配电变压器噪声的原因分析及其预防措施

2014-02-18 17:19 来源:未知 打印 扫码手机看

  贺令辉,李忠良

  (湖南省电力公司中心培训部,湖南省 长沙市 410131)

  摘要:近年来,随着社会主义市场的发展,城市大型化、农村城镇化,公共场所和大型住宅社区已经越来越多地使用配电变压器,这就对各种配电变压器的使用提出了一定的要求,其中配电变压器的噪声问题已经越来越多地受到人们的关注,如何降低配电变压器的噪声已成为人们生活工作中急需解决的问题。

  关键词:配电变压器;噪声;预防措施

  0 引言

  随着城市大型化、农村城镇化,公共场所和大型住宅社区已经越来越多地使用配电变压器,这就对配电变压器的使用提出了一定的要求。其中配电变压器的噪声问题已经越来越多地受到人们的关注,原因很多,其中主要原因分析如下:

  1 变压器噪声产生的原因

  变压器是一种变换交流电压的设备,也是一种专门改变交流电压的电器(升压或降压),所以叫它为变压器。变压器所发出的可听见的噪声是由铁芯的磁致伸缩效应变形和绕组、油箱及磁屏蔽内的电磁力所引起的。过去,一直认为磁场诱发铁芯叠片沿纵向振动所产生的噪声是变压器噪声的主要成分。该振动的幅值与铁芯叠片中的磁通密度及铁芯材质的磁性能有关,与负载电流有关。

  具体来说,变压器噪声共有三个声源,一是铁芯,二是绕组,三是冷却器,即空载(所谓空载就是指:配电变压器的一次绕组接到额定电压和额定频率的电网上,二次绕组开路时的运行状态)、负载(所谓负载就是指:配电变压器的一次绕组接到额定电压和额定频率的电网上,二次绕组闭合时的运行状态))和冷却系统引起的噪声之和。铁芯产生噪声的原因是构成铁芯的硅钢片在交变磁场的作用下,会发生微小的变化即磁致伸缩效应,磁致伸缩效应使铁芯随励磁频率的变化做周期性振动。绕组产生振动的原因是电流在绕组中产生电磁力,漏磁场也能使结构件产生振动。电磁力(振动幅值)与电流的平方成正比。

  2 影响变压器噪声的因素

  铁芯产生噪声的原因主要是在交变磁场作用下,硅钢片的尺寸会发生微小的变化。由于磁致伸缩效应的变化周期是电源频率的半个周期,磁致伸缩效应引起的配电变压器本体的振动,是以两倍的电源频率为基频率的,所以硅钢片的振动主要是由铁磁材料的磁致伸缩效应特性引起的。

  磁致伸缩效应率ε的大小与硅钢片的材质有关。磁致伸缩效应率越大,则噪声就越大。在磁场强度相同的情况下,材质好的硅钢片磁伸缩也小,因此噪声也小。磁致伸缩效应率还与磁场强度有关,磁场越强,磁致伸缩效应率ε越大。磁致伸缩效应率还与硅钢片表面是否涂漆及热处理有关,因为涂层对硅钢片有附着力,可防止硅钢片变形。在同样磁场强度下的热处理硅钢片比没有热处理的硅钢片磁致伸缩要小很多,这是由于选择最佳热处理工艺,可以成倍降低磁致伸缩效应。

  配电变压器空载噪声除与本身材质等有关外,还与接缝情况有关。

  此外,铁芯结构也是影响空载噪声的一个重要因素。噪声与铁芯柱和铁轭直径、铁芯窗高、铁芯窗口宽度、铁芯质量有关。铁芯质量每降低1吨,噪声可降低大约1/3dB值。铁芯窗高与铁心直径的比值每减小0.1,变压器噪声就要降低大约2~3dB。

  空载噪声的频率是以两倍电源频率为其基频的。铁芯中除了基频磁通外,还有高频磁通,所以空载噪声频率也存在二次以上的高频频波。当铁芯油箱的固有频率与噪声频率接近时,将发生噪声共振现象,使噪声增大。因此,配电变压器铁芯和油箱的固有频率要避开一些高频频波。

  为了防止铁芯共振,在制造设计低噪声配电变压器时,还要考虑铁芯的自振频率。当配电变压器的额定频率为50Hz时,铁芯的自振频率应避开以下频带:75~125Hz、165~235Hz、275~325Hz、3754~25Hz。如自振频率避开共振频带,铁芯将不会产生共振。

