油浸式电力变压器的噪声源及降噪对策探析

刘伟 孔凡刚 赵鹏程

【摘要】本文介绍了油浸式变压器噪声的类型，分析了油浸式变压器空载噪声产生的原因及因素，提出了变压器铁芯设计和制造工艺的降噪措施，概述了降低变压器空载噪声的方法法。

【关键词】油浸式变压器：噪声原因；降噪措施

油浸式电力变压器在正常运行或出现故障时都会发出声响，但它们的声音是不同的。当变压器通电后，电流通过铁心产生交变磁通，就会发出“嗡嗡”的均匀电磁声，音响的强弱正比于负荷电流的大小，这是正常的声响。如一旦变压器存在着缺陷而带病工作，则不是正常均匀的“嗡嗡”声，或者在正常声外还夹带着其它声音。下面结合日常工作中所遇到的一些实际情况，就运行中常见的几种异常声响所代表的运行状况及处理方法作简单论述。

一、 油浸式变压器噪声源分析

变压器的噪声来源于变压器本体和冷却系统两个方面。根据国内外的研究结果表明，变压器本体振动噪声的根源在于：

（一）变压器本体产生的噪声

变压器本体噪声产生的原因有硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动、硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引力而引起的铁心的振动、当绕组中有复杂电流通过时，负载电流产生的漏磁引起线圈、油箱壁的振动等。

由于变压器本体噪声通过铁心垫脚和变压器油传递给箱体和附件而产生，其是由以两倍电源频率为基频的噪声和频率为基频整数倍的低频噪声所构成。一般，电力变压器铁心噪声的频谱范围在100～500Hz之间。

（二）冷却系统引起的噪声

冷却装置运行带来的噪声，与变压器本体噪声的机理一样，冷却装置的噪声也是由于它们的振动而产生的。国内外大量变压器运行实践表明，该噪声主要是由变压器中潜油泵和冷却风扇运行时产生的，对于油浸自冷式变压器，采用的是自冷式散热器，其所产生的噪声，比变压器本体噪声低得多，多可以不予考虑。

需要说明的是，变压器是一个由各种部件组成的弹性振动系统，该系统有许多固有振动频率。当变压器的铁心、绕组、油箱及其它结构机械振动的固有频率，接近或等于硅钢片磁致伸缩振动的基频（2 倍的电源频率）及其整数倍（对于50 Hz电源，系指100 Hz、200 Hz、300 Hz、400 Hz 等）时，将会产生谐振，使变压器噪声显著增加。

本体噪声和冷却装置噪声合成后，形成变压器噪声，以声波的形式通过空气向四周传播。

二、降低油浸式变压器噪声技术措施

（一）变压器本体噪声的降低

本体噪声的降低主要通过改进材料、工艺和优化设计，从而减弱铁心所产生的噪声来实现。具体的措施为：

（1） 采用全斜交错接缝的铁心结构

在心柱和铁轭传统的交错接缝结构中，磁力线在接缝处横向穿越附近的硅钢片中，会产生涡流和磁饱和，导致噪声和空载损耗增大。而采用全斜交错接缝，保证了心柱和铁轭交错搭接，使磁通畸变减小，同时也保证了铁心整体机械强度。实践证明，保证磁密1.7T不变，铁心全斜交错接缝结构较传统结构的本体噪声能够降低3～5dB（A）。

（2） 选用高导磁优质硅钢片

优质硅钢片提高了结晶方位的完整度，特殊涂漆层增加了其抗张力，从而降低了其磁致伸缩ε。在磁通密度为1.5T时，高晶粒取向硅钢片的磁致伸缩ε只有一般硅钢片的60%。因此，在相同磁密下，优质硅钢片的磁致伸缩ε较小，产生的振动也相应较小，噪声可降低2～4 dB（A）。

（ 3） 控制铁心磁密

进一步优化设计，采用合理的铁心结构形式、尺寸。降低铁心磁密，可以有效降低噪声，考虑到降低铁心磁密会使铁心截面积、变压器等值容量和造价相应增加，不利于成本的控制。因此，磁密降低应控制在标准磁密的10%以内。

