變壓器噪聲的分析研究

王其富

摘 要：本文從變壓器本體及其冷卻系統兩個方面簡要分析了變壓器產生噪聲的基本原因，并針對變壓器產生噪聲的原因及其傳播途徑，提出了幾種降低變壓器噪聲的方法。

關鍵詞：變壓器；噪聲；降低措施；鐵芯；冷卻系統

中圖分類號： TM419 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）35-181-2

1 概述

電力工業是國民經濟的基礎，是國家發展戰略的重點和先導性產業。變壓器在電力行業中作為一個非常重要的部分，在電力傳輸和分配，能量轉換和電能消耗等各個環節起著至關重要的作用，是電力工業的重要組成部分，也是保證國民經濟持續發展和國家安全獲取清潔能源的重要手段，在國民經濟中占有非常重要的地位。電力設備制造業的發展和振興，對提高人民的生活水平，改善人民生活環境，提高國家的整體實力，實現中華民族的振興將產生深遠的影響。

近年來，中國的電力需求迅速增長，電網的高速建設和投資拉動了輸變電設備的市場需求。巨大的電力建設資金給變壓器行業帶來了機遇和挑戰，促進變壓器行業得到了快速發展。隨著深入的電力工程的發展，電網升級速度的加快66kV和220kV輸電線路被引入城市，大型高壓變電站建在城市的郊區，或直接進入城市的住宅和商業區。然而，大型變壓器引起的噪聲對人們的工作和生活產生了嚴重的影響，這也不符合國家環境保護部門對城市環境的要求。因此，針對變壓器產生噪聲的原因及傳播途徑，采取科學、合理、有效的降噪措施，已成為變壓器制造部門和使用部門急需解決的問題，降低變壓器噪聲意義重大。

2 變壓器噪聲分析

變壓器的噪聲分析主要考慮兩個方面，一是變壓器本體，二是變壓器的冷卻系統。

①變壓器本體方面主要是鐵心勵磁時硅鋼片磁滯伸縮引起的鐵芯振動。所謂磁滯伸縮，是硅鋼片在勵磁時，沿磁力線方向硅鋼片尺寸要增加，而垂直于磁力線方向的尺寸要縮小的變化。磁滯伸縮的大小與很多因素有關，主要有變壓器的工作磁密和硅鋼片的材質；而在相同磁密下，又與芯柱與鐵軛的接縫型式、硅鋼片存在內應力的大小、鐵芯夾件的夾緊力、鐵芯是否沖孔等因素有關。

②變壓器冷卻系統的噪聲是由風扇和油泵的運行時產生的，風扇本身的運動以及其運動產生的氣流都是產生噪聲的原因，而且一般高于變壓器本體噪聲。

此外，繞組的電動力、油箱磁屏蔽的磁滯伸縮等也要產生一些噪聲，與鐵芯產生的噪聲一起構成變壓器本體噪聲，由變壓器油箱傳遞給外界，和冷卻系統產生的噪聲相疊加，構成變壓器的總噪聲。

3 降低變壓器噪聲的方法

3.1 在變壓器設計階段降低變壓器噪聲的方法

①在設計時，降低鐵芯磁密，據試驗統計每降低0.1T磁密，可降低變壓器噪聲1-3dB（A），但是降低磁密的同時，相應的變壓器成本也會增加，所以磁密的選取要在一定的合理范圍內。

②在設計時選用高導磁的鐵芯材料，試驗證明在相同磁密下，高導磁材料的硅鋼片比普通硅鋼片疊成的鐵芯噪聲要小3-10dB（A），所以在設計階段選用冷軋高取向導磁硅鋼片作為鐵芯材料是減少磁滯伸縮最有效的方法。

③當鐵芯的固有頻率接近磁滯伸縮振動的頻率時，鐵芯的共振會導致變壓器本體噪聲的增加。因此，在設計時要計算變壓器鐵芯的固有頻率，合理調整鐵芯的窗口尺寸，使其避開鐵芯的自振頻帶，即鐵芯固有頻率應該避開頻帶為75～120Hz、165～235Hz、275～325Hz、365～425Hz之間的范圍。

