电力变压器振动噪声产生机理和影响因素研究

韩宇贤

摘 要：近年来人们在环保方面的意识越来越强。除了全社会广泛关注的空气污染、水污染等问题，噪音污染也越来越被人们所注视，对电力变压器产生的振动噪声进一步降低已经是迫切需要解决的问题。因此，本文分析了电力变压器振动噪声产生的原因，叙述了绕组和铁芯振动机理。在这个基础上，对变压器出现的振动噪声的治理方法进行了阐述。

关键词：电力变压器；振动噪声；机理

1 概述

对于电力变压器，特别是大型的电力变压器来说，其在工作当中会产生许多噪音。这些产生的噪音将会给周围人们的生活以及工作带来非常大的影响。为了缓解这些出现较大噪音的问题，需要对电力变压器噪声水平进一步降低[1]。由于我国经济发展的客观现状，在早期变压器制造技术水平比较落后，直到二十世纪八十年代以后，才渐渐出现了有关单位以及企业对变压器出现的噪声进行分析。变压器噪音是由振动所带来，在电力变压器正常工作当中，内部铁芯等部件不可避免的会出现摩擦现象，进而造成了惯性不平衡的问题。这些问题将最终造成了电力变压器振动问题。当变压器当中的振动不断增大的时候，振动出现的噪音也随之增大。当振动到达一定的强度时，就出现了噪音。因此我们可以看出，出现噪声的主要原因主要是由于电力变压器运行当中出现的振动[2]。本文分析了电力变压器振动噪声产生的原因，叙述了绕组和铁芯振动机理。在这个基础上，对降低振动噪声的方法进行分析。

2 变压器振动噪声产生及传播机理

在电力变压器正常工作当中，内部器件之间不可避免的会出现摩擦现象，进而造成了惯性不平衡的问题。这些问题将产生振动。振动在空气当中进行传播，就会形成了声音。当这些声音达到界限的时候，就会出现噪音。出现噪音的主要原因之一还有直流偏磁[3]。在电力变压器当中，由于磁场力不大，因此，这方面带来的振动出现较小的噪音。

2.1 振动产生的机理

在电力变压器当中，基频为100赫兹。除此之外，电力变压器内也含有其他高次谐波。这些谐波主要有下面几个方面的来源：

（1）在变压器励磁系统当中，造成铁芯振动的原因是硅钢片磁致伸缩所造成的。

（2）变压器振动是由于动态电磁力所造成的。这种电磁力是通过负载电流引起的。

（3）油箱壁振动是由于漏磁所造成。

在电力变压器实际运行的时候，漏磁噪声的振动比较小。除此之外，随着目前制造工艺不断先进，造成了动态电磁力逐渐减小，可忽略不计。因此，经过上述分析，变压器振动现象主要由于绕组和铁芯出现振动所造成的。下面我们将分别对这两个方面出现的振动机理进行分析[4]。

2.1.1 变压器铁芯的振动机理

磁致伸缩的主要原因是铁芯出现振动。当磁致伸缩产生铁芯励磁的时候，沿磁力线的方向中的硅钢片大小将增加。除此之外，在垂直磁力向方向内，其大小也进而减小。磁致伸缩铁芯带里的振动基频要远远大于电源的频率。不仅包含了基频，还含有了高次谐波。高次谐波以及基频是由于铁芯磁致伸缩所引起的，同時在沿着铁芯内外框当中存在着不一样磁通路径大小也会产生高次谐波。

随着科学技术的不断发展，对铁芯的叠积方式进行了不断改进和优化。因此，通过叠片之间出现的漏磁振动信号可以忽略不计。同时，由于磁致伸缩能量比较大，控制起来比较困难。所以，硅钢片的磁致伸缩大小决定了电力变压器铁芯振动的强度[5]。

2.1.2 变压器绕组的振动机理

电力变压器在运行当中，绕组受到的电动力主要含有下面三类，分别为：

（1）周向力。这个力是在绕组圆周方向上出现的作用力。

（2）轴向力。它是一个机械力，是通过电动力引起的。

（3）辐向力。这个力是通过电动力造成的机械应力。

在以上三个作用力内，因为轴向力不大。因此，通过轴向力引起的振动比较小，小到可以忽略不计。轴向力以及辐向力是出现绕组振动作用力的原因之一。

这两个作用力可能产生匝间绝缘遭受严重损害，对电力变压器绝缘造成一定的影响，进而影响着变压器运行的稳定性。当两种力比较大的时候，将造成绕组扭曲出现变形甚至造成导线断裂。