（4） 避免铁心共振

当铁心固有频率与磁致伸缩振动的频率接近时，会因铁心共振导致本身噪声骤增。为避免铁心共振，设计时应使其固有频率避开磁致伸缩引起的基频及二、三、四次高次谐波频带。为有效防止铁心共振，可利用其上部定位件，通过箱沿螺栓的坚固，使箱体与器身上梁紧密接触。这种方法也能改变铁心的固有频率，避免由此而引的噪声急增。

（二）冷却装置振动噪声的降低

冷却装置噪声的降低可以通过设备本身噪声的降低和控制传播途径得以实现。

（ 1） 尽可能采用自冷式散热器，也可采用风冷散热器配合使用各种类型的低噪音风扇。

（ 2） 冷却装置的振动主要是铁心的振动通过各种途径传递给油箱壁，进而向周围介质辐射产生噪声。所以，降低变压器的噪声的途径是阻止铁心的振动向油箱传导和降低噪声向周围介质的辐射，相应的措施为：

a可在铁心与油箱箱底之间用弹性连接来代替刚性连接。为了避免共振，要使弹性连接的固有频率大大低于铁心的磁致伸缩振动的固有频率（ 100 Hz） ；还可在铁心垫脚与箱底间放置减振橡膠，此措施对100～ 400Hz 的本体噪声减振效果显著；b可采用阻尼层用玻璃丝放在油箱的外表面或内表面；c 还可以采用隔声板将油箱半封或全封闭，在外壳与箱壁之间填充吸声材料提高隔音量. 该办法能使变压器的噪声降低约10～ 20 dB。

（三）从传播途径减小变压器的噪声

通过抑制变压器噪声源所降低的噪声是有限的，所以，我们也可以从噪声的传播途径考虑，使噪声在传播过程中衰减，以达到消声的目的。

（1）在变压器本体与外壳间加隔声材料，可以吸收部分变压器自身振动产生的噪声，但采取此种方法需考虑散热问题。

（2）采用消声法降低噪声。即在变压器一米内放置若干个噪声发生器，使它们发出的噪声与变压器发出的噪声相互抵消。其原理是首先把变压器的噪声信号转变为电信号，然后放大激励噪声发生器，使各噪声发出的声音、振幅相等、相位相反，使变压器的噪声受到破坏性干扰以达到降低噪声的目的。

（3）在噪声传播的方向设置隔声墙，也能大大降低噪声水平。此项措施的理论依据是：声波在传播过程中遇到围墙后，使声波的传播方向发生变化，即声波将要沿围墙顶部和端部绕行传播，使声音得到衰减。隔声墙的厚度若采用水泥或砖砌，要150mm-240mm厚；隔声墙的高度通常由变压器中心到隔声墙之间的距离以及所希望的降噪量等因素决定，为了更有效的降低噪声，应该使围墙尽量靠近变压器，变压器到与之平行的围墙之间的距离应不等于噪声基波波长的一半。否则可能引起驻波，围墙的高度应不低于变压器的高度，但不宜高出太多，高出约0.5米。

（4）设置隔音室，这种方法国外采用的较多，就是把变压器放在完全密封的房子里，可以有效降低噪声30-40dB。但隔音室设计方面却有许多困难，最大的困难就是如何把变压器损耗散出去，如何把室内的噪声吸收掉，防止发生交混回响，如何开门以便检修或更换变压器。而且要保持变压器带电部分到四周墙壁和顶棚的绝缘距离，还得采用穿墙套管，加上建造隔音室的得用，使变压器成本增加很多，所以此种方法国内很少采用。

三、结束语

变压器噪声的产生是多途径的，采用合理的噪声控制措施，能有效地满足变压器噪声的技术要求，增加产品的技术含量，完善和提高变压器设计和制造水平，改善环境，以保证变压器长期安全稳定运行，取得更好的经济效益和社会效益。