電網電能質量與變壓器振動噪聲的關聯性研究＊

亢澤陽，羅超威，張建凱，房建彬，王宇凡，王鐵彪，靳永春

（武漢理工大學能源與動力工程學院，湖北武漢430063）

電網電能質量與變壓器振動噪聲的關聯性研究＊

亢澤陽，羅超威，張建凱，房建彬，王宇凡，王鐵彪，靳永春

（武漢理工大學能源與動力工程學院，湖北武漢430063）

在我國社會經濟快速發展建設的過程中，人們生活用電猛增。在高壓直流輸電技術越來越完善的情況下，電力電壓器出現振動噪聲問題也越來越嚴重。電力變壓器作為電力系統內主要設備，一旦出現振動噪聲，則會造成變壓器出現直流偏磁的情況。電力變電站在市區內的建設逐漸增多，變壓器也逐漸安裝到住宅區，變壓器噪聲所造成的環境問題也越來越突出。對電網電能質量與變壓器振動噪聲關聯性進行了分析和研究，解決了變壓器振動噪聲問題，有效提升了電網電能質量，推動了電網的進一步發展建設。

電網；電能質量；變壓器；振動噪聲

變壓器在故障狀態下運行，振動噪聲就會明顯增加，甚至還會出現變壓器異常。一旦變壓器出現振動噪聲，電網電能質量就會受到影響，危害人們的身體健康。因此，電網電能質量與變壓器振動噪聲之間存在一定的關聯性，在提升電網電能質量方面具有重要意義。

1 變壓器振動噪聲危害

在電網改造深入開展的情況下，變電站也開始逐漸出現在人們生活中。在這種情況下，變壓器所出現的振動噪聲問題更加突出。噪聲對人們存在較大的危害，尤其是人們長期處于噪聲之中，會出現以下危害：①聽力下降。根據有關部門研究結果表明，人耳長期處于噪聲環境之中，聽力是否遭受到損傷與持續時間有著緊密關聯，尤其是噪聲系數超過85 db時，人出現噪聲性耳聾疾病可能性為5%.②干擾睡眠。面對考試壓力的學生處于噪聲環境下，難以集中精神，尤其是在中考、高考時間內，我國政府部門都會對噪聲進行治理，減小噪聲對學生所造成的影響；③危害中樞神經系統。人們長期處于噪聲環境中會出現耳痛或頭痛，導致記憶力下降，造成中樞神經系統遭受損害[1]。變壓器噪聲系數相對較低，大部分屬于低頻噪聲，會對人體造成慢性損傷，長期存在于日常生活中，甚至會造成人喪失理智、神經衰弱等。孕婦要是長期處于變壓器噪聲環境內，胎兒發育也會受到影響[2]。

2 變壓器噪聲原理

2.1 變壓器噪聲產生的原因

按照變壓器運行的實際情況，變壓器出現的噪聲主要分為冷卻系統噪聲和本體噪聲，這2種噪聲都會造成變壓器電磁場出現變化。變壓器鐵心由硅鋼片制成，在磁場發生變化的情況下，會出現伸縮問題，進而造成鐵心出現振動問題。

2.2 噪聲的測量方法

現階段，主要有2種測量方法，分別為聲壓法和聲強法。

2.2.1 聲壓法

聲壓法在實際應用中主要借助生源向空氣發射噪聲，無法對回聲及合成噪聲進行測量，所以，對于環境要求相對較為嚴苛。在理想情況下，除了反射面之外，在整個檢測環境內并不包含任何反射物體，檢測設備可以在檢測環境內自由運動。因此，聲壓法在應用時，需要在專門檢測室內完成檢測任務，這樣才能夠保證測量數據結果精確。

2.2.2 聲強法

聲強法主要是在微音器之間測量聲壓所出現的變化，借助有限差分析方式對聲波振動速度進行了解。聲強法是將測量空間內聲強與面積相乘，進而可了解噪聲功率。

3 變壓器振動噪聲仿真計算

3.1 Comsol

Comsol作為有限元數值仿真軟件，在多個領域研究內得到了廣泛應用。Comsol在應用時具有良好剖分能力，且具有專門的數據庫，尤其是對于物理場之間的計算，Comsol可以有效提升手機性能，有效提升設備的安全性能。

