電力變壓器有源降噪的關鍵技術研究

江啟紅（國網安徽省電力公司宿松縣供電公司，安徽省 宿松縣 246500）

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電力變壓器有源降噪的關鍵技術研究

江啟紅（國網安徽省電力公司宿松縣供電公司，安徽省 宿松縣 246500）

隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，現代人類對于生活質量提出了更多的要求，噪音污染作為環境污染的一部分，對于人們的日常生活已經身體健康有很大的危害，作為噪音污染的組成部分，電力變壓器愛低頻噪音污染給周邊居民的生活帶來了很大的影響，本文從這個背景出發，首先以電力變壓器噪音為研究對象，對電力變壓器噪音的產生原因盡心了分析，然后在此基礎上對電力變壓器有源降噪關鍵技術進行了分析介紹。

電力變壓器；有源降噪；關鍵技術

噪音污染是現階段全球環境污染的三大公害一直，隨著電力行業的發展和進步，電力行業噪音污染對人們生活以及身體健康造成了很大的困擾，隨著人們生活水平的提高和對生活質量的要求的提升，噪音污染逐漸的開始被各界廣泛的關注。電力行業的發展對國民經濟的貢獻十分突出，作為國民經濟的支柱產業，近些年來發展迅速，但是隨之而來的是電力行業噪音污染問題，電力變壓器噪音污染受到了越來越多的關注，電力變壓降噪措施主要有兩種形式，分別是無緣降噪和有源降噪，本文主要是針對電力變壓器有源降噪關鍵技術進行分析介紹。

1　電力變壓器噪音產生

電力變壓器產生的噪音主要是由于本體和冷卻系統兩個部分造成的，以下對電力變壓器本體以及冷卻系統噪音產生的主要原因進行具體分析：

（1）由于變壓器磁致伸縮效應的影響，變壓器鐵芯硅鋼片會出現不同程度的震動，在震動的過程中發出噪音；

（2）變壓器鐵芯硅鋼片接風為之和疊片之間因為存在漏磁現象，而漏磁現象形成的電磁吸引力會導致鐵芯振動發出噪音；

（3）如果變壓器繞組中出現大量的負載電流通過，那么負載電流在通過的時候也會產生漏磁現象，進而引起線圈和儲油箱壁振動，從而產生噪音；

（4）變壓器冷卻系統中風扇和油泵在變壓器運行的過程中會產生不同程度的振動噪音；

（5）變壓器本身在運行的過程中無法避免的會出現振動現象，在振動的過程中通過絕緣油、套管接頭以及其他設備零件將振動效果傳遞給冷卻裝置，進而會加劇冷卻裝置的振動頻率，產生更大的噪音污染；

（6）鐵芯在加熱之后，諧振頻率和機械應力都會發生不同程度的變化，在這個過程中，噪音會隨之溫度的上升而逐漸加大；

（7）電力變壓器運行周圍環境會對噪音有不同程度的影響，例如變壓器周圍建筑物以及墻壁距離等，都會對噪音有很大的影響。

所以從上面的變壓器噪音產生機制可以看出，變壓器噪音產生的主要原因是鐵芯、繞組以及油箱壁的振動。同時鐵芯噪音是最主要的組成部分，通常情況下變壓器鐵芯噪音頻率變化區間保持在100～400Hz，同時如果變壓器的定容量越大，那么鐵芯噪音中基頻分量噪聲所占的比重也就越大，倍頻和高頻分量所占的比重就會減少，所以說電力變壓器的容量不同所產生的鐵芯噪音大小也會不同。

2　電力變壓器有源降噪系統

首先需要模擬電力變壓器聲源，以此來預測變電站周圍的聲場狀況，變壓器點生源發出的噪音聲波通常是以球面波的形式進行空間傳播，而球面波在兩種介質分界面上的發射和折射能夠通過計算得出，所以變壓器尺寸在小于測量點到變壓器距離的情況下，點聲源模型就會產生很好的效果，圖1顯示的就是變壓器噪音輻射預測模型。

圖1　變壓器噪音輻射預測模型

從圖1來看，變壓器上下表面的噪音輻射對整體噪音輻射水平的影響實際上很小，實際的噪音可以看做是變壓器四個面振動現象所產生的，所以根據亥姆霍茲積分計算公式：

同時選擇一臺變壓器進行噪聲模型研究，首先在變壓器外殼選擇200個左右的測量點，在保證變壓器正常運行的過程中，對每一個測量點基頻狀態下振動法向加速度進行測量，然后計算積分求和，通過這種方法計算出來的噪音輻射和實際聲場噪音分布狀況的誤差非常小，通常情況下實際測量的數值比計算數值要小10dB以上，同時頻率越高產生的數值誤差也會越大。通過對變壓器不同位置噪音輻射實際測量和預測數據可以發現，預測數值比實際測量的數值要偏大，但是當噪聲達到200Hz以上的時候，誤差會有所增加。

