电力变压器的噪声污染及控制

车艳红，陈永锔，程慧青

（1.3国网福建省电力有限公司电力科学研究院；2.福建中试所电力调整试验有限公司，福州　350007）

电力变压器的噪声污染及控制

车艳红1，陈永锔2，程慧青3

（1.3国网福建省电力有限公司电力科学研究院；2.福建中试所电力调整试验有限公司，福州350007）

摘要：为了解决电力变压器噪声污染的问题，首先对噪声来源和决定因素进行深入分析，根据产生噪声的决定因素、实践经验和噪声控制理论提出了相关的解决措施，实践证明，这些措施能起到很好的降噪效果。

关键词：电力变压器；噪声污染；噪声控制经济的迅猛发展，造成居民用电量持续增加。尤其是最近几年，随着城市化进程的加快和电网改造的需要，部分变电站建立在居民生活区附近。然而变压器在运行过程中会产生噪声，这种噪声不仅污染了环境，也对人们的健康造成了一定影响，在夜间更为严重。基于此，本文对电力变压器产生的噪声及控制进行分析探讨。

1　电力变压器噪声来源

电力变压器在运行过程中产生的噪声主要来源两部分：本体噪声和冷却系统噪声。

1.1本体噪声

此类噪声主要来源于下述两种情况：第一，磁致伸缩效应产生的噪声。据变压器的工作原理可知，在工作时铁芯内部会产生交变磁场，从而导致铁芯的硅钢片处于磁致伸缩状态，虽然硅钢片周期性伸缩幅度很小，但是也会引起铁芯周期性的振动，产生噪声。第二，漏磁场产生的噪声。变压器在工作时会出现一定的漏磁场，尤其是大型变压器，漏磁场相应增大。由于变压器绕组中电流和漏磁场的相互作用，导线上会出现电磁力，同时由于漏磁场的存在，绕组出产生轴向电动力，受到电动力作用的铁心在金属撞击下震动，从而产生噪声。

1.2冷却系统噪声

电力变压器的冷却方式通常包括以下两种：风冷和强油风冷。为了达到更好的冷却效果，变压器在运行过程中，通常风扇和油泵都打开，风机和油泵工作时会产生空气噪声。目前，多数变压器都配置两台或以上的风冷却器及风冷却器，这样就极易产生空气噪声，对于部分大型电力变压器，其产生的空气噪声甚至超过80dB（A）。由此可知，冷却系统产生的噪声要高于变压器本体产生的噪声。

2　电力变压器噪声的决定因素

为了减少电力变压器的噪声污染，必须明确电力变压器工作时产生的噪声和那些因素有关，以便采取有效措施降低噪声强度。电力变压器工作时产生的噪声通常可分为箱内噪声和箱外噪声，通过对两类噪声的具体计算来分析产生噪声的决定因素。

2.1箱内噪声

箱内噪声的计算公式通常采用下式（1）进行计算：

图1　β与硅港片重量关系图

2.2箱外噪声衰减计算

电力变压器产生的噪声传到箱外时，会出现一定程度的衰减，距离箱外距离越远，衰减量越大。目前，世界各国常用的计算电力变压器箱外噪声衰减量如下式（2）所示：

修正后的计算式如下式（3）所示：

2.3实际噪声计算公式

在实际衡量及计算电力变压器产生的噪声时，为了具有更高的准确性及简便性，综合考虑各种因素，在电力变压器工艺良好的基础上，通常采用以铁心磁滞伸缩为基础而导出的公式来进行计算比较合理，具体计算公式如下式（3）所示：

若使用的电力变压器为风冷或者强油风冷等，在计算时还必须考虑风扇和油泵在工作时产生的噪声，即将所有产生的噪声进行叠加，即合成噪声，具体计算公式如下式（4）所示：

3　电力变压器噪声的控制措施

要有效控制电力变压器的噪声污染，可通过下述两个途径：第一，降低噪声源的噪声；第二，传播途径降低噪声。

3.1噪声源方面的降噪措施

3.1.1选择优质硅钢片

选择优质硅钢片，不仅能够确保结晶方位的完整度，还能有效降低磁致伸缩，减少工作时的振动。例如：具有高晶粒硅钢片的磁针伸缩仅是普通硅钢片的60%；在相同磁通密度下，优质硅钢片由于具有较小的振动，能够降低噪声2-4dB；每降低0.01T的磁通密度，能减少噪声0.2dB。