  3 降低变压器噪声的办法

  3.1 减少振源降低噪声

  采用磁致伸缩效应小的高导磁材料硅钢片可比选用其它材质的硅钢片噪声降低噪声。降低铁芯磁通密度,可以降低噪声。磁通密度每降低0.1T,可降低大约2~3dB。降低磁通密度后,铁芯截面积、配电变压器等值容量和造价成本都相应增加,从成本上来说是不经济的。因此,降低磁通密度,不能超过标准磁通密度的10%。冷轧硅钢片取值一般在1.7~1.75T。

  改善和缩小铁心接缝。铁芯采用多级接缝。采用多级接缝铁芯比两级接缝-载噪声小,可使噪声降低。这是因为采用多级(四级及以上)接缝后,在接缝处磁通分布较均匀,又使气隙中的磁密大大降低,导致接缝处由磁吸力引起的噪声减小的缘故。另外,减小接缝,可以降低振幅,同时减小配电变压器的励磁容量及励磁电流,使噪声功率大幅度降低。

  防止和减少硅钢片在加工、生产过程中受到的机械撞击,保证剪片精度并有效控制毛刺;叠片采用全斜接,无孔绑扎,不叠上铁轭;控制叠片精度,接缝控制到最小,铁芯磁阻小,漏磁小否则会使硅钢片的磁致伸缩效应加大,从而增加铁芯的噪声。

  在铁芯端面上涂环氧胶或聚酯胶,可增加铁芯表面张力约束,也可以起到减少磁致伸缩效应量,降低噪声的作用。

  3.2 吸收声能降低噪声

  (1) 结构件采取合理的减振防松措施,铁芯产生的噪声有一部分是通过箱底和基础传出去的。如果在器身和油箱之间或在油箱和基础之间加缓冲器软接触,能使声音通过缓冲器衰减。可在铁芯垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间放置防振胶垫,使铁芯和磁屏蔽的振动传到油箱时,由钢性连接变为弹性连接,从而达到减少振动,防止共振。

  (2)在油箱加强铁内放隔声材料,可以将油箱振动的能量吸收一部分,从而达到降低本体噪声的目的。

  3.3 加隔音层降低噪声

  根据配电变压器油箱结构不同,隔音层可分为组合式与高效式两种。采用组合式时,可根据油箱外部结构情况将隔音板做成若干件,钢板内放吸音材料。吸音材料一般有岩棉、玻璃纤维等。隔音壁能把配电变压器本体发射的部分噪声反射回去,而且当噪声穿过隔声壁时,也能被吸收一些,起到降低噪声的作用。单件的隔音板用螺栓分别固定在油箱加强铁上,采用这种隔音板可降低噪声。也可采用高效隔音板,放在两个加强铁之间,通过薄弹簧钢板固定。框形附加重物用以调整高效隔音板的振动特性,使它的振幅明显低于加强铁的振幅,从而有效地屏蔽住变压器本体发出的噪声。

  3.4 辅助方法降低噪声

  (1)在设计时合理选择磁通密度,保证正常工作电压下有一定的裕度,在系统电压偏高显示出现磁饱和、硅钢片本身的磁滞振动小,对于低空载噪声配电变压器时,尽量采用自冷式和干式,这样可去除风扇和油泵的噪声的叠加。当容量难以满足需要时,为了满足大容量变压器的散热,尽量选用低噪声的潜油泵和低转数风扇的冷却器。采用低速风扇,能使自冷配电变压器的容量提高30%,但噪声达到60dB左右。根据具体情况,也可采用双速风扇。在负荷较小时开动低速风扇,噪声可相应的降低;在负荷较大时开动高速风扇,能使自冷配电变压器容量提高60%,但此时噪声较大。

  (2)在室内布置配电变压器时,应考虑由噪声在墙面反射时可能导致噪声的增加。该增值是配电变压器表面积与配电变压器室表面积之比的函数,并与墙面和天花板的吸声系数有关。采用矿渣棉或类似的材料对墙面涂覆处理,可增加吸声系数,使噪声明显降低。

  4 结束语

  以上浅析了配电变压器空载噪声产生的原因,概述了降低配电变压器空载噪声的方法,希望能对配电变压器维护人员起到一定的借鉴作用。

  5参考文献

  [1]孙光飞,强文江.磁功能材料。北京:化学工业出版社,2007年.

  [2]刘传彝.电力变压器设计计算方法与实践.沈阳:辽宁科学技术出版社,2002年.

  [3]朱英浩.新编变压器实用技术问答. 沈阳:辽宁科学技术出版社,1999年.

  [4]周希章.电力变压器的安装、运行和维护. 北京:机械工业出版社。

  作者简介:

  贺令辉(1968- ),女 大学本科,高级工程师,副教授,主要从事变压器设备节能研究工作;

  李忠良(1957- ),男,大学专科,技师,主要从事热工仪表自动装置调试及变压器节能工作。

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