電力變壓器噪聲輻射特性

商利華 林小平 李艷軍 劉國(guó)剛 冀茂芳(勝利石油管理局電力管理總公司 山東東營(yíng)257000)

隨著改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)電力能源的需求不斷增加，電力已經(jīng)成為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)命脈，電力行業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。隨著城區(qū)的擴(kuò)大，城市的電網(wǎng)也在逐步改造，許多變電站建設(shè)在居民區(qū)內(nèi)或者靠近居民區(qū)，變壓器噪聲已經(jīng)成為城市噪音污染的重要組成部分。在電網(wǎng)中運(yùn)輸電力的主要靠直流輸電和交流輸電兩種方式，變電站就是電力系統(tǒng)中通過(guò)變壓、控制電力流向和分配電能將電網(wǎng)聯(lián)系起來(lái)的中間設(shè)備。變換電壓的設(shè)備就是變壓器，將電能轉(zhuǎn)化為合理輸送、使用和分配的設(shè)備。變電站在工作時(shí)候，能夠產(chǎn)生很大的噪聲，需要控制的噪音源有高壓并聯(lián)電抗器、交流變壓器、電容器以及電磁噪聲和放電產(chǎn)生的噪聲。我國(guó)由于人口密度大，無(wú)法和國(guó)外一樣，將輸電設(shè)備和變電站放在無(wú)人區(qū)，這就使得變電站噪聲污染成為影響正常生活的一個(gè)重要污染源。聲源、傳聲途徑和受主是環(huán)境噪聲污染的三個(gè)基本環(huán)節(jié)，噪聲污染的控制也需要從這三個(gè)方面入手。控制噪音的根本途徑是降低聲源的輻射，控制噪聲傳播途徑則是降噪的常用手段，保護(hù)受主的聽(tīng)力則很難做到，一般不采用措施。目前，對(duì)于測(cè)量變壓器噪聲輻射的方法主要有聲壓法、聲強(qiáng)法和振速法。利用聲壓法和聲強(qiáng)法在室外分別對(duì)變壓器噪聲進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)聲強(qiáng)法不僅能精確測(cè)量出噪音的聲壓級(jí)，而且不易受環(huán)境影響。

一、電力變壓器振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理

近十幾年來(lái)，我國(guó)對(duì)電力變壓器的噪聲控制都進(jìn)行了大量的研究和預(yù)測(cè)，取得了很大的進(jìn)步。但是目前噪聲的測(cè)量方法還是以聲壓法為主，聲壓法受環(huán)境影響大、精準(zhǔn)度低，不利于對(duì)電力變壓器噪聲控制。變壓器是一種靜止的電能轉(zhuǎn)換器，通過(guò)電磁感應(yīng)、改變繞組之間頻率，來(lái)變換電壓和電流。對(duì)于電力變壓器振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理我們從三個(gè)方面進(jìn)行研究：一是變壓器的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)、工作原理和諧波的產(chǎn)生；二是分析電力變壓器振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理；三是繞組振動(dòng)和鐵心的噪聲的傳播途徑。電力變壓器的結(jié)構(gòu)主要分為內(nèi)外兩部分，內(nèi)部主要包括繞組、鐵心及組件，外部結(jié)構(gòu)主要包括冷卻裝置、郵箱和套管。電力變壓器的電壓和容量的不同，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)的組件也會(huì)隨之改變。電力變壓器的工作原理就是利用電磁感應(yīng)定律，將電能轉(zhuǎn)化為磁能，再由磁能轉(zhuǎn)化為電能的電磁設(shè)備。正選交變磁通是磁場(chǎng)的基本條件，但是電流會(huì)在鐵心的非線性磁化特點(diǎn)的影響下，產(chǎn)生富含奇數(shù)的諧波，這就是諧波產(chǎn)生的原因。冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的噪音和變壓器本體產(chǎn)生的噪音是電力變壓器產(chǎn)生噪音的兩個(gè)主要方面。冷卻系統(tǒng)的噪音主要是油泵運(yùn)行和冷卻風(fēng)扇運(yùn)行產(chǎn)生的噪音，變壓器本體則主要是繞組、鐵心在電磁作用下產(chǎn)生振動(dòng)而生成的噪音。

二、電力變壓器試驗(yàn)基礎(chǔ)