3.1.2优化铁芯各项物理参数

为了尽量降低铁芯产生的噪声，可对铁芯的各项物理参数进行优化，具体可从以下几点进行优化：第一，减少铁芯重量。据多年的实践经验可知，铁芯的重量每减少1t，噪声可减少约0.3dB；第二，减少铁芯窗高和直径的比值。据实践经验可知，两者的比值每减少0.1，噪声可减少约5.7dB，同时在设计时，尽量将铁芯设计为矮胖型，产生的噪声可大幅度减少；第三，增加铁轭截面积以减小铁轭中的磁通密度。电力变压器产生的本体噪声主要来源于铁轭的振动，若能适当增加铁轭横截面积，不仅能够减少铁轭的磁通密度，同时还能增加末级铁芯片的宽度，从而增加了夹件和铁轭的接触面积，使得铁轭在工作过程中受力均匀，从而有效的减少噪声。根据实践经验可知，经过这样处理后，噪声能够减少2-5dB；第四，选择合理的铁芯自振频率。若铁芯在运行过程中的自振频率与磁针伸缩的频率相同，极易形成共振，从而产生较大的噪声。为了避免此种情况的出现，首先要计算铁芯的固有频率，具体计算公式如下式（5）所示：

图3铁芯尺寸示意图

图4　关系曲线

根据上述计算结果来对铁芯频率进行合理选择，避免形成共振。

3.1.3改进铁芯结构，选择合理叠装和装配工艺

要有效改进铁芯叠装和装配工艺，可采取下述措施：第一，采用全斜交错接缝的铁心结构。传统的心柱和铁轭通常选择交错接缝结构，这样极易产生涡流和磁饱和，从而导致电力变压器的噪声和损耗提升。若采用全错接缝，既能减小磁通畸变，也能确保铁芯整体机械强度。经过多年实践可知，若保持磁密为定值1.7T不变，采用全斜交错结构能够减少噪声3-5dB；第二，控制铁心夹紧力。相关理论研究发现，若铁芯夹紧力的压强为0.08-0.12Mpa时，此时产生的噪声值最小。具体在制作时，通过扳手合理控制夹紧力，也可在合理位置放置绝缘棒，确保整个心柱受力均匀，避免磁致伸缩增加，采取这些措施后，能够使电力变压器的本体噪声降低1-3dB。

3.1.4冷却系统的降噪

对于冷却系统的降噪，可通过选择低噪声风扇或冷却装置，若是发热量不大，尽可能采取自然冷却的方式，同时还可以采取减震或者消声装置，最大限度的减少噪声。

3.2传播途径的降噪措施

通过抑制噪声源的噪声，虽然可以起到一定的效果，但是并不能全部消除噪声。因此，必须从传播途径进行降噪处理，以达到控制的目的。电力变压器产生的噪声通过以下两种方式传到外界：第一，通过箱底和地基传到外界；第二，通过邮箱辐射到外界。针对传播途径，可采取以下措施：

（1）在铁心和箱底、地面之间加缓冲装置，使噪声同诺缓冲装置衰减，通常可采用减振橡胶板。

（2）油箱壁可采用扣槽式加强筋，通过焊接3-4mm钢板，在其中填充吸声物质，形成半消声油箱，具体如下图5所示：

图5　油箱壁结构示意图

（3）在变压器周围建设隔音墙或者隔音室，能有效降低噪声。在对噪声要求比较严格的地方，目前通常采用的方法是设置隔音室，这样能有效减少噪声30-40dB。

4　结束语

综上所示，为了有效降低电力变压器的噪声污染，除了采取上述措施外，还必须不断对变压器的产生、计算模型及测试方法进行深入探究，以便采取更完善的措施减少污染，满足人们对变压器噪声的基本要求。

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作者简介：车艳红（1981-），女，福建泉州人，本科，工程师，主要从事电力环境保护工作。