電力變壓器的噪聲污染及控制

車艷紅，陳永鋦，程慧青

（1.3國網福建省電力有限公司電力科學研究院；2.福建中試所電力調整試驗有限公司，福州　350007）

電力變壓器的噪聲污染及控制

車艷紅1，陳永鋦2，程慧青3

（1.3國網福建省電力有限公司電力科學研究院；2.福建中試所電力調整試驗有限公司，福州350007）

摘要：為了解決電力變壓器噪聲污染的問題，首先對噪聲來源和決定因素進行深入分析，根據產生噪聲的決定因素、實踐經驗和噪聲控制理論提出了相關的解決措施，實踐證明，這些措施能起到很好的降噪效果。

關鍵詞：電力變壓器；噪聲污染；噪聲控制經濟的迅猛發展，造成居民用電量持續增加。尤其是最近幾年，隨著城市化進程的加快和電網改造的需要，部分變電站建立在居民生活區附近。然而變壓器在運行過程中會產生噪聲，這種噪聲不僅污染了環境，也對人們的健康造成了一定影響，在夜間更為嚴重。基于此，本文對電力變壓器產生的噪聲及控制進行分析探討。

1　電力變壓器噪聲來源

電力變壓器在運行過程中產生的噪聲主要來源兩部分：本體噪聲和冷卻系統噪聲。

1.1本體噪聲

此類噪聲主要來源于下述兩種情況：第一，磁致伸縮效應產生的噪聲。據變壓器的工作原理可知，在工作時鐵芯內部會產生交變磁場，從而導致鐵芯的硅鋼片處于磁致伸縮狀態，雖然硅鋼片周期性伸縮幅度很小，但是也會引起鐵芯周期性的振動，產生噪聲。第二，漏磁場產生的噪聲。變壓器在工作時會出現一定的漏磁場，尤其是大型變壓器，漏磁場相應增大。由于變壓器繞組中電流和漏磁場的相互作用，導線上會出現電磁力，同時由于漏磁場的存在，繞組出產生軸向電動力，受到電動力作用的鐵心在金屬撞擊下震動，從而產生噪聲。

1.2冷卻系統噪聲

電力變壓器的冷卻方式通常包括以下兩種：風冷和強油風冷。為了達到更好的冷卻效果，變壓器在運行過程中，通常風扇和油泵都打開，風機和油泵工作時會產生空氣噪聲。目前，多數變壓器都配置兩臺或以上的風冷卻器及風冷卻器，這樣就極易產生空氣噪聲，對于部分大型電力變壓器，其產生的空氣噪聲甚至超過80dB（A）。由此可知，冷卻系統產生的噪聲要高于變壓器本體產生的噪聲。

2　電力變壓器噪聲的決定因素

為了減少電力變壓器的噪聲污染，必須明確電力變壓器工作時產生的噪聲和那些因素有關，以便采取有效措施降低噪聲強度。電力變壓器工作時產生的噪聲通常可分為箱內噪聲和箱外噪聲，通過對兩類噪聲的具體計算來分析產生噪聲的決定因素。

2.1箱內噪聲

箱內噪聲的計算公式通常采用下式（1）進行計算：

圖1　β與硅港片重量關系圖

2.2箱外噪聲衰減計算

電力變壓器產生的噪聲傳到箱外時，會出現一定程度的衰減，距離箱外距離越遠，衰減量越大。目前，世界各國常用的計算電力變壓器箱外噪聲衰減量如下式（2）所示：

修正后的計算式如下式（3）所示：

2.3實際噪聲計算公式

在實際衡量及計算電力變壓器產生的噪聲時，為了具有更高的準確性及簡便性，綜合考慮各種因素，在電力變壓器工藝良好的基礎上，通常采用以鐵心磁滯伸縮為基礎而導出的公式來進行計算比較合理，具體計算公式如下式（3）所示：

若使用的電力變壓器為風冷或者強油風冷等，在計算時還必須考慮風扇和油泵在工作時產生的噪聲，即將所有產生的噪聲進行疊加，即合成噪聲，具體計算公式如下式（4）所示：

3　電力變壓器噪聲的控制措施

要有效控制電力變壓器的噪聲污染，可通過下述兩個途徑：第一，降低噪聲源的噪聲；第二，傳播途徑降低噪聲。

3.1噪聲源方面的降噪措施

3.1.1選擇優質硅鋼片

選擇優質硅鋼片，不僅能夠確保結晶方位的完整度，還能有效降低磁致伸縮，減少工作時的振動。例如：具有高晶粒硅鋼片的磁針伸縮僅是普通硅鋼片的60%；在相同磁通密度下，優質硅鋼片由于具有較小的振動，能夠降低噪聲2-4dB；每降低0.01T的磁通密度，能減少噪聲0.2dB。

