电力变压器有源降噪的关键技术研究

江启红（国网安徽省电力公司宿松县供电公司，安徽省 宿松县 246500）



电力变压器有源降噪的关键技术研究

江启红（国网安徽省电力公司宿松县供电公司，安徽省 宿松县 246500）

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，现代人类对于生活质量提出了更多的要求，噪音污染作为环境污染的一部分，对于人们的日常生活已经身体健康有很大的危害，作为噪音污染的组成部分，电力变压器爱低频噪音污染给周边居民的生活带来了很大的影响，本文从这个背景出发，首先以电力变压器噪音为研究对象，对电力变压器噪音的产生原因尽心了分析，然后在此基础上对电力变压器有源降噪关键技术进行了分析介绍。

电力变压器；有源降噪；关键技术

噪音污染是现阶段全球环境污染的三大公害一直，随着电力行业的发展和进步，电力行业噪音污染对人们生活以及身体健康造成了很大的困扰，随着人们生活水平的提高和对生活质量的要求的提升，噪音污染逐渐的开始被各界广泛的关注。电力行业的发展对国民经济的贡献十分突出，作为国民经济的支柱产业，近些年来发展迅速，但是随之而来的是电力行业噪音污染问题，电力变压器噪音污染受到了越来越多的关注，电力变压降噪措施主要有两种形式，分别是无缘降噪和有源降噪，本文主要是针对电力变压器有源降噪关键技术进行分析介绍。

1　电力变压器噪音产生

电力变压器产生的噪音主要是由于本体和冷却系统两个部分造成的，以下对电力变压器本体以及冷却系统噪音产生的主要原因进行具体分析：

（1）由于变压器磁致伸缩效应的影响，变压器铁芯硅钢片会出现不同程度的震动，在震动的过程中发出噪音；

（2）变压器铁芯硅钢片接风为之和叠片之间因为存在漏磁现象，而漏磁现象形成的电磁吸引力会导致铁芯振动发出噪音；

（3）如果变压器绕组中出现大量的负载电流通过，那么负载电流在通过的时候也会产生漏磁现象，进而引起线圈和储油箱壁振动，从而产生噪音；

（4）变压器冷却系统中风扇和油泵在变压器运行的过程中会产生不同程度的振动噪音；

（5）变压器本身在运行的过程中无法避免的会出现振动现象，在振动的过程中通过绝缘油、套管接头以及其他设备零件将振动效果传递给冷却装置，进而会加剧冷却装置的振动频率，产生更大的噪音污染；

（6）铁芯在加热之后，谐振频率和机械应力都会发生不同程度的变化，在这个过程中，噪音会随之温度的上升而逐渐加大；

（7）电力变压器运行周围环境会对噪音有不同程度的影响，例如变压器周围建筑物以及墙壁距离等，都会对噪音有很大的影响。

所以从上面的变压器噪音产生机制可以看出，变压器噪音产生的主要原因是铁芯、绕组以及油箱壁的振动。同时铁芯噪音是最主要的组成部分，通常情况下变压器铁芯噪音频率变化区间保持在100～400Hz，同时如果变压器的定容量越大，那么铁芯噪音中基频分量噪声所占的比重也就越大，倍频和高频分量所占的比重就会减少，所以说电力变压器的容量不同所产生的铁芯噪音大小也会不同。

2　电力变压器有源降噪系统

首先需要模拟电力变压器声源，以此来预测变电站周围的声场状况，变压器点生源发出的噪音声波通常是以球面波的形式进行空间传播，而球面波在两种介质分界面上的发射和折射能够通过计算得出，所以变压器尺寸在小于测量点到变压器距离的情况下，点声源模型就会产生很好的效果，图1显示的就是变压器噪音辐射预测模型。

图1　变压器噪音辐射预测模型

从图1来看，变压器上下表面的噪音辐射对整体噪音辐射水平的影响实际上很小，实际的噪音可以看做是变压器四个面振动现象所产生的，所以根据亥姆霍兹积分计算公式：

同时选择一台变压器进行噪声模型研究，首先在变压器外壳选择200个左右的测量点，在保证变压器正常运行的过程中，对每一个测量点基频状态下振动法向加速度进行测量，然后计算积分求和，通过这种方法计算出来的噪音辐射和实际声场噪音分布状况的误差非常小，通常情况下实际测量的数值比计算数值要小10dB以上，同时频率越高产生的数值误差也会越大。通过对变压器不同位置噪音辐射实际测量和预测数据可以发现，预测数值比实际测量的数值要偏大，但是当噪声达到200Hz以上的时候，误差会有所增加。

