大型电力变压器振动和噪声控制方法研究

2017-04-12 10:35:26 大云网　点击量：评论 (0)

核心提示：　　为了提高城市供电的可靠性和改善供电质量，减少电力传输的损耗，城网用大型降压变电站要建在市区。为了保证居民不受噪声干扰，供电部门将对变压器的噪声性能提出较高的要求。　　本文在分析变压器

核心提示：　　为了提高城市供电的可靠性和改善供电质量，减少电力传输的损耗，城网用大型降压变电站要建在市区。为了保证居民不受噪声干扰，供电部门将对变压器的噪声性能提出较高的要求。　　本文在分析变压器振动和噪声产生

　　为了提高城市供电的可靠性和改善供电质量，减少电力传输的损耗，城网用大型降压变电站要建在市区。为了保证居民不受噪声干扰，供电部门将对变压器的噪声性能提出较高的要求。

　　本文在分析变压器振动和噪声产生的机理、传播途径和各种影响因素的基础上，结合变压器具体制造工艺，同时把经济效益也作为一项主要指标给予充分考虑后，提出了将变压器油箱作为实现变压器减振降噪目的的研究对象，通过改变变压器油箱的动力特性，和在箱壁表面附加阻尼钢板的办法，使油箱的固有频率国内外的研宄结果表明，变压器振动的根源在于：所谓磁致伸缩就是铁心励磁时，沿磁力线方向硅钢片的尺寸要增加，而垂直于磁力线方向硅钢片的尺寸要缩小，这种尺寸的变化称为磁致伸缩。磁致伸缩使得铁心随着励磁频率的变化而周期性地振动。

　　磁而产生的电磁吸引九从而引起铁心的振动。

　　理。

　　值得提及的是，当铁心的固有频率与磁致伸缩振动的频率相接近时，或者当油箱及其附件的固有频率与来自铁心的振动频率相接近时，铁心或油箱将会产生谐振，使本体噪声骤增。

　　由于磁致伸缩的变化周期恰恰是电源频率的半个周期，所以磁致伸缩引起的变压器本体的振动噪声，是以两倍的电源频率为其基频的。

　　由于磁致伸缩的非线性、多级铁心中心柱和铁轭相应级的截面不同，以及沿铁心内框和外框的磁路径长短不同等等，均使得磁通明显地偏离了正弦波，即有高次谐波的分量存在，这样就使得铁心的振动频谱中除了有基频振动以外，还包含有其频率为基频整数倍的高频附加振动。所以，变压器铁心振动的噪声频谱中除了基频噪声之外，还包含有其频率为基频整数倍三相变压器铁心和绕组布置图的高<频噪声高磁导率、低损耗的冷乳硅钢片。

　　铁心由两部分所组成（）。其中Z为铁心柱；e为铁轭，它使两柱之间的磁路闭合。铁心叠装好后，用夹铁和绑带夹紧坚固。

　　绕组用高导电性能的铜导线绕制而成，在导线外面包缠有高强度的绝缘纸带。绕组套装在铁心上。为了绝缘方便，低压绕组紧靠着铁心，高压绕组则套装在低压绕组的外面。三相变压器中同一相的高、低压绕组套装在同一铁心柱上。

　　高低压绕组套装在铁心上之后，铁心与绕组总称为器身。器身将被放置在油箱中。大型电力变压器的油箱分为上节和下节油箱两部分，器身放置在下节油箱中，铁心垫脚与箱底之间进行刚性联结。上节油箱上布置有变压器的各种组件。上下节油箱装配、密封好后，在油箱中注满变压器油。变压器油主要起绝缘和散热的作用。

　　1.2变压器振动和噪声的机理11（）当绕组中有负载电流通过时，负载电流产生的漏磁引起绕组、油箱壁（包括磁屏蔽等）的振动。

　　近年来，由于铁心叠积方式的改进（如采用阶梯接缝等），再加上心柱和铁轭都用环氧玻璃丝粘带绑扎，因此硅钢片接缝处和叠片之间的电磁吸引力所引起的铁心振动，比硅钢片磁致伸缩的铁心振动要小得多。

　　变压器的额定工作磁密通常取1. 5~1.8T（特斯拉）。国内外的研宄和试验均证明，在这样的磁密范围内，负载电流产生的漏磁引起的绕组、油箱壁（包括磁屏蔽等）的振动，与硅钢片的磁致伸缩的铁心振动相比要小得多，也可以忽略。

　　这就是说变压器的振动主要取决于铁心的振动，而铁心的振动可以看作完全由硅钢片的磁致伸缩所致。

　　铁心的磁致伸缩振动通过铁心垫脚和绝缘油这两条路径传递给油箱壁，使箱壁（包括磁屏蔽等）振动而产生本体噪声，并以声波的形式均匀地向四周发射，这就是变压器本体噪声的机1.3变压器振动和噪声的传播途径变压器本体噪声取决于铁心的磁致伸缩振动。铁心的磁致伸缩振动是通过两条路径传递给油箱的，一条是固体传递途径一铁心的振动通过其垫脚传至油箱；另一条是液体传递途径一铁心的振动通过绝缘油传至油箱。这两条途径传递的振动能量，使箱壁（包括磁屏蔽等）振动而产生本体噪声。通过空气，本体噪声以声波的形式均匀地向四周发射。

　　研宄结果表明，固体路径和液体路径所传递的振动，其能量几乎是相等的。因此，即使将其中任何一条途径传递的振动完全吸收或衰减掉，变压器的本体噪声也只能降低大约3dB（A）。

