10kv配電變壓器噪聲輻射特性及控制方法

摘要：為解決傳統10kv配電變壓器噪聲輻射控制波特率低的問題，研究10kv配電變壓器噪聲輻射特性，并通過確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件，采集10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號，分析變壓器噪聲輻射控制電壓、電流相關性，計算10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率，實現10kv配電變壓器噪聲輻射控制。設計實例分析，結果表明，設計的控制方法在相同的相位差中控制波特率明顯高于對照組，能夠解決傳統10kv配電變壓器噪聲輻射控制波特率低的問題。

關鍵詞：10kv配電變壓器;噪聲輻射特性;控制方法

引言

10kv配電變壓器以其低能耗的優勢在10kv配電中脫穎而出，受到廣泛應用，通過自身具備的無極調速性能，能夠實現對電機工作的變壓調試[1]。10kv配電變壓器能夠利用內部IGBT實現對電壓的調試，在其運行過程中，由于產生的電磁會產生一定的噪聲輻射。因此，分析10kv配電變壓器噪聲輻射特性是確保10kv配電變壓器節能、穩定運行的重要手段。10kv配電變壓器的噪聲輻射能夠直接影響10kv配電的穩定性，導致10kv配電出現失準、失靈的情況，極大程度上制約10kv配電的安全性[2]。在我國，針對10kv配電變壓器噪聲輻射特性的分析并不少見，但普遍分析較為籠統，沒有細致的分析出10kv配電變壓器噪聲輻射產生的具體原因，導致后期10kv配電變壓器噪聲輻射控制工作執行困難。為精準控制10kv配電變壓器在運行過程中產生的噪聲輻射，本文提出10kv配電變壓器噪聲輻射特性及控制方法研究，致力于在明確10kv配電變壓器噪聲輻射特性的基礎上，設計10kv配電變壓器噪聲輻射控制方法，進而提高10kv配電變壓器噪聲輻射控制波特率，實時控制10kv配電變壓器噪聲輻射。

1 10kv配電變壓器噪聲輻射特性

為分析10kv配電變壓器噪聲輻射特性，必須明確10kv配電變壓器噪聲輻射原理[3]。基于10kv配電變壓器的非線性特征，在10kv配電變壓器工作過程中必然會產生諧波，且諧波特性屬于高次諧波，高次諧波具有高頻的特性，能夠在限定范圍內發射高頻電磁波，進而產生噪聲輻射。由此可見，10kv配電變壓器的功率越高，噪聲輻射越大;反之，則越小。10kv配電變壓器噪聲輻射的傳播方式，是10kv配電變壓器噪聲輻射獨具的特性。基于10kv配電變壓器高頻電磁波的傳導與輻射特性，可通過電路耦合以及電磁輻射的方式傳播噪聲輻射。電路耦合主要指的是電壓畸變，損壞電機銅。電磁輻射主要是通過10kv配電變壓器的感應方式，傳播噪聲輻射。通過分析10kv配電變壓器噪聲輻射特性，明確10kv配電變壓器噪聲輻射主要產生的位置以及傳播方式，為10kv配電變壓器噪聲輻射控制提供基礎路徑支持。

2 10kv配電變壓器噪聲輻射控制方法

2.1確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件

在明確10kv配電變壓器噪聲輻射特性后，可以通過控制10kv配電變壓器噪聲輻射，降低變壓器噪聲輻射對于10kv配電的干擾。本文運用疊加原理，確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件。疊加原理指的就是當10kv配電變壓器噪聲輻射過程中有幾個噪聲源共同起作用時，可以讓其中的一個噪聲源單獨工作，其它的噪聲源不工作。在此基礎上，求出這一個噪聲源工作時在電阻上產生的瞬時電流值，記為。再讓第二個噪聲源工作，求出這個噪聲源工作時產生的瞬時電流值，記為。讓每一個噪聲源分別工作一次，求得這些瞬時電流值相加就是所有的噪聲源共同工作時的噪聲輻射，也就是10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件[4]。設10kv配電變壓器噪聲輻射時的電壓動勢集合為，設10kv配電變壓器噪聲輻射邊界為，可得公式（1）。

公式（1）中，b指的是10kv配電變壓器噪聲輻射點電阻值，w、b均為實數，R為目標函數。將10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件用U-（w·χ）-b來表示，可得公式為：

公式（2）中，IA指的是10kv配電變壓器噪聲輻射時電壓最小對稱分量;IB指的是10kv配電變壓器噪聲輻射時電流最大對稱分量。確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件是對稱分量的概率質量函數最大值與最小值。

2.2采集10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號

確定10kv配電變壓器噪聲輻射邊界條件的基礎上，利用饋線終端裝置采集10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號，并將采集到的電壓信號通過通訊網絡傳遞到控制主站，控制主站將分析上報的電壓信號，確定10kv配電變壓器噪聲輻射區段。由于10kv配電變壓器噪聲輻射諧振頻率通常在4.5kHz左右，電壓信號能量主要集中在前二分之一周期，因此將饋線終端裝置電壓信號采集頻率設定在7.5kHz以上，采集電壓信號數據長度為二分之一周期。由于電壓相關性分析所采用的數據為采集到的電壓信號，在對相關系數計算時要保證所有采集上報的電壓信號保持同步，如果不是同步采集到的電壓信號，會造成分析誤差，進而影響到最終的10kv配電變壓器噪聲輻射控制精度。因此，為了保證后續10kv配電變壓器噪聲輻射控制準確性，需要處理采集到的信號。本文通過誤差傳感器將10kv配電變壓器各聲源的總噪聲輻射功率最小化，從而起到10kv配電變壓器噪聲輻射降噪的目的，進一步保障電壓信號的精度。此過程可通過計算方程式加以表示，可得目標函數如公式（3）。

