非晶合金变压器降低噪音方法

冯立涛

(天津市特变电工变压器有限公司，天津 300308)



非晶合金变压器降低噪音方法

冯立涛

(天津市特变电工变压器有限公司，天津 300308)

本文介绍了非晶合金变压器的特点及噪音类型，分析了变压器空载噪音产生的原因及因素，并提出了降低噪音的有效措施。

非晶合金变压器；降低噪音方法；噪音类型

我国不仅是全球能源消费增长速度最快的国家，也是全球能源应用最为紧缺的国家。正因如此，如何构建节约型社会已经成为现今促进社会可持续发展的必要前提条件。为了能够进一步响应国家的政策号召，做好生态环境的保护，确保社会经济的可持续发展，非晶合金变压器已经被国家发改委列入到重点推广的节电产品之中。如今，电力行业大量采用非晶合金变压器，既可缓解我国电力紧张的局面，还会产生可观的经济和社会效益。

1 非晶合金变压器发展现状

非晶合金是以铁、硅、硼、钴、碳等元素作为原料，并使用急速冷却工艺、高速旋转工艺，从而使内部的原子能够呈现出无序化排列的一种非晶体结构合金，可以说其是一种全新的节能材料。因此，使用非晶合金作为制造变压器的带材，变压器的空载损耗和空载电流非常低。一般来讲，常见的非晶合金带材主要包括: 铁基、铁镍基、钴基这三大类，而其中铁基非晶合金则常常被应用在非晶合金变压器之上，这是因为非晶合金不存在晶格和晶界，所以其本身的磁化功率较小，而且，非晶合金的厚度为0.02～0.03 mm(是硅钢片的1/10左右)，电阻率却较高，也就大大降低了涡流损耗，其单位损耗仅是硅钢片损耗的20%～30%。

铁心的磁致伸缩是产生变压器噪音的最主要来源，而非晶合金材料又对机械应力十分敏感，所以无论是张应力还是弯曲应力都会对磁性能产生影响，所以，如何减少铁心受力俨然已经成为变压器结构设计的重点所在。此外，与硅钢片相比非晶合金的磁致伸缩程度要高出10%左右，因此，对比同容量的硅钢片铁心变压器，非晶合金铁心变压器的噪声要高出一些。而行业标准JB/T10088-2004中对于变压器噪音有着明确的规定，即非晶合金铁心变压器的声级限值由制造单位与用户共同协商后再进行确定。也正因如此，我国目前仍没有对非晶合金变压器的噪音有明确的规定，仅仅是根据市场的实际需求以及客户的反馈需求进行分析，应该将2 500 kVA以下的非晶合金干式变压器的声压级控制在65 dB(A)以内。而如若利用现有技术，科学合理地设计非晶合金干式变压器结构，就可以将非晶合金干式变压器的噪音合理控制在理想范围内。

2 噪音产生的原因

A.如若变压器的实际额定工作磁通密度能够保持在1.5T～1.8T以内，那么由变压器漏磁所引起的绕组振动噪音以及由绕组负载电流而产生的漏磁振动与磁致伸缩引起的铁心振动相比非常小。B.当干式变压器采用强迫风冷时，其冷却装置在运行过程中会产生噪音，相应的冷却装置附件也会产生噪音，这与变压器本体的噪音机理相同，都是由其振动产生的。C.铁心噪音硅钢片的接缝处与叠片之间受到电磁作用而造成电磁吸引，进而引发铁心发生振动。

非晶合金的磁致伸缩程度比硅钢片高约10%，片厚较硅钢片薄，即同磁密时，非晶合金比硅钢片产生的振动大，此振动一方面向外界辐射声波，另一方面带动与其连接的其他零部件一起振动，向外辐射声波。

3 降低噪音的方法

A.降低磁通密度或采用磁致伸缩小的优质铁芯片。磁通密度是影响非晶合金干式变压器噪音最为重要的一个因素。一般来讲，当非晶合金材料的实际饱和磁密在1.5 T左右时，冷轧硅钢片的饱和磁密就要保持在2.0 T左右。所以，为了能够确保非晶合金材料的磁致伸缩与冷轧硅钢片的铁心相似，那么就必须要确保非晶合金干式变压器所选取的工作磁密不能高于冷轧硅钢片的工作磁密，在增大非晶合金铁心截面的时候，铁心质量也会相应的被增加，而根据目前变压器企业的实际制造经验以及试验结果显示，非晶合金干式变压器的最佳工作磁密应在1.25 T以下，但具体情况还需视自身的实际工艺水平而定。由于铁心片的磁致伸缩是产生变压器噪音的主要原因，可采用优质的磁致伸缩较小的磁铁心片。该片提高了晶粒取向完整度，改善了绝缘涂层，增强了涂层的抗张力，降低了磁致伸缩，在同一工作磁密下，与普通磁铁心片相比，变压器噪声可降低3 dB(A)～4 dB(A)。