2.2 振动传播机理

绕组振动传播的主要路径就是绝缘油。而铁芯振动传播主要分成两类：

（1）固体传播。振动传播的路径是从脚垫的位置传递到了油箱位置。

（2）液体传播。振动通过绝缘油传到油箱当中。

除此之外，风扇和油泵等一些冷却系统产生的振动也是利用固体途径向变压器油箱内进行传播。各个装置利用各类途径传播到变压器的表面，进而造成变压器的器身出现振动。

3 振动分析的实际应用和防范措施

3.1 振动分析的实际应用

我们熟悉了电力变压器出现振动的原因之后，就可以在这个基础之上，对电力变压器故障进行排查。随着现代化工业不断发展，对于变压器来的容量与质量要求越来越高，整个电网的电力传输过程当中，对安全性以及可靠性的要求也越来越大。高压设备的安全运行，可以确保国家财产安全，能够对国家工业发展起到了大力的支持。因此，对电力变压器运行状况的监测与检修变越非常重要。

在此次研究当中，分析了电力变压器振动机理。振动分析法可以实时的对高压变压器运行状况进行掌握，及时对高压变压器存在的故障、异常状况进行预警，以此避免变压器突发事故的出现，进而实现了状态检修，大大降低了停电检修时间，最终达到了提升电网经济效益以及科学管理水平。

3.2 变压器振动噪声的防范措施

我们从上文的分析汇总可以看出，变压器噪音是因为电力变压器内出现的振动所引起的。声源分成三种，分别是绕组、冷却器以及铁芯。电力变压器的周围环境存在许多不确定性的影响。因此，对变压器产生的噪音很难有针对性的保护措施。所以，我们需要充分考虑电力变压器本身方面，以此对噪声问题进行解决。要合理的对电力变压器振动过程中出现的噪音进行消减需要从下面几个方面入手。首先，在声源方面，降低电力变压器出现的振动噪音。向前文所描述的那样，降低电力变压器绕组、铁芯以及冷却器出现的振动噪声，需要安装质量合格并且较小振动的电力变压器。另外，在电力变压器内还能够安装消声器和减震器安装，进而达到降低变压器振动噪音的效果。第二，我们还可以从阻碍传播途径的方向进行分析，进而有效的治理变压器振动的噪音。振动噪音是通过电力变压器本体和空气来传播的。在实际治理当中，我们需要对变压器振动噪声从下面几个方面进行治理：

（1安装缓冲器在变压器基础和箱底之间。这种方法不仅能够起到降低振动噪音的效果，以防止共振的情况发生。还可以大大降低铁芯振动造成的噪音。

（2）增加隔音层。这也是降低变压器振动噪音的有效途径。当噪音产生之后，穿过隔音板的时候，将会被隔音板吸收一部分，进而实现降噪效果。

（3）建造隔音效果较好的室内建筑来对电力变压器进行放置，以此达到阻碍噪音传播的目的。

结束语

随着科学技术的不断发展，在生活环境方面，人们重视程度越来越高。电力变压器振动噪声对周围居民生活以及工作的影响程度也越来越受到人们的广泛关注。因此，本文介绍了电力变压器铁芯和绕组振动出现的原因。同时，在这个基础之上，分析了一些解决变压器振动噪声的方法，在今后的实际当中能够起到了一定的借鉴作用，以此确保我国电力行业持续健康的发展。

参考文献：

[1]郭俊，汲胜昌，沈淇，等.盲源分离技术在振动法检测变压器故障中的应用[J].电工技术学报，2012，27（10）：68-78.

[2]汲胜昌.变压器绕组与铁心振动特性及其在故障监测中的应用研究[D].西安：西安交通大学，2013：25-39.

[3]徐小军.油浸式变压器铁心和绕组的振动特性有限元分析[D].南京：东南大学，2015.

[4] 谭闻，张小武.电力变压器噪声研究与控制[J].高压电器，2015，45（2）：70-76.

[5] 顾晓安 ，沈荣瀛，徐基泰.国外变压器噪声研究的动向[J].变压器.2012，39（6）：33-38.