油浸式电力变压器的噪声源及降噪对策.pdf

2 0 0 8 年6 月电力环境保护 第2 4 卷第3 期 油浸式电力变压器的噪声源及降噪对策 A n a l y s i so fo i l —i m m e r s e dp o w e rt r a n s f o r m e r sn o i s ea n di t sc o u n t e r m e a s u r e 王瑜，赵建网 ( 温州电业局，浙江温州3 2 5 0 0 0 ) 摘要：介绍了油浸式电力变压器噪声污染现象和噪声源，从理论上分析了噪声源及其噪声计算方法。指出了在实践 中从设计方面降低噪声的具体方法以及进行变压器结构改进来抑制振动传播的工艺措施。 关键词：变压器；噪声；设计；工艺 A b s t r a c t ：T h en o i s ep o l l u t i o np h e n o m e n aa n dn o i s eo r i g i no fo i l —i m m e r s e dp o w e rt r a n s f o r m e r sa r ei n t r o d u c e d ． B a s e do np r a c t i c e ，t h em e t h o d st or e d u c en o i s eo r i g i ni nd e s i g na n dt e c h n i q u ea r ea n a l y z e d ．T h ec o u n t e r m e a s u r e st ok e e pd o w nv i b r a t i o nt r a n s m i s s i o ni ni m p r o v e m e n tt h et r a n s f o r m e rs t r u c t u r ea r ed i s c u s s e d ． K e yw o r d s ：t r a n s f o r m e r ；n o i s e ；d e s i g n ；t e c h n i q u e 中图分类号：T M 4 1 l 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 9 —4 0 3 2 ( 2 0 0 8 ) 0 3 —0 4 5 —0 3 1 变压器噪声源及噪声计算 1 查取。 1 ．1 变压器噪声来源 变压器的噪声来源于变压器本体和冷却系统。 国内外的研究表明，变压器本体振动产生噪声的根 源在于：硅钢片磁致伸缩引起铁芯振动；硅钢片接缝 处和叠片之间因漏磁而产生电磁吸引力，从而引起 铁芯振动；当绕组中有负载电流通过时，负载电流产 生漏磁引起线圈、油箱壁振动。变压器的本体噪声 是由以两倍电源频率为基频的噪声和频率为基频整 数倍的低频噪声构成，通过铁芯垫脚和变压器油箱 传递给箱体和附件。冷却系统的噪声主要来源于风 扇和油泵的振动。 1 ．2 噪声计算 在进行低噪声变压器设计之前，必须准确地计 算出相同规格的常规变压器及其冷却装置的合成噪 声，然后将此计算值与用户提出的噪声值进行比较， 便可求得噪声的降低量。 1 ．2 ．1 变压器箱内噪声计算 对电力变压器噪声的计算值与实测值的比较发 现，公式( 1 ) 的计算值比较接近实测值。 L P 。= 3 3 + G ／3 + 1 8 v 师+ 2 0 ( 曰。一1 ．7 ) + 卢 ( 1 ) 式中G 为铁芯电工钢片质量，t ；H o 为铁芯窗高，c m ； D 为铁芯直径，c n l ；B 。为铁芯柱或铁轭中的磁密， T ；口为修正系数，与硅钢片的质量有关，其值可由图 ＼4 0 " G ／t ．-．5 ～＼．． 圈1硅钢片质量与修正系数口的关系 1 ．2 ．2 变压器箱外噪声衰减计算 箱壁的振动噪声在传到箱外的过程中会衰减， 离开箱壁越远，噪声衰减量越大。美、1 3 等国家通常 用公式( 2 ) 来计算此过程的噪声衰减量： A L = 4 ．