李国栋
山东创翔电力科技有限公司 山东 济南 250000
摘要：近些年，大量学者在变压器噪声和振动方面进行了许多研究，但关于谐波磁通对变压器噪声的影响方面的研究工作还非常欠缺。通过滤除电网中的谐波来实现降噪的理论，为变压器降噪提供了新的发展思路。由于电网中的谐波是产生噪声的重要因素，通过滤波技术抑制变压器铁心中的谐波磁通和电网侧绕组中的谐波电流同样在降噪领域拥有广阔的发展空间。
关键词：变压器噪声；噪声传播；噪声水平测定；
1、电力变压器噪声的产生与传播
１.１铁心
磁致伸缩是变压器本体噪声的主要来源。当电力变压器的硅钢片在激磁时，沿磁力线方向硅钢片尺寸增大，而垂直于磁力线方向的尺寸则缩小，这种尺寸变化称为磁致伸缩。磁致伸缩使得变压器铁心随着励磁电流频率的变化而发生周期性振动。实际上硅钢片产生的横向振动导致磁致伸缩曲线是非线性的，因此变压器噪声包含有高次谐波。除此之外，铁心搭接处磁力线发生畸变产生的纵牵力和铁心中磁通分布不均会在铁心片间产生侧推力，造成铁心振动。变压器铁心的尺寸、制作材料和施工工艺也会对变压器的噪声水平产生影响。
1.２绕组
负载电流在绕组中流通时，绕组所占空间及周围空间会有漏磁产生，变压器漏磁对各个绕组和变压器油箱产生电磁力，使变压器绕组振动而产生负载噪声，其中绕组匝数和漏磁路径决定了漏磁通的大小。在绕组末端，磁力线的弯曲导致产生径向漏磁分量与轴向漏磁分量，引起变压器绕组在竖直方向与水平方向的振动，其向量和即为绕组的合振动。绕组振动的频率是负载电流频率的２倍。
１.３冷却系统
变压器冷却系统的冷却方式包括：以空气为介质的自然冷却、强迫风冷；以变压器油为介质的油浸自冷、油浸风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷；以ＳＦ６为介质的风冷；以碳氟化合物为介质的相变冷却。冷却系统的噪声主要由风扇和油泵的振动引起。随着变压器冷却系统的不断发展，陆续又出现了ＳＦ６冷却、相变冷却等冷却方式，但由于风机和油泵的使用，都使得变压器的振动变得更加复杂，导致变压器的冷却系统产生不同程度的噪声。
2、变压器噪声水平的测定
对声压法和声强法进行对比测量实验，验证了声强法与声压法测得的隔声量在整个测量频率范围内的一致性。但是，当变压器体积较大时，标准测量方法的测量点数量太少，会严重影响噪声测量的准确性。将基于声压的方法、基于离散点声强的方法以及基于扫描声强的方法用于测量电力变压器场的声音，实验结果表明：在外部噪声干扰和防火墙反射声环境下，后２种基于声强的测量方法比基于声压的测量方法具有更高的精度；基于扫描声强的方法消耗的测量时间最短。变压器的噪声测量主要包括噪声源的识别和声功率的确定。噪声源识别对于抑制变压器运行过程中噪声的治理尤为重要。声功率及其频谱是表征变压器噪声特性的整体参数，在评估变压器噪声污染的影响方面至关重要。
3、变压器噪声控制方法
３.１变压器铁心设计和制造工艺方面的降噪策略
３.１.１降低变压器铁心磁通密度
ａ）优化变压器铁心结构设计。变压器铁心结构的合理设计，能显著降低变压器磁轭的磁通密度。对三相三柱结构和三相五柱结构２种不同类型的变压器结构进行了对比验证，实验表明三相三柱非晶合金变压器轭部的磁通密度较三相五柱非晶合金变压器小得多。
ｂ）增大铁轭截面积。变压器铁轭的振动是变压器噪声的主要来源。增大铁轭截面积，不仅降低了铁轭的磁通密度，而且在增大末级铁心片宽的同时，增加了夹件与铁轭的接触面积，使铁轭受力均匀，能有效地降低噪声２～４ｄＢ。
３.１.２降低变压器硅钢片的磁致伸缩
ａ）选用优质晶粒取向的冷轧硅钢片。