電力變壓器有源降噪的主要目的是為了讓空間中殘留的噪音信號最小化，也就是讓空間聲能達到最小數值。通常在一定條件下，空間聲能最小值和空間聲勢能最小值相同，所以可以將一個封閉空間中總的聲勢能定義為A，A在達到最小值的時候就是有源降噪的消聲標準，具體的公式如下：

式中：Ap就是平均聲勢能；計算方便實際噪音測量，符合實際工程的需求，所以針對封閉空間有緣降噪的實際過程，可以通過一系列次級聲源的引入來使封閉空間的聲勢能達到最小化，然后按照上面的公式進行測量，同時在進行電力變壓器低頻噪聲控制的過程中，基頻和四次以下的變壓器噪音是主要研究方向。

其次電力變壓器有源降噪系統的基本工作原理：需要對變壓器噪聲進行實時監測收集，同時配合傳感器將噪聲轉換成電信號傳送給有源降噪系統，然后系統會根據噪聲驅動變化把噪聲源發出和變壓器噪聲相同的頻率值以及相位相反的信號，通過這種轉換來抵消大量的變壓器噪音，當然通常情況下使用的有源降噪技術僅僅是針對變壓器噪音中存在的基頻和不同次數的噪聲分量。

3　電力變壓器有源降噪技術優化

本文對于電力變壓器有源降噪技術優化模型主要介紹半球聲源模型單頻率有源降噪次級聲源優化模型：

電力變壓器在體積相對較小的情況下，變壓器本體結構對于有源降噪的實際效果影響并不是很明顯，所以為了更好地提升有源降噪的實際效果，可以采用半球聲源模型，這種情況下的噪音輻射次級聲源使用點聲源模型，具體的噪音輻射聲壓公式如下：C0

式中：ρ0是空氣的密度；

c0是聲音在空氣中的實際傳播速度；

Q是變壓器噪音點生源的強度。

根據相應的聲相干原理，次級聲源和初級聲源在某一誤差傳感器位置會出現的聲壓疊加，同時為了能夠實現有源降噪的最終目的，需要保證每一個誤差傳感器位置的聲壓都盡可能的取最小值，文章為了方便計算，將傳感器的誤差參數設置完全相同的傳感器，將目標函數定義為變壓器所有誤差傳感器位置聲壓，具體計算公式如下：

式中：M是誤差傳感器的數量，從上面的噪音輻射聲壓計算公式可以看出，如果次級聲源正好能夠抵消初級聲源，W就能夠得到最小值，所以最終變壓器有源降噪的效果主要取決于次級聲源能夠抵消初級聲源的實際程度，所以有源降噪的最終效果就是次級聲源的參數優化結果。

4　結論

隨著近些年用電量的不斷增加，電力變壓器數量不斷增加，文章通過對電力變壓器有源降噪技術介紹分析，最終得出以下結論：

（1）電力變壓器的本體噪音主要集中在低頻范圍，所以變壓器本體噪音屬于低頻噪音，通常情況下以100Hz位基頻，所以變壓器本體噪音在基頻100Hz以及整數倍頻率出的噪音數值最大，通過對變壓器聲壓級數的分析能夠得出低頻噪音數值通常保持在50～60dB，因為噪音波形相對穩定，所以有利于有源降噪的實現；

（2）有源降噪距離變壓器的位置距離也會影響降噪效果，文章通過對半球聲源模型的簡單介紹，針對100Hz頻率的本體噪音進行分析研究，最終得出變壓器有源降噪的效果主要取決于次級聲源能夠抵消初級聲源的實際程度，所以有源降噪的最終效果就是次級聲源的參數優化結果。

（3）電力變壓器有源降噪需要考慮兩個重要問題，分別是本體噪音和冷卻系統噪音，文章主要介紹的是針對本體噪音的有源降噪，同時變壓器噪音產生的主要原因是鐵芯、繞組以及油箱壁的振動，鐵芯噪音是最主要的組成部分，通常情況下變壓器鐵芯噪音頻率變化會隨著變壓器的定容量的增加而變大。

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2016-6-1

TM41

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2095-2066（2016）17-0049-02