4 + 2 0 L g ( D ／~ ／形Ⅳ) ( 2 ) 式中△￡为噪声衰减量，d B ( A ) ；W 为油箱宽度，I l l ； 日为油箱高度，m ；D7 为测量点离箱壁的距离，m 。 由式( 2 ) 可见，噪声的衰减量不仅与离开箱壁 的距离有关，还与油箱的尺寸有关。试验结果表明： 当肜、H ( 即变压器噪声的发射面积) 很大，而测量 点离开箱壁的距离又很小时，公式( 2 ) 的计算值与 测量结果偏差很大，这时必须按照图2 的试验值进 行修正。 箱外某测量点的噪声￡，，可由公式( 3 ) 求得： ￡^ = ￡P ．一△L ( 3 ) 4 5 万方数据 2 0 0 8 年6 月电力环境保护第2 4 卷第3 期 55 0 苗 乏4 0 饕3 0 群2 0 釜1 0 O ．1 23 57l23571 0235 D 厕 图2噪声衰减计算值与试验曲线 1 ．2 ．3 变压器合成噪声的计算 当变压器为风冷或强油风冷时，可用公式( 4 ) 来计算风扇、油泵与变压器本体的合成噪声： L P ．= 1 0 L g ( 1 0 L P 2 + I O L P ，+ I O L ^ ) ( 4 ) 式中三，，为风扇噪声；L ，．为油泵噪声。 1 ．2 ．4 铁芯固有频率的计算 为防止铁芯固有频率与其磁致伸缩振动基频及 二、三、四次等高频频率一致而产生谐振，可用公式 ( 5 ) 来计算铁芯的固有频率： 厶= 1 ．0 8 K 。I V ／L j 1 0 5 ( 5 ) 式中L l = H o + h ( 见图3 ) ，c n i ；形= h + z ，c m ；K c 是与￡l ／￡：成比例的系数( L ：= b + ：= M 。) ，其值 可由图4 查取。 1 ．1 1 ．0 ■o ．9 O ．8 0 ．7 lIl 鼍 ；U ；L] } ．．．．一， 图3 铁芯尺寸示意 I ．01 ．21 ．4 1 ．6 1 ．82 ．0 2 ．2 2 ．42 ．62 ．8 L 几 图4系数K c 与L l ／L 2 的关系曲线 当变压器额定频率为5 0 H z 时，铁芯的自振频 率应避开7 5 —1 2 5H z 、1 6 5 —2 3 5H z 、2 7 5 ～3 2 5H z 、 3 7 5 —4 2 5H z 等频率区。 2 降低变压器噪声的对策 2 ．1 降低噪声源噪声的对策 2 ．1 ．1 选用高导磁优质硅钢片 优质硅钢片提高了结晶方位的完整度，其特殊 涂层增加了抗张力，从而降低了磁致伸缩( 占) 。在 磁通密度为1 ．5 T 时，高晶粒取向硅钢片的e 只有 一般硅钢片的6 0 ％。因此，在相同磁通密度下，优 质硅钢片的占较小，产生的振动也相应较小，可降低 噪声2 —4d B ( A ) 。因L ，．正比于2 0 ( B 。一1 ．7 ) ，铁 芯中的磁通密度每降低0 ．0 1T ，可降低噪声0 ．2 d B ( A ) ，磁通密度由1 ．7 5 T 降到1 ．5 T ，则可降低噪声 5d B ( A ) 。 2 ．1 ．2 选取有利的铁芯物理参数 ( 1 ) 降低铁芯质量。铁芯质量每减少lt ，噪声 可降低l ／3d B ( A ) 。 ( 2 ) 尽量减小铁芯窗高巩与直径D 的比值。 每减少0 ．1 ，变压器噪声降低约5 ．7d B ( A ) 。因此， 低噪声变压器应设计成矮胖形。 ( 3 ) 增大铁轭截面积以减小铁轭中的磁通密 度。增大铁轭截面积，在降低铁轭磁通密度的同时， 因末级铁芯片宽增大而增大了夹件与铁轭的接触面 积，使得铁轭受力均匀，能有效降噪2 ～5d B ( A ) ；另 一方面，这种设计的变压器整体尺寸增加很小，成本 升高幅度不大。但应指出：铁轭各级片宽应按比例 增大，防止因各级磁通密度差异较大而导致损耗和 空载电流增大。 ( 4 ) 选择合理的铁芯自振频率。自振频率要避 开铁芯共振频带，防止铁芯共振。 2 ．1 ．3改进铁芯结构。采用合理的装配工艺 ( 1 ) 全斜交错接缝。在传统的芯柱和铁轭交错 接缝结构中，磁力线在接缝处横向穿越附近的硅钢 片，会产生涡流和磁饱和，导致噪声和空载损耗增 大。