电力变压器噪音辐射特性张军海

电力变压器噪音辐射特性张军海

张军海

（身份证号码：33010619690125xxxx广州市一变电气设备有限公司广东省广州市511450）

摘要：本文分析和讨论了变压器噪声来源，介绍了影响变压器噪声的各种因素，并通过各种措施降低变压器噪声。

关键词：变压器；噪声；磁密；接缝

前言

电力变压器噪声是由铁心、绕组、外壳及冷却装置的振动而产生的，是一种连续性噪声，对周围的环境有一定的污染，国家标准对变压器的噪声有规定。铁心和绕组统称为变压器主体，外壳、冷却装置及其它部件统称为变压器附件。其中铁心是变压器产生噪声的主要根源。

1变压器产生噪音的原因

1.1铁心硅钢片存在磁致伸缩产生噪音

铁心励磁时，硅钢片产生反复磁化，其线性尺寸发生变化，沿磁力线方向硅钢片的尺寸增加，而垂直于磁力线方向的硅钢片的尺寸缩小，这种尺寸的变化就是硅钢片的磁致伸缩效应。它是随着励磁频率的变化而周期性地振动。

1.2由于铁心结构的原因，叠铁心变压器的硅钢片不同片形之间存在接缝，在接缝处因漏磁而产生电磁吸引力，引起铁心振动产生噪声。

1.3当变压器负载运行时，绕组中存在电流通过，负载电流产生的漏磁会引起绕组、外壳及其它金属结构件产生振动。

1.4冷却器噪音

变压器风冷噪声源是风机。风扇的声音与风扇的转速成正比，转速越大，风扇的声音就越高。此噪声通过空气以声波的形式均匀地向四周发射。

2影响变压器噪音的因素

2.1硅钢片磁致伸缩对噪声的影响。

铁心励磁时硅钢片生产的磁致伸缩，是变压器本体噪声最主要根源。磁致伸缩通常以ε表示，它等于励磁时硅钢片片长的增量与片长之比。ε与硅钢片的材质、表面绝缘涂层、含硅量、磁通密度、磁力线与硅钢片压延方向的夹角以及硅钢片受到的应力有关。

2.2铁心结构对噪声的影响

2.2.1铁心的噪声与铁心的结构型有关。目前电力变压器的铁心结构主要有叠铁心和三相立体卷铁心两种。叠铁心存在45度的接缝，对噪声有一定的影响，而三相立体卷铁心不存在接缝，铁心的噪声相对较低。

2.2.2铁心不同区段的磁致伸缩是不均匀的。在铁心接缝处，磁致伸缩显著增加，从而使噪声增加。

2.3铁心工艺对噪声的影响

2.3.1铁心的噪声与铁心的夹紧力和拉伸力有关。当铁心处于最佳夹紧力和拉伸力时可以使铁心的噪声最低，当铁心的夹紧力低于最佳值时，由于夹紧力不够，硅钢片的自重将使铁心产生弯曲变形，硅钢片的磁致伸缩增大，铁心噪声增加。为了降低变压器的噪声，铁心的夹紧力应控制在0.09MPa～0.12MPa，心柱的相对弯曲挠度应不大于0.2%。

2.3.2铁心的噪声与硅钢片剪切工艺有关。加工成形的硅钢片端面毛刺对噪声的影响较大，毛刺越大，铁心的磁通密度越大，从而使变压器的噪声增加。

2.4谐振对噪声的影响

变压器是由各种结构件组成的弹性振动系统。系统的每个部分都有各自的固有振动频率。当铁心、绕组、外壳及其它结构件的固有频率接近或等于磁致伸缩振动的基频及二、三、四次高频的频率（对于国内电力系统为50Hz，高频是指100Hz、200Hz、300Hz、400Hz）时，将产生谐振，从而使铁心的噪声增大。

3降低变压器的噪音的措施

一方面采取措施减少变压器本体的噪声和冷却装置的噪声；另一方面采取隔音或消声措施，使噪声衰减，阻止噪声向四周传播。

3.1降低铁心的噪声

3.1.1选用磁致伸缩ε小的优质高导磁晶粒取向冷轧硅钢片。在磁通密度为1.5T时，高导磁晶粒取向硅钢片的磁致伸缩ε只有一般硅钢片的60%。如采用Hi-B高导磁晶粒取向硅钢片噪声可降低2~4dB（A）。

3.1.2降低铁心的磁通密度

铁心的工作磁密取决于噪声及空载损耗的要求值。试验结果表明，磁通密度在1.5~1.75T范围内，每降低0.1T，噪声可降低2~3dB（A）。但磁通密度的降低不仅导致变压器体积和重量的增加，使经济指标变差，而且会使噪声发射的表面积增大，从而导致变压器的声功率级增大。