本課題通過(guò)三個(gè)方面進(jìn)行分析研究電力變壓器的試驗(yàn)基礎(chǔ)，一是噪聲測(cè)量的基礎(chǔ)，二是測(cè)試設(shè)備及測(cè)試系統(tǒng)，三是相干分析技術(shù)理論。噪聲測(cè)量的聲學(xué)參量主要有聲壓及聲壓級(jí)、聲強(qiáng)及聲強(qiáng)級(jí)、聲功率及聲功率級(jí)。噪聲不僅存在頻率屬性和量值屬性，還存在時(shí)間屬性。為了有效的評(píng)價(jià)人們對(duì)噪聲反應(yīng)的主觀性，我們常用噪聲評(píng)價(jià)量來(lái)表示，包括計(jì)權(quán)曲線與計(jì)權(quán)聲級(jí)、等效連續(xù)A聲級(jí)兩個(gè)方面。為了提高聲級(jí)測(cè)量的精準(zhǔn)度，我們?cè)趯?duì)聲源聲級(jí)測(cè)量前，要對(duì)聲級(jí)計(jì)中傳聲器進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)。同時(shí)，在測(cè)量噪聲時(shí)，要考慮到聲波傳播的方向、壓強(qiáng)、溫度以及風(fēng)速，這些因素都會(huì)影響測(cè)量器對(duì)噪聲的測(cè)量結(jié)果。在相干分析技術(shù)理論中，要利用功率譜密度函數(shù)對(duì)噪音進(jìn)行描述，來(lái)確定電力變壓器的振動(dòng)優(yōu)勢(shì)頻率和優(yōu)勢(shì)頻率。相干函數(shù)是用來(lái)確定優(yōu)勢(shì)頻率和振動(dòng)優(yōu)勢(shì)頻率之間的關(guān)系的，因?yàn)樵肼暿钦駝?dòng)產(chǎn)生的，但是振動(dòng)不一定一定產(chǎn)生噪聲。為了確定主要噪聲頻率的有效性，需要利用噪聲功率譜上各噪聲源與主噪聲源之間的程度。

三、電力變壓器振動(dòng)噪聲分析

為了測(cè)試電力變壓器噪聲產(chǎn)生的原因，本課題將電力變壓器噪聲測(cè)試分為電力變壓器出廠噪聲測(cè)量實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)電力變壓器噪聲測(cè)量?jī)蓚€(gè)部分，測(cè)量實(shí)驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置也是分為電力變壓器出廠和現(xiàn)場(chǎng)電力變壓器兩種布置方式。我們通過(guò)振動(dòng)噪聲的相干分析和噪聲信號(hào)的頻譜特性來(lái)分析現(xiàn)場(chǎng)電力變壓器振動(dòng)噪聲。通過(guò)對(duì)比出廠和現(xiàn)場(chǎng)電力變壓器的噪聲的平均A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)和噪聲信號(hào)的窄帶譜，分析噪聲信號(hào)的頻譜特性。為了得到不同的勵(lì)磁電壓下負(fù)載和空載的電力變壓器的噪聲聲壓級(jí)，我們對(duì)電力變壓器的噪聲進(jìn)行了測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)函數(shù)計(jì)算出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)隨著勵(lì)磁電壓的增大，電力變壓器噪聲不管在空載還是負(fù)載的條件下，噪聲聲壓級(jí)都會(huì)隨之增大。同時(shí)，負(fù)載時(shí)電力變壓器噪聲聲壓級(jí)的變化率小于空載時(shí)的變化率。經(jīng)過(guò)分析推測(cè)，電力變壓器在負(fù)載時(shí)，鐵心振動(dòng)隨著勵(lì)磁電壓變化率小于空載運(yùn)行時(shí)繞組振動(dòng)的變化率。在電力變壓器出廠噪聲試驗(yàn)加載中，本課題采用了加載直流偏磁和諧波加載兩種方法，來(lái)使現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室變壓器噪聲頻率相同。但是這兩種加載方式存在兩方面的弊端，一是需要足夠的大功率的電路來(lái)滿足四臺(tái)電力變壓器同時(shí)工作，二是需要足夠大的場(chǎng)地來(lái)容納四臺(tái)電力變壓器。

[1]洪宗輝,潘仲麟.環(huán)境噪聲控制工程【M】.北京:高等教育出版社.

[2]周建國(guó),李莉華,杜茵等.變電站、換流站和輸電線路噪聲及其治理技術(shù)[J].中國(guó)電力.

[3]王常平,林云志,王國(guó)偉等.如何降低變壓器噪聲[j].變壓器.