3.1.2優化鐵芯各項物理參數

為了盡量降低鐵芯產生的噪聲，可對鐵芯的各項物理參數進行優化，具體可從以下幾點進行優化：第一，減少鐵芯重量。據多年的實踐經驗可知，鐵芯的重量每減少1t，噪聲可減少約0.3dB；第二，減少鐵芯窗高和直徑的比值。據實踐經驗可知，兩者的比值每減少0.1，噪聲可減少約5.7dB，同時在設計時，盡量將鐵芯設計為矮胖型，產生的噪聲可大幅度減少；第三，增加鐵軛截面積以減小鐵軛中的磁通密度。電力變壓器產生的本體噪聲主要來源于鐵軛的振動，若能適當增加鐵軛橫截面積，不僅能夠減少鐵軛的磁通密度，同時還能增加末級鐵芯片的寬度，從而增加了夾件和鐵軛的接觸面積，使得鐵軛在工作過程中受力均勻，從而有效的減少噪聲。根據實踐經驗可知，經過這樣處理后，噪聲能夠減少2-5dB；第四，選擇合理的鐵芯自振頻率。若鐵芯在運行過程中的自振頻率與磁針伸縮的頻率相同，極易形成共振，從而產生較大的噪聲。為了避免此種情況的出現，首先要計算鐵芯的固有頻率，具體計算公式如下式（5）所示：

圖3鐵芯尺寸示意圖

圖4　關系曲線

根據上述計算結果來對鐵芯頻率進行合理選擇，避免形成共振。

3.1.3改進鐵芯結構，選擇合理疊裝和裝配工藝

要有效改進鐵芯疊裝和裝配工藝，可采取下述措施：第一，采用全斜交錯接縫的鐵心結構。傳統的心柱和鐵軛通常選擇交錯接縫結構，這樣極易產生渦流和磁飽和，從而導致電力變壓器的噪聲和損耗提升。若采用全錯接縫，既能減小磁通畸變，也能確保鐵芯整體機械強度。經過多年實踐可知，若保持磁密為定值1.7T不變，采用全斜交錯結構能夠減少噪聲3-5dB；第二，控制鐵心夾緊力。相關理論研究發現，若鐵芯夾緊力的壓強為0.08-0.12Mpa時，此時產生的噪聲值最小。具體在制作時，通過扳手合理控制夾緊力，也可在合理位置放置絕緣棒，確保整個心柱受力均勻，避免磁致伸縮增加，采取這些措施后，能夠使電力變壓器的本體噪聲降低1-3dB。

3.1.4冷卻系統的降噪

對于冷卻系統的降噪，可通過選擇低噪聲風扇或冷卻裝置，若是發熱量不大，盡可能采取自然冷卻的方式，同時還可以采取減震或者消聲裝置，最大限度的減少噪聲。

3.2傳播途徑的降噪措施

通過抑制噪聲源的噪聲，雖然可以起到一定的效果，但是并不能全部消除噪聲。因此，必須從傳播途徑進行降噪處理，以達到控制的目的。電力變壓器產生的噪聲通過以下兩種方式傳到外界：第一，通過箱底和地基傳到外界；第二，通過郵箱輻射到外界。針對傳播途徑，可采取以下措施：

（1）在鐵心和箱底、地面之間加緩沖裝置，使噪聲同諾緩沖裝置衰減，通常可采用減振橡膠板。

（2）油箱壁可采用扣槽式加強筋，通過焊接3-4mm鋼板，在其中填充吸聲物質，形成半消聲油箱，具體如下圖5所示：

圖5　油箱壁結構示意圖

（3）在變壓器周圍建設隔音墻或者隔音室，能有效降低噪聲。在對噪聲要求比較嚴格的地方，目前通常采用的方法是設置隔音室，這樣能有效減少噪聲30-40dB。

4　結束語

綜上所示，為了有效降低電力變壓器的噪聲污染，除了采取上述措施外，還必須不斷對變壓器的產生、計算模型及測試方法進行深入探究，以便采取更完善的措施減少污染，滿足人們對變壓器噪聲的基本要求。

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作者簡介：車艷紅（1981-），女，福建泉州人，本科，工程師，主要從事電力環境保護工作。