降低电力变压器噪声的设计探讨

降低电力变压器噪声的设计探讨

闫超超

国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 江苏省盐城市 224000

摘要：电力变压器噪声严重污染了人类的生存环境，无源噪声控制技术无法控制电力变压器的低频噪声，噪声主动控制的思想就应运而生并且逐渐引起了研究者的重视。基于此，本文主要分析了降低电力变压器噪声的设计。

关键词：电力变压器；噪声；措施

引言

电力变压器的噪声污染问题一直以来都是电力行业关注的焦点问题，变压器在运行时由于绕组铁芯等内部元件的振动，往往造成变压器附近的噪声污染问题比较严峻。传统的无源降噪方法实现在变压器振声产生传播的减振或者隔声吸声，但是其工艺相对复杂，致降噪效果不可控，经济性较差。新兴的变压器有源降噪措施，占用空间少、重量比较轻，易于安装，制作时间短、成本低，对低频噪声的降噪效果好。

1输变电噪声源分析

1.1输电线路噪声

风噪声，则是指输电线路在风横向吹过输电线路时所产生的可听噪声，包括杆塔风噪声、绝缘子串风噪声和导线风噪声。导线噪声主频率在50-250Hz间，属低频噪声，绝缘子噪声主频率通常在400-600Hz间，杆塔风噪声水平与风速成正比例关系，主频率则与风速没有关系。输电线路带来的噪声主要包括电晕噪声和风噪声。导线中心线轴周围分布大量自由电子撞击能量，随着工频电场强度的增大电子撞击能量就会不断增大，大量带电粒子间频繁弹性碰撞引起局部压强变化，引起空气层振动并向周围传播，从而产生噪声。

1.2换流站（变电站）噪声

大型换流站噪声源主要有阀冷设备、交流滤波器场、换流变压器、平波电抗器等等。其中，换流变压器、平波电抗器噪声主要是由于线圈铁心磁致伸缩振动产生较大电磁噪声，线圈电磁力导致壳体结构振动产生噪声。二者的发声机理、频率范围及声级强度相同。滤波器中电抗器、电容器产生的电磁噪声要低于平波电抗器和换流变压器^[1]。

1.3变电站设备噪声

变电站噪声来源主要包括自本体噪声和辅助设备两大类。前者，主要是指电压器在运行过程中发生的电磁噪声，冷却机产生的气流噪声和机械噪声，绕组、油箱壁振动、铁芯硅钢片磁致伸缩现象产生的变压器工作噪声等。后者，主要是指冷却风扇及油泵运行过程中发生的噪声。

2电力变压器噪音的危害

电力变压器噪声主要为低频噪声，最主要的影响是使得交感神经紧张，交感神经与人的神经系统息息相关，短期处于低频噪声环境中使人烦躁不安，长期处于低频噪声的环境中，还可能会出现心律失常、血压骤升、分泌系统紊乱，严重的引发失眠、抑郁症等疾病；如果孕妇长期处于低频噪声中将使得胎儿发育畸形。研究表明，30dB以下的噪声一般不会对人体噪声危害，但一旦噪声超过30dB，对人体造成的危害将随着声音信号增强会加剧。而变压器的噪声通常大于80dB小于90dB，长期处于这种生存环境下，大大影响人类的生存，所以降低变压器噪声是势在必行的^[2]。

3降低电力变压器噪声的意义

自变压器问世以来，其噪声污染问题一直伴随其中。近年来，我国电力行业飞速发展，电网等级的不断提高，变压器容量以及电压等级也随之提升，伴随而来的噪声污染问题愈演愈烈。为了提高电能供应的效率，减小电能传输过程中的损失，以及考虑到施工建设成本的因素，现代变压器更多的聚集在使用地的附近，弊端就是将会大大影响使用地的人们的工作和休息Ｗ。如何在保证变压器稳定运行的情况下降低变压器噪声已成为变压器设计制造和运行所必须解决的问题。

针对电力变压器的噪声处理方法有两种，一是传统的无源降噪方法，或者称为被动降噪；二是有别于传统方法的新兴起的有源降噪方法，亦叫做主动控制降噪方法。传统的无源降噪主要是指通过降低变压器铁心的额定工作磁密、采用优质硅钢片、加入缓冲装置、提高油箱刚性、采用隔音墙、改变铁心的结构形式、改善和缩小铁心接缝，等等方法实现变压器噪声控制，但是这种方法操作复杂，降噪效果不可控，因此无源降噪的方法慢慢被有源降噪所取代，而有源降噪的方法不仅更容易实现和操作，而且经济性好，应用范围广泛，因此研究适用于电力变压器的智能化有源降噪控制系统，不仅具有较高的学术研究价值，还能更好的服务于实际现场的变压器噪声处理，丰富了变压器噪声处理的手段和方法，具有重要的工程实践意义。