B.进一步降低非晶合金铁心的磁化容量。非晶合金的单位：磁化容量与单位损耗，其二者之间存在着某种制约关系，所以，要想降低单位磁化容量，就必须提高变压器制造企业的实际工艺水平。在实际的生产制造过程中，当装配铁心框与绕组时因需要打开铁轭接缝、套装绕组并合上接缝，而这些操作恰恰会使得铁心受力，进一步加大铁心的损耗与噪声。所以，此时应合理控制工艺系数，1.05～1.25之间都是较为合理的工艺系数。引发非晶合金变压器噪音的因素众多，而铁心与绕组的实际结合方式，操作人员的经验与技术水平，铁心本身接缝大小都是其中最为常见的原因。要想使单位磁化容量降低，就必须选择较高的单位损耗，从而使得变压器能够在空载情况下满足实际要求，并且能够转化多余的损耗性能，使其生成磁化性能，进而实现减小噪音的最终目的。

C.进一步优化非晶合金干式变压器的结构尺寸。一般来讲，正是因为非晶合金干式变压器存在着独特的振动模态与声学模态，因此，可以充分利用相关软件，对振动模态、声学模态的频率进行计算，并且在实际的设计过程中对这些模态频率进行有意识的规避，使其能够与变压器本身的激励源频率错开，进而降低振动能量转化为辐射声能的几率。

D.改变传统的结构设计模型。正是因为非晶合金的脆性较大且机械应力十分敏感，所以在实际生产制造过程中，任何压、拉、弯、打等流程所产生的应力，都会对其磁性能带来巨大的影响，尤其是这些施加到铁心之上的应力还会大大加剧非晶合金干式变压器在空载状态下的损耗，并加剧20%～200%的噪音。所以，在对非晶合金干式变压器的结构进行设计时，应充分利用紧固措施，以此降低铁心的受力情况；在主支撑结构设计过程中，格外避免采用铁心结构；生产制造的整个过程中，减轻铁心受力，做到轻拿轻放；框架设计上，应留有适当的裕度，必要时也可以在框架与铁心之间加垫减振吸声材料。

E.强化工艺控制。非晶合金铁心接缝质量会直接受到装配方式的影响，在生产制造过程中常用的装配方式主要有以下两种：第一，倒装式。先将铁心接缝朝上，打开接缝套装绕组后合上，之后器身再翻转180°。第二，平装式。先将铁心平放在专用设备之上，后套装绕再合拢起立。这两种装配方式相比，平装式更优于倒装式。进一步改善非晶合金铁心开口处接缝，因为铁心接缝经过改善与缩小，其接缝处的磁通不仅会分布得更加均匀，其气隙内的磁密也会被大大降低，进而使得接缝处磁吸力噪音逐步减少。此外，接缝的减小也能够有效降低振幅，减小变压器的励磁容量和励磁电流，降低声功率幅度。铁心的制造工艺以及自身结构也会对噪音产生一定的影响。所以，可以将有环氧树脂涂覆在非晶合金铁心表面，也可以加消声垫于铁心和器身之上。

F.增加振动阻尼。在非晶合金变压器外壳加设隔音板，用绝缘带绑扎非晶合金铁心的最大振动点，再对非晶合金铁心进行整体绑扎，非晶合金铁心底部依次铺设泡沫材料和硅橡胶垫，这样可以增大振动(包括声音振动)途径中的阻尼，将振动消耗在传播途径上。

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Method of amorphous alloy transformer to reduce noise

FENG Li-tao

(Tianjin TBEA Transformer Co., Ltd., Tianjin 300308, China)

This paper introduces the characteristics and noise types of amorphous alloy transformers, analyzes the causes and factors of no-load noise of transformers, and puts forward the effective measures to reduce noise.

Amorphous alloy transformer; Noise reduction method; Noise type

2016-12-17

冯立涛(1972-)，男，本科，助理工程师。

TM41

B

1674-8646(2017)04-0136-02