3.2 有限元仿真

變壓器在空載運行情況下，變壓器振動噪聲主要是由于鐵心振動所造成，繞組所出現的振動可以忽略不計。正常情況下，變壓器主要具有2種運行模式，分別為負載運行及空載運行，變壓器所出現的勵磁電流主要受到主磁通影響，所以，變壓器振動噪聲基本上保持不變。因此也可以認為，變壓器在任何狀態下運行所出現的振動噪聲基本相同。在仿真模型研究中，主要對空載狀態下變壓器振動噪聲進行分析。

4 完善變壓器振動噪聲控制

4.1 變壓器噪聲聲源控制

按照現階段的情況，想要降低變壓器本身振動噪聲，主要采取以下2方面的措施：①選擇優質硅鋼片作為變壓器鐵心。根據研究人員研究結果，高導磁硅鋼片在變壓器內應用時，變壓器振動噪聲可以降低4 db左右。采取光照射控制形式對高導硅鋼片的運行進行控制，變壓器振動噪聲可以降低8 db左右，硅鋼片內硅含量可以超過7%，且在變壓器內應用時，變壓器噪聲降低更加明顯。②降低變壓器鐵心工作磁密。按照研究結果，變壓器鐵心工作磁密應控制在1.8 t內，磁密降低0.1 t，變壓器振動噪聲就會降低3 db。需要特別注意的是，變壓器鐵心磁密降低系數需要控制在合理范圍內，變壓器運行質量及效率才能得到有效保證。

4.2 控制噪聲傳播途徑

按照變壓器本體降低振動噪聲的方式，所能降低的振動噪聲僅僅為15 db，但是變壓器安裝到居民區后，噪聲就需要控制在50 db范圍內。要是僅僅降低變壓器本體振動噪聲，上述內容難以實現，所以，必須對噪聲傳播途徑進行控制，這樣振動噪聲才能夠控制在合理范圍內。現階段，噪聲傳播途徑在控制范圍內，主要采取組裝式隔聲壁。

5 結論

本文對電網電能質量與變壓器振動噪聲關聯性進行了分析研究，通過仿真計算形式對變壓器振動噪聲進行了有效控制，降低了變壓器振動噪聲對人們生活所造成的影響，提升了電網電能傳輸質量。在研究之后筆者認為，對變壓器振動噪聲進行理論分析，可以了解變壓器振動噪聲來源，進而了解變壓器振動噪聲控制形式，分別從噪聲聲源控制與噪聲傳播途徑控制落實，有效降低變壓器振動噪聲。本文雖然進行了較為全面的分析和研究，但電網電能質量與變壓器振動噪聲之間存在十分緊密的關聯，需要進一步分析和研究。

［1］祝麗花，楊慶新，閆榮格，等.考慮磁致伸縮效應電力變壓器振動噪聲的研究［J］.電工技術學報，2013（04）.

［2］何苗忠，王豐華，錢國超，等.基于.NET框架的變壓器振動噪聲綜合分析系統設計與開發［J］.電力系統自動化，2017（01）.

［3］張靜文，王穎.基于Web的變壓器振動噪聲在線監測系統的研究與實現［J］.電力信息化，2010（02）.

TM41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.019

2095－6835（2017）14－0019－02

亢澤陽（1996—），男，武漢理工大學能源與動力工程學院2014級本科生，輪機工程專業，研究方向為輪機工程、機械（第一作者）。羅超威（1997—），男，武漢理工大學能源與動力工程學院2014級本科生，輪機工程專業（第二作者）。張建凱，男，武漢理工大學能源與動力工程學院2014級本科生，輪機工程專業。房建彬，男，武漢理工大學能源與動力工程學院2014級本科生，輪機工程專業。王宇凡，男，武漢理工大學能源與動力工程學院2014級本科生，輪機工程專業。王鐵彪，男，武漢理工大學能源與動力工程學院2014級本科生，輪機工程專業。靳永春，男，武漢理工大學能源與動力工程學院2015級本科生，輪機工程專業。

〔編輯：張思楠〕

武漢理工大學自主創新基金項目（編號：2017-ND-B1-09）