4电力变压器产生来源

变压器噪声的来源主要是由于本体的振动，本体的振动有以下三个因素：

首先是硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动，铁芯会随着励磁频率的变化出现周期性振动，通过固体连接件和液体向外传播，引起油箱壁的振动，产生噪声。铁芯噪声的幅频特性是有规律的，铁芯磁致伸缩在电源电流的一个周期内变化两次，所以铁芯噪声在电源电流的一个周期内同样变化两次。变压器是多结构的组合体，当其中一个部位或者结构发生振动，势必会影响其他结构也产生振动。

第二个因素是因为漏磁的存在而产生洛伦兹力和电磁力使得铁心和绕组产生细微的振动，不过这种振动引起的噪声通常可以省略。当变压器正常条件的磁通密度大于1.5T小于1.8T时，因为电流漏磁通引起的绕组、油箱壁等的振动很小，通常也可忽略。

除上述因素，变压器自带的冷却系统的振动也会产生噪声。冷却装置噪声的影响因素有三个，一是冷却系统自身在运行时会产生振动；二是上文所述其他位置的振动传递到此，与冷却系统振动互相叠加；三是变压器的冷却方式,强迫油循环吹风冷却方式产生的噪声相比于油浸自冷方式的变压器大得多。综合上述因素，本文将变压器本体噪声作为研究的主要对象^[3]。

5变电站降噪的常用措施

随着经济社会的快速发展，对电力需求的持续增加直接推动了我国输变电工程的扩容，根据《2019年中国电力供需分析报告》，2019年全国全社会用电量达到7.28万亿-7.41万亿kW·h，较2018年增长5%-7%。随着乡村振兴战略推进、新一轮农网改造、极端气温及生活水平的提升，第一、第二、第三产业用电需求较为持续增长，预计“十四五”期间，我国的社会用电量增长率达4%-5%。随着输变电工程建设的扩容，随之而来的环境噪声污染问题日益受到关注。本

变电站设备噪声控制应从变电站建设之初的规划选址、方案必选、主要设备选型、布局调整，以及相应的噪声控制措施入手。对于建址已经选好的变电站，则应从隔声、消声优化、针对设备噪声频谱特点优化消声器选型布局和流道设计，以及选择吸声材质、隔振装置利用，加强日常环境监测等，综合施策，切实做好设备噪声污染防治。

对站内高压并联电抗器的噪声控制措施主要分为两个方面，即内部控制措施和外部控制措施。内部控制措施主要包括选用高导磁激光刻痕磁性硅钢片和多级步进搭接结构，降低磁致伸缩；采用先进工艺，例如合理选用绑扎、压紧结构及加强绕组、引线的固定等，防止因电磁力振动引起的噪声；加强装配结构，可以在铁心垫脚与箱底间放置隔振橡胶垫，以及在油箱外壁槽型加强铁中间充满隔声材料；降低附件噪声，选用优质低噪声风扇，减少风扇同时运行组数等。

外部控制措施的目的是抑制噪声的空间传播，可采用全封闭BOX-IN、非全封闭隔声间、外壳贴附吸音材料、增加隔声墙等措施^[4]。

结束语

对于大型电力变压器而言，应不断研究和完善变压器噪声的产生和传播原理。一方面从噪声源出发，选用优质高取向硅钢片，在设计和工艺方面采取有效措施，尽量减少振动的产生，使噪声得到控制。另一方面从噪声的传播途径着手，采取切实可行的措施，使噪声在传播过程中得到衰减，从而达到降低噪声的目的，满足人们对变压器降噪的要求。

参考文献

[1]董洪林,盈文亮.浅谈低噪声变压器的设计与工艺[J].中国科技财富,2012,(13):158-160.

[2]刘敏,崔亚兵,史斌.变电站噪声污染分析及优化控制[J]电力科技与环保,2019(4):1-4.

[3]林朝扶,韩方源,刘威.住宅小区变压器噪声分析及降噪措施探讨[J].广西电力,2017,40(03):46-49.

[4]张霞，莫娟，袁建生，等．变压器噪声特性研究[J].中国电业（技术版），2014,000（9）:75-77.