磁致伸缩主要取决于激磁时出现的晶粒转动过程，优质硅钢片能提高晶体取向的完整度，有效降低变压器由于磁致伸缩引起的噪声。优质晶粒取向硅钢的磁致伸缩性能更为优良，在变压器铁心制造中得到广泛应用。通过研究采用不同晶粒取向硅钢片的３种变压器的噪声特性，证明了更加优质的硅钢片在相同的磁通密度下表现出更低的噪声水平。
ｂ）采用斜接缝叠式的铁心结构。在传统的交错接缝结构中，接缝断面的气隙比较集中，较大的交变电磁力作用在铁心中会产生较强的振动噪声。采用全斜交错接缝的设计方式可减低铁心损耗，减少铁心和心柱之间的空气隙，减小作用在轭片上的电磁力，降低磁致伸缩ε。
ｅ）铁心表面涂胶。硅钢片剪切过程中，剪切力使切口处部分晶粒偏离最佳取３.１.３控制冷却系统的噪声
传统的设计方式往往尽量采用自然自冷方式。在大容量变压器中使用冷却器时，尽可能选择低噪声冷却器和低转速风扇，或者采用风扇消声装置，如网状、片式、折板式消音器等，用自冷式散热器代替吹风冷却散热器或强迫油循环风冷却器，可以消除冷却系统引起的噪声。近些年，国内外的专家学者提出了一些新的设计思路。新型蒸发冷却系统它可以视为２步冷却系统，能够有效地将热量从地下热源传输到组装在变压器油箱中的平行翅片管，而平行翅片管中的蒸发冷却剂吸收热量并从液体变成蒸汽，然后蒸汽在地面上的散热器中冷凝成液体。此外，冷却系统是自行循环的，不需要额外的泵或风扇，能够有效控制变压器冷却系统带来的噪声。使用包括强制油泵和风扇的智能冷却系统来控制电力变压器温度的机制，通过对变压器温度的精准监控，准确控制强制油泵和风扇，从而减少不必要的噪声。基于可编程逻辑控制器的智能冷却系统，通过冷却库间的自动切换来消除手动变压器冷却控制系统的问题，减少变压器冷却系统造成的电能浪费，同样能够有效降低变压器噪声。
３.２变压器噪声在传播过程中的降噪措施
３.２.１采用半封闭或全封闭隔声、吸声技术
采用隔声板和吸声材料，将箱壁（半封闭结构）或整个油箱（全封闭结构）封闭起来，在其内壁铺设各种松软多孔的吸隔声材料，如多孔板、玻纤布、吸声棉、金属钢板和玻璃棉等，能大幅度降低变压器噪声。在变压器防火墙外设置整体隔声罩（ＢＯＸ－ＩＮ），选用可拆卸式吸声隔声复合模块板，可满足不同高度降噪需求。通过实践验证了使用混凝土墙壁和屋顶降噪水平为２５～３０ｄＢ，在完全密封的房间内用吸声涂料处理内部墙壁还可以大大提升降噪效果。
３.２.２油箱底部与地面间设置减振器
在油箱底部与地面间设置减振器，避免箱底与地面间的刚性连接，使振动通过减振器发生衰减，以达到降噪的目的，使用空气弹簧减震器效果更好。
３.２.３使用弹性支撑
在变压器实际运行过程中，使用弹性支撑，减缓变压器振动通过连接结构处传播。
３.２.４填充减振、吸声材料
①在铁心垫脚与箱底间放置减振橡胶；②在下铁轭与木垫块间空隙填充支撑材料；③在箱壁外两加强筋间焊接２～３ｍｍ钢板，其间填充吸声材料。传统的降噪方法在实际中得到了广泛的应用，多采用削弱变压器振动和传播过程降噪控制的方式，可以有效抑制高频噪声，但对低频噪声的除噪效果不甚理想。以下介绍几种新型降噪方法，可适用于各类变压器的实际应用。
结束语
随着城市化进程的不断推进、用电量的逐年增多以及环保意识的增强，变压器的环境噪声污染问题逐渐突显。本文详细介绍了变压器噪声产生的机理，总结了变压器噪声测量、控制和降低的常用方法，阐述了不同安装方式的变压器所采用的降噪方法。实际中应根据具体情况采取切实可行的降噪措施，多方案优化比选，从而达到噪声治理目的。
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