3.1.3改善铁心的结构

增大铁轭面积以减少铁轭中的磁通密度，由于变压器心柱产生的噪声能通过线圈和围屏得到有效的衰减，因此，本体噪声大部分来源于铁轭的振动，如果降低铁轭的磁通密度，铁轭产生的噪声会降低。

铁心的噪声与铁心的重量有关，在相同磁通密度的情况下，铁心的重量越重，噪声越大。当铁心的铁轭采用D型截面时，铁心的重量可以降低，铁心的噪声随之降低。

适当增加铁心接缝。试验表明，当变压器铁心由两级接缝变为三级接缝时，其噪声可降低3~6dB（A）。目前一般油浸式电力变压器大部分采用三级接缝，干式变压器采用5～7级接缝比较多。

用户对变压器噪声的要求特别低（如不超过45dB（A））时，采用叠铁心结构的变压器很难达到要求，即使大幅度降低铁心的磁通密度达到噪声的要求，但会造成变压器材料成本的大幅增加，变压器的经济性很差，性价比低，市场也不能接受。这种情况选用三相立体卷铁心变压器较为理想，既能达到噪声要求，产品的性价比又高。

3.1.4对变压器噪声进行仿真分析。设计上对铁心振动采用ANSYS仿真分析，准确有效计算噪声振动的频率和大小，采用合理结构，避免铁心空腔共鸣。根据仿真分析结果，合理设计选择铁心尺寸，从而降低变压器的噪声。

3.1.5改进铁心的制造工艺

控制铁心的夹紧力。当铁心夹紧力在压强为0.09~0.12Mpa时，变压器噪声最低。在铁心制造过程中可通过力矩扳手合理控制夹紧力；同时也可在心柱级间放置绝缘棒，使心柱绑扎受力均匀，防止因铁心受力不均匀而导致磁致伸缩ε增大。使用以上措施，降低本体噪声3~6dB（A）。

磁致伸缩ε对硅钢片的应力极为敏感，ε随应力的增加而急剧增大。因此，采用先进加工措施如：自动化的横、纵剪切线，控制硅钢片堆放高度，不叠上铁轭，铁心在加工和运输过程，轻拿轻放。这些措施都可减少硅钢片的应力增加，降低变压器噪声。

在铁心垫脚与箱底之间放置减振橡胶。铁心的磁致伸缩振动分别是通过垫脚和绝缘油（干式变压器为空气）这两条途径传递到外壳的。在铁心垫脚与箱底之间放置减振橡胶，能使器身与外壳间的刚性接触变为弹性接触。可以阻断部分振动的传递，减小本体噪声。干式电力变压器垫脚与基础之间可以采用专用的阻尼减震弹簧，噪声可以减少3dB（A）。

3.2降低冷却装置的噪声

3.2.1在低噪声变压器的设计中，可选用自冷片式散热器替代风冷散热器或强油循环风冷却器，可以从根本上杜绝冷却器的噪声源，能有效降低噪声8~15dB（A）。

3.2.2选用低噪声的冷却装置。可以采用多台流量适中的新型低噪声风扇替代大流量高噪声风扇。当冷却装置与变压器主体的连接有松动时，冷却装置与主体会发生共振，噪声会大幅度增加，故一般在连接处增加适当厚度的减振橡胶。

3.3加隔声层降低噪声

在变压器外壳外面加装隔声壁。隔声壁可以采用钢板+混凝土板+吸声材料组成，钢板内放吸音材料。吸音材料有：岩棉、玻璃纤维等。隔音壁能把变压器本体发射部分噪声反射回去；当噪声穿过隔声壁时，也能被吸收一些，起到降低噪声作用。采用这种隔音板可降低噪声10-15dB（A）。

3.4有源消声法

在变压器lm以内放置若干个噪声发声器，使它们发出噪声与变压器的基频及二、三次高频噪声互相抵消。可降低噪声15dB（A）左右。

有源消声法安装简便，对变压器及运行现场无特殊要求，成本比较低，是目前降低变压器噪声的最佳方法。随着电子技术的进一步发展和成熟，有源消声法必将得到进一步的推广和应用。

结论

通过对电力变压器上述噪声的分析，采取有效措施减少变压器噪声，使电力变压器噪声得到了明显的解决方案。目前可以把油浸式电力变压器噪声水平控制在52dB（A）以内，干式电力变压器的噪声控制在50dB（A）以内。

参考文献：

[1]商利华，林小平，李艳军，刘国刚，冀茂芳.电力变压器噪声辐射特性[J].化工管理，2014，14：194.

[2]王小涛.电力变压器噪声辐射特性研究[D].合肥工业大学，2013.