而全斜交错接缝既保证了芯柱和铁轭交错搭 接，使磁通畸变减小，又保证了铁芯整体机械强度。 实践证明，保持磁密1 ．7 T 不变，全斜交错接缝结构 较传统结构的本体噪声低3 —5d B ( A ) 。 ( 2 ) 控制铁芯夹紧力。有资料显示，铁芯夹紧 力在0 ．0 8 ～0 ．1 2M P a 时，变压器噪声值最低。在铁 万方数据 2 0 0 8 丘 王瑜等：油浸式电力变压器的噪声源及降噪对策第3 期 芯制造过程中，可通过力矩扳手合理控制夹紧力。 同时，可在芯柱级间位置放置绝缘棒，使芯柱绑扎受 力均匀，防止因铁芯受力不均匀而导致8 增大。这 些措施能降低本体噪声l 一3d B ( A ) 。 ( 3 ) 减小硅钢片内应力。占对应力极为敏感，在 相同磁通密度下，与内应力较小的硅钢片相比，有较 大内应力硅钢片的占值随着内应力的增大而升高的 速度更快。高导磁优质硅钢片铁损低，抗弯折次数 也低。因此，在硅钢片剪切、运输、堆放及叠积过程 中，应采用不叠上轭工艺；对油道和夹件绝缘等使用 的绝缘纸板作预压密化处理，采其均匀紧固；使用结 构合理的翻转架等。 ( 4 ) 铁芯表面涂胶。在硅钢片剪切过程中，剪 切力使切口处部分晶粒偏离了最佳取向，同时使硅 钢片产生内应力，致使8 增加，铁芯振动增强。铁芯 叠装、绑扎后，在其剪切端面涂刷树脂类涂层，能抵 消边缘处的一部分内应力，从而减小了内应力所致 的s 值升高。涂层厚度一般以5 0 —1 0 0 斗m 为宜，太 薄降噪效果不明显，太厚则影响铁芯散热。 2 ．1 ．4 冷却系统的降噪措施 选用低噪声风扇或冷却装置，尽量采用自然冷 却方式，并辅以减振及消声装置，能达到较好的噪声 控制效果。 2 ．2 针对噪声传播途径的降噪对策 2 ．2 ．1 抑制铁芯振动向油箱传播 在铁芯垫脚和箱底间放置橡胶板，使刚性接触 变为弹性接触，可有效降低振动的传播；在变压器运 行时将器身定位处与油箱的连接件打开，使器身与 油箱间无机械连接，可消除固体传播，降低噪声。 2 ．2 ．2 抑制油箱的振动 增加油箱强度，合理布置加强筋，改槽式筋为板 式筋，并控制其间距，油箱中部加强筋适当密布；辅 以合理的焊接工艺，尽量减小箱壁的焊接变形以及 减小制造过程中油箱的残余应力。采用槽式筋时， 筋内填充铁砂、河沙或石棉板；减少油箱上的悬臂件 和油箱连接不平的连接件，油箱内壁设置橡胶板。 以上措施均能降低箱壁的振幅，降低噪声。 2 ．2 ．3 抑制油箱向外传播振动 在油箱与地基问加放橡胶等减振材料；箱壁外 用螺栓固定粘贴隔声板；箱壁外两加强筋间焊装钢 板，其间填充吸声材料；油箱与散热器等冷却装置之 间采用软连接，如通过波纹管连接或将冷却装置与 油箱分开( 即集中冷却) ，均可降低噪声。在当前的 冷却装置连接方式下加以支承，也可减少振动。 对浙江电力变压器公司的S S Z l 0 —4 0 0 0 0 ／1 1 0 低噪声变压器进行了噪声试验，其噪声为5 3d B ( A ) ，与传统设计方法和工艺制造的变压器噪声水 平对比，我们发现：控制铁芯的振动，能降低变压器 本体噪声5 —1 0 d B ( A ) ；控制油箱振动措施能降低 1 0 ～2 0 d B ( A ) ；对冷却系统采取控制措施，能使其 噪声接近本体水平。 参考文献： [ 1 ] 保定天威电力变压器电气股份有限公司．电力变压器手册[ M ] ． 北京：机械工业出版社，2 0 0 3 ． [ 2 ] 董志刚．变压器的噪声[ J ] ．变压器。1 9 9 5 ，3 2 ( 1 0 ) ：3 1 —3 5 ． [ 3 ] 蒋长庆，朱伯铭．关于变压器噪音的分析及其降低方法[ J ] ．南京 师范大学学报：自然科学版，1 9 9 5 ，1 8 ( 2 ) ：1 9 —2 1 ． [ 4 ] 李友山．1 1 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w h z @ s i n a ．t o m 4 7 万方数据