　　从以上分析可以看出，当变压器的结构、选用材料和生产装配工艺受各种技术和经济条件限制无法改变时，可以选择变压器油箱为研宄对象，通过避免油箱发生谐振的办法，来抑制变压器油箱的振动，以减少其振动的福射噪声。

　　2模型变压器设计2.1模型变压器对真实变压器的简化本文。铁心硅钢片型号为3ANSYS模型结构动力特性分析3.1建模动力特性分析采用的单元是壳体平面三角形单元，在加强筋、板密集的区域单元划表1六种油箱结构的固有频率与铁心激振频率序号固有频率（Hz）铁心激振频率（Hz）一二三四五六第一阶194 0140432415.86308.26351.08353.70405注：一一模型油箱结构；二一筋厚为设计厚度1. 5倍的油箱结构；三一筋厚为设计厚度2倍的油箱结构；四一加阻尼钢板的模型油箱结构；五一加阻尼钢板、筋厚为设计厚度1. 5倍的油箱结构；六一加阻尼钢板、筋厚为设计厚度2倍的油箱结构。

　　尼钢板的方法，被选择为控制变压器振动和噪声的措施。

　　分密，油箱箱盖划分稀' 3.2说明现代大型电力变压器一般都采用钟罩式油箱，油箱分为上节油箱和下节油箱，变压器器身安装在下节油箱里，上、下节油箱之间用螺栓联结，接缝用耐油橡胶进行密封。变压器在现场安装时，下节油箱放在电站地基上，并用地脚螺栓与地基紧固联结。铁心的振动通过铁心与下节油箱之间的垫脚传给下节油箱，再通过上、下节油箱之间的刚性联结传给上节油箱。变压器的噪声主要是上节油箱箱壁的辐射噪声。所以几何实体模型的原型采用模型变压器的上节油箱，边界条件处理为紧固端。

　　模型油箱有限元模型见，采用SHELL93壳单元。

　　3.3计算结果采用在ANSYS软件对模型油箱结构进行了计算考虑到模型截断对计算精度的影响，所截取的模态数，为被分析模态数的两倍。

　　计算得到的模型变压器油箱的前五阶固有频率对应表1中序号一。

　　当筋厚为设计厚度1.5倍的模型油箱的固有频率对应表1中序号二。

　　筋厚为设计厚度2倍的模型油箱的固有频率对应表1中序号三。比较二和三，可以看出，筋厚的变化对各阶频率的影响程度是不一样的。与筋厚为0.003m时的计算相比，筋厚加至IJ0.004m时，第一阶固有频率加了第三阶固有频率加了11.5Hz.这说明单纯加筋厚对油箱第一阶固有频率的影响不大。

　　另外，在工程实际中，大型电力变压器的主加强筋设计厚度为10mm，筋厚加倍数超过2倍以上，会使加强筋的折弯成型产生困难，因此，这一方法的使用也是有局限性的。

　　加阻尼钢板的模型油箱的固有频率分别列于表中序号四一六。

　　3.4讨论通过比较可以得出以下两点结论：单独改变主加强筋的厚度，可以使各阶固有频率加，而焊装阻尼钢板可以使各阶固有频率减小。两种措施综合使用，会使油箱第一阶频率加，其它各阶频率减小。

　　要避免振系发生共振，应使系统固有频率高于或低于干扰频的10%~20%.依据这一原则对六种油箱结构的固有频率进行分析，可以发现，任何一种油箱结构都无法使其每一阶固有频率远离铁心激振频率，也就是说，油箱在某一阶频率上发生共振是完全可能的，必须利用阻尼使共振的振幅得到衰减。

　　根据上述结论，在油箱主加强筋上焊装阻4模型变压器动力特性实验研究实验方法和实验装置简介模型变压器采用地面支承的支承方法，这与变压器的实际安装方式是一致的。测试系统固有频率时使用锤击法。声级计选用BK公司2230型精密积分声级计。

　　4.2实验结果模型油箱的振动频谱图上可以找到与计算结果相吻合的频率，同时也存在大量的其它频率成分。

　　由噪声谱可以发现除了声谱和振动谱完全相关外，声谱中还存在工频和其倍频分量，这说明铁心振动而产生的噪声通过油箱中的空气传递到箱壁后辐射出来，变压器的总体噪声中包括了这部分噪声分量。在距离地面90cm，距离箱壁70cm处测试变压器噪声（A声级）为48.9分贝。

　　焊装阻尼板后油箱的振动自谱图上的频率值列于表2并与ANSYS分析计算结果进行比较由表2可见，第一，三，四，五，六，七，八，九，十，十一阶固有频率计算结果与实验结果基本上是吻合的，这说明计算时建立的ANSYS模型是有实用价值的。

　　由受迫振动噪声谱图可知，谱中的主要频率分量是100Hz及其倍频，这说明此时的噪声主体是铁心振动的辐射噪声，箱体振动激发出的噪声己经不占主要地位了。在同一测点测得其噪声值为46.7分贝，噪声值的减小也证明油箱箱壁振动的辐射噪声确实降低了。

　　表2模型油箱固有频率（HZ）序号计算值实测值第1阶第2阶第3阶第4阶第5阶第6阶第7阶第8阶第9阶第10阶第11阶上述结果说明在油箱主加强筋上焊装阻尼钢板的方法是控制变压器振动和噪声的有效措施。与单纯加筋厚的方法相比，这种方法更为可靠，能更好地适用于各种不同的变压器油箱结构，具有很好的工程应用前景。