公式（3）中，i指的是10kv配電變壓器聲源點位個數;P指的是誤差傳感器處的初級聲源聲壓;PH指的是誤差傳感器處的次級聲源聲壓。通過公式（3），起到10kv配電變壓器噪聲輻射降噪的目的，可以將其作為同步信號，以此完成對10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號的采集。

2.3變壓器噪聲輻射控制電壓、電流相關性分析

當10kv配電變壓器噪聲輻射控制電壓處于正在工作狀態時，線路上所有電流流向一致，波形一致，具有一定的相似性;當10kv配電變壓器噪聲輻射控制電壓處于故障狀態時，第一部分電流會流向電路上游，即與母線方向相同，另一部分電流會流向電路下游，即與母線方向相反，兩部分電流波形差異較大，不具有相似性[5]。利用以上變壓器噪聲輻射控制電壓、電流相關性原理，分析采集到的10kv配電變壓器噪聲輻射控制信號電壓、電流相似性。首先，選取兩個相鄰的控制信號，對其相關系數進行計算，其計算公式如下式（4）所示。

公式（4）中，δ指的是控制信號兩個相鄰電流相關系數;i1和i2分別指的是兩個相鄰控制信號;指的是變壓器噪聲輻射控制指令發生時刻;指的是變壓器噪聲輻射控制信號的數據長度。利用上述公式計算出兩個相鄰控制信號的相關系數δ，如果兩個相鄰控制信號波形及流向一致，相關系數取值為1;如果兩個相鄰控制信號波形及流向完全不一致，則相關系數取值為0。以此為依據，為下文計算10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率提供波形數據。

2.4計算10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率

根據傳輸得到的10kv配電變壓器噪聲輻射控制數據，計算10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率。計算時，首先給10kv配電變壓器一個已知的數值，利用該數值，自動給出10kv配電變壓器一個原始恒定的噪聲輻射速度，待10kv配電變壓器運行一段時間后，通過改變這一定值，計算相關當量控制10kv配電變壓器噪聲輻射的頻率。設10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率為β，可得公式（5）：

公式（5）中，K指的是10kv配電變壓器在實際運行過程中的比例系數;f （x）指的是10kv配電變壓器噪聲輻射控制采樣時與實際定量之間的偏差;j指的是控制誤差比例系數。利用上述公式，計算出10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率。

2.5實現10kv配電變壓器噪聲輻射控制

得到10kv配電變壓器噪聲輻射控制頻率后，利用計算機接口控制10kv配電變壓器噪聲輻射，通過在計算機中映射出兩個4位數的8進制數，最終獲得在每個控制點位上的控制數]。再利用特定的變量數據對10kv配電變壓器噪聲輻射控制數據映射，形成區域性的映射。將10kv配電變壓器噪聲輻射控制數據轉換為具體的參數控制，用戶只需事先將規定的10kv配電變壓器噪聲輻射控制限制輸入到系統當中，通過系統自動檢測是否執行控制參數的改變。再利用計算機的端口狀態存儲控制數據及控制信息，并將其輸入到相應的映射區域當中，通過在區域映射中對應的控制語義、詞義等分析得出正確的控制結果，實現10kv配電變壓器噪聲輻射控制功能。

3實例分析

3.1實驗準備

構建實例分析，實驗對象選擇型號為ZFV256 456，BT的10kv配電變壓器，其具體參數，如表1所示。

結合表1所示，首先，使用設計的方法控制10kv配電變壓器噪聲輻射，通過MATALB測試控制波特率，并記錄，將其設為實驗組;再使用傳統方法控制10kv配電變壓器噪聲輻射，同樣通過MATALB測試控制波特率，并記錄，將其設為對照組。由此可見，本次實驗主要內容為測試兩種方法的控制波特率，控制波特率數值越高證明該方法的控制效率越高。通過10次對比實驗，針對實驗測得的控制波特率，記錄實驗數據。

3.2實驗結果與分析

整理實驗數據，如圖1所示。

通過圖1可知，本文設計的控制方法在相同的相位差中控制波特率明顯高于對照組，對10kv配電變壓器噪聲輻射控制效率更高。

4結束語

通過10kv配電變壓器噪聲輻射特性及控制方法研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統10kv配電變壓器噪聲輻射控制中存在的問題。由此可見，本文設計的方法是具有現實意義的，能夠指導10kv配電變壓器噪聲輻射控制方法優化。在后期的發展中，應加大本文設計方法在10kv配電變壓器噪聲輻射控制中的應用力度。截止目前，國內外針對10kv配電變壓器噪聲輻射控制研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進一步對10kv配電變壓器的優化設計提出深入研究，為提高10kv配電變壓器的綜合性能提供參考。

參考文獻：

[1]汲勝昌， 師愉航， 張凡，等. 電力變壓器振動與噪聲及其控制措施研究現狀與展望[J]. 高壓電器， 2019， 55 （11）：9-25.

[2]王天正， 張超， 趙欣哲，等. 基于電力變壓器噪聲特性的聲學超材料降噪方法[J]. 高壓電器， 2019， 55 （11）：285-290.

[3]華雪瑩， 査智明. 特高壓工程變電站噪聲特性及控制性措施研究[J]. 工程技術與管理（英文）， 2018， 002（008）：477-478.

[4]張星星. 大型電力變壓器的噪聲分析與控制方法研究[J]. 輕松學電腦， 2019， 001（018）：1-1.

[5]常群英. 10kV配電變壓器保護配置方式的合理選擇[J]. 百科論壇電子雜志， 2019， 001（003）：350.

（作者單位：國網十堰東風供電公司）

作者簡介：郝振曉（1983年5月—），男，漢，湖北省十堰市，本科，中級工程師，城市配電系統。