④設計時合理調整高、低壓繞組的安匝分布，使繞組的漏磁面積最小，減小繞組軸向力與輻向力對鐵芯的沖擊。

⑤由于油箱中磁屏蔽的磁滯伸縮也可以引起噪聲，所以在設計時盡量避免采用此種結構。

⑥可在鐵芯和油箱箱底之間用彈簧所產生的彈性連接來代替剛性連接，為了避免共振，要使彈簧的固有頻率大大低于鐵芯的磁滯伸縮振動的固有頻率（100HZ）。

⑦在滿足設計要求的前提下，盡量采用自冷式散熱系統，而不是吹風冷或強迫油循環冷卻系統，可以消除風機和油泵造成的噪音，大大降低變壓器的整體噪聲。

⑧如果必須使用風冷或強迫油循環冷卻系統，盡可能使用低噪聲風機和油泵，以盡量減少冷卻系統產生的噪音。低噪聲風機的設計，在保證風量和壓力要求的情況下，可以通過葉片形態的改進，降低風扇的轉速，在風扇進氣和排氣口安裝消聲裝置等方法實現；低噪聲油泵設計，在保證油流的前提下，從降低油泵轉速，減少油泵機械摩擦，減少油阻力等方面考慮。

3.2 降低變壓器噪聲的工藝措施

①鐵芯疊裝時采用多級接縫，試驗證明采用多級接縫比兩級接縫的鐵芯，噪聲降低3-5 dB（A）。

②避免和減少鐵芯材料在加工、運輸、疊裝過程中受到機械撞擊，否則會增加鐵芯材料的磁滯伸縮，增大鐵芯的噪聲。

③鐵芯綁扎采用高強度網狀無緯綁扎帶進行捆扎、固化。鐵芯夾緊時，上、下軛夾緊力要盡量均勻，鐵芯夾緊采用板式夾件、拉板和橫梁等構成框架結構，使鐵芯成為一個牢固的整體，保證足夠的機械強度，避免鐵芯產生振動。

④鐵芯疊裝完后，在鐵芯端面和接縫處涂聚酯膠和環氧膠。可以加大鐵芯表面的張力，減小鐵芯的磁滯伸縮，也會起到降低噪聲的作用。

⑤在鐵心墊腳與箱底、箱底與基礎之間分別安裝上減振膠墊，使噪聲通過減振裝置發生衰減，從傳播路徑上降低變壓器的噪聲，傳播可以有效抑制噪聲和振動，值得注意的是，減震橡膠板的選定要有摩擦力大，流動性小，變形小，耐油、耐水、耐高溫、抗紫外線，耐老化等特性，適用于一般的軟木橡膠板，鐵芯墊腳與箱底之間也可以用耐油減振橡膠板，一般厚度在20mm之間為宜。

⑥在變壓器加強筋內和兩加強筋之間填充玻璃纖維、鐵屑、細沙等吸聲材料，構成半消聲箱。一方面，這種方法可以使用吸聲材料在噪聲傳播的過程中衰減；另一方面，如鐵，沙子等材料比重大，增加變壓器油箱的重量，降低振動幅度，從而削弱了變壓器噪聲的傳播，起到了降低噪聲的目的。

⑦在安裝時變壓器本體底座采用焊縫與基礎固定，變壓器內部采用6點剛性定位，箱體及附件均采用焊接和螺栓連接組成了一個剛度很好的結構，也可以避免變壓器振動產生的噪聲。

⑧采用隔聲措施，在變壓器安裝現場安裝隔聲墻，來阻止聲音的傳播，從而降低變壓器的噪聲對居民環境的影響。

4 結語

總之，變壓器產生噪聲的原因是多方面的，其噪聲的降低應該在鐵芯、冷卻裝置及傳播路徑等方面綜合研究分析，只有將上述各方面配合起來，那樣才可以用最小的代價來最大限度的降低噪聲。節能、環保是變壓器研發的永恒課題。目前，我國的變壓器技術水平與國家環保的要求還有一定的差距，我們要把變壓器的噪聲水平與它的電氣性能、溫度特性、機械特性一樣，作為變壓器的重要技術參數進行考核與研究，只有在噪聲方面不斷的深入研究，同時把環保的要求、計算機優化設計等新技術引入并進而發展，才會使未來的變壓器日趨完美，達到節能環保的雙重功效。

參 考 文 獻

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