电力变压器有源降噪的主要目的是为了让空间中残留的噪音信号最小化，也就是让空间声能达到最小数值。通常在一定条件下，空间声能最小值和空间声势能最小值相同，所以可以将一个封闭空间中总的声势能定义为A，A在达到最小值的时候就是有源降噪的消声标准，具体的公式如下：

式中：Ap就是平均声势能；计算方便实际噪音测量，符合实际工程的需求，所以针对封闭空间有缘降噪的实际过程，可以通过一系列次级声源的引入来使封闭空间的声势能达到最小化，然后按照上面的公式进行测量，同时在进行电力变压器低频噪声控制的过程中，基频和四次以下的变压器噪音是主要研究方向。

其次电力变压器有源降噪系统的基本工作原理：需要对变压器噪声进行实时监测收集，同时配合传感器将噪声转换成电信号传送给有源降噪系统，然后系统会根据噪声驱动变化把噪声源发出和变压器噪声相同的频率值以及相位相反的信号，通过这种转换来抵消大量的变压器噪音，当然通常情况下使用的有源降噪技术仅仅是针对变压器噪音中存在的基频和不同次数的噪声分量。

3　电力变压器有源降噪技术优化

本文对于电力变压器有源降噪技术优化模型主要介绍半球声源模型单频率有源降噪次级声源优化模型：

电力变压器在体积相对较小的情况下，变压器本体结构对于有源降噪的实际效果影响并不是很明显，所以为了更好地提升有源降噪的实际效果，可以采用半球声源模型，这种情况下的噪音辐射次级声源使用点声源模型，具体的噪音辐射声压公式如下：C0

式中：ρ0是空气的密度；

c0是声音在空气中的实际传播速度；

Q是变压器噪音点生源的强度。

根据相应的声相干原理，次级声源和初级声源在某一误差传感器位置会出现的声压叠加，同时为了能够实现有源降噪的最终目的，需要保证每一个误差传感器位置的声压都尽可能的取最小值，文章为了方便计算，将传感器的误差参数设置完全相同的传感器，将目标函数定义为变压器所有误差传感器位置声压，具体计算公式如下：

式中：M是误差传感器的数量，从上面的噪音辐射声压计算公式可以看出，如果次级声源正好能够抵消初级声源，W就能够得到最小值，所以最终变压器有源降噪的效果主要取决于次级声源能够抵消初级声源的实际程度，所以有源降噪的最终效果就是次级声源的参数优化结果。

4　结论

随着近些年用电量的不断增加，电力变压器数量不断增加，文章通过对电力变压器有源降噪技术介绍分析，最终得出以下结论：

（1）电力变压器的本体噪音主要集中在低频范围，所以变压器本体噪音属于低频噪音，通常情况下以100Hz位基频，所以变压器本体噪音在基频100Hz以及整数倍频率出的噪音数值最大，通过对变压器声压级数的分析能够得出低频噪音数值通常保持在50～60dB，因为噪音波形相对稳定，所以有利于有源降噪的实现；

（2）有源降噪距离变压器的位置距离也会影响降噪效果，文章通过对半球声源模型的简单介绍，针对100Hz频率的本体噪音进行分析研究，最终得出变压器有源降噪的效果主要取决于次级声源能够抵消初级声源的实际程度，所以有源降噪的最终效果就是次级声源的参数优化结果。

（3）电力变压器有源降噪需要考虑两个重要问题，分别是本体噪音和冷却系统噪音，文章主要介绍的是针对本体噪音的有源降噪，同时变压器噪音产生的主要原因是铁芯、绕组以及油箱壁的振动，铁芯噪音是最主要的组成部分，通常情况下变压器铁芯噪音频率变化会随着变压器的定容量的增加而变大。

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2016-6-1

TM41

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2095-2066（2016）17-0049-02