的 焊接工艺， 尽量减小箱壁的 焊接变形， 减小制造过程中 油箱的 残余应力。采用 槽式筋时， 筋内填充铁砂、 河沙或石棉板。另外， 减少油箱上的悬臂件和使油箱连接不平的连接件; 油箱内壁设置橡胶板， 增加油箱阻尼。以上措施均 能最低限度地降低箱壁的振幅，降低噪声。 2 . 2 . 3 抑制油箱向外传播振动 如在油箱与地基间加放橡胶等减振材料;箱 壁外可用螺栓固定粘贴隔声板;箱壁外两加强筋间 焊装钢板， 填充吸声材料; 油箱与散热器等冷却装 置采用软连接，即通过波纹管连接或将冷却装置与 油箱分开 ( 即 集中冷却) ， 都可降低噪声。在目 前 的冷却装置连接方式下加以支承，也可减少振动。 3 结束语 通过对S S Z 1 0 - 4 0 0 0 0 / 1 1 0 低噪声变压器的噪声 试验， 其结果为5 3 d B 。 经与传统设计方法和工艺措 施生产的变压器噪声水平的比较， 发现通过控制铁 心的振动， 能降低变压器 本体噪声5 一 1 0 d B; 控制 油箱振动， 能降低1 0 - 2 0 d B; 对冷却系统采取控 制措施， 能使其噪声接近本体噪声水平。 通过以 上 分析及针对分析所采取的设计改进和工艺措施方面 的对策， 获得了较好的验证，为今后设计制造低噪 声电力变压器提供了有益的借鉴。 参考文献 1 1保定天威电力变压器电 气股份有限公司 册 M l . 北京: 机械工业出 版社， 2 0 0 3 . 2 l 董 志刚 . 变 压器的噪 声 J l . 变 压器 ， 1 9 9 5 , .电力变压器手 3 2( 1 0 3 1 - 3 5 . 万方数据