帶外殼干式變壓器運(yùn)行噪聲分析

摘要：干式變壓器在運(yùn)行過程中，噪音是常見的故障之一。干式變壓器在運(yùn)行過程中，容易產(chǎn)生噪聲，因此需要改善與控制。本文分析了干式變壓器噪聲產(chǎn)生的主要原因，同時提供了使用單取向高導(dǎo)磁硅鋼片、降低鐵芯額定工作磁密兩種方式，以降低干式變壓器所形成的噪聲，控制噪聲污染。

1前言

在一些發(fā)達(dá)國家，已明文規(guī)定戶內(nèi)安裝的變壓器不準(zhǔn)采用油浸式變壓器。在我國干式變壓器產(chǎn)量占配電變壓器的百分比也在逐年上升。特別是在一些特殊領(lǐng)域，如變頻移相整流變壓器、光伏發(fā)電用變壓器等。按制造工藝可分為非包封空氣絕緣干式變壓器和樹脂絕緣干式變壓器。在全世界，兩者是平行發(fā)展的。在我國，兩者比例相差懸殊，據(jù)統(tǒng)計我國干式變壓器的年需求量為20萬臺左右，非包封空氣絕緣干式變壓器占比4%。一是樹脂澆注技術(shù)較早引入，且引入的廠家多；二是眾多變壓器廠家競爭，產(chǎn)品成本不斷下降，加之絕緣耐熱等級低，材料成本低；三是非包封空氣絕緣干式變壓器技術(shù)在我國引進(jìn)的廠家不多，變壓器整體技術(shù)水平?jīng)]有相應(yīng)提高。

2干式變壓器噪聲的主要來源

2.1變壓器自身聲音

干式變壓器在運(yùn)行過程中，硅鋼片磁致伸縮導(dǎo)致鐵芯出現(xiàn)振動現(xiàn)象。除硅鋼片自身問題之外，硅鋼片接縫部分同疊片容易出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象，可能會引發(fā)鐵芯振動或是繞組振動的現(xiàn)象。如此一來，便會形成噪聲。所以干式變壓器一旦啟動、運(yùn)行，便會形成噪聲。硅鋼片導(dǎo)磁之后，自身尺寸便會產(chǎn)生細(xì)微的變化，沿磁力線方向或方向與之平行的硅鋼片出現(xiàn)尺寸擴(kuò)大的現(xiàn)象，而垂直于磁力線方向的硅鋼片則出現(xiàn)尺寸縮小的現(xiàn)象。當(dāng)磁場消失之后，其尺寸恢復(fù)為初始狀態(tài)。這一變化稱之為磁致伸縮現(xiàn)象。出現(xiàn)磁致伸縮現(xiàn)象之后，磁鐵芯便會伴隨著勵磁頻率轉(zhuǎn)化為振動，因為磁致伸縮的變化周期僅為電源頻率周期的一半，所以，磁致伸縮引發(fā)的電力變壓器自身振動，是將電源頻率的2倍作為基頻率。所以，硅鋼片出現(xiàn)振動的主要原因是因鐵磁材料發(fā)生磁致伸縮現(xiàn)象。由于鐵芯磁致伸縮現(xiàn)象具有非線性的特點，且依鐵芯內(nèi)框與外框的磁通路徑長短存在差異，所以鐵芯噪聲當(dāng)中不僅含有基頻率，同時還包含高次諧波頻譜的噪聲。磁致伸縮現(xiàn)象會隨機(jī)出現(xiàn)在各個硅鋼片中。且由于硅鋼片的伸縮不規(guī)律，對周圍的硅鋼片也會造成影響，磁致伸縮產(chǎn)生的噪音，會增加硅鋼片橫向振幅，從而產(chǎn)生了高頻噪聲，成為影響干式變壓器噪聲的主要因素之一，一定程度上也決定了干式變壓器噪聲的大小。

兩者均容易整體拆解，非常容易回收鐵心、夾件等。不同之處在于繞組。前者繞組導(dǎo)線裸露在外，可輕易拆出并將其導(dǎo)線絕緣剝離，導(dǎo)線絕緣約占導(dǎo)線總重的2%~3%，且芳香聚酰胺絕緣紙為公認(rèn)的環(huán)保材料。后者繞組導(dǎo)線被環(huán)氧樹脂包封，導(dǎo)線很難取出。處理方法主要是擊碎、焚燒。由于絕緣材料占比較大，約占導(dǎo)線總重的25%，且除環(huán)氧樹脂外還含有硅類、玻纖類及其他填加材料，所以在擊碎或焚燒過程中對環(huán)境造成危害。

2.2三相負(fù)載平衡

干式變壓器所處運(yùn)行環(huán)境也是決定其噪聲大小的主要因素之一，變壓器所在電網(wǎng)電壓、用戶負(fù)荷性質(zhì)以及設(shè)備所處環(huán)境等因素均對干式變壓器所形成噪聲的大小產(chǎn)生影響，增加干式變壓器的噪聲。以干式變壓器三相負(fù)載不平衡對噪聲的影響為例，干式變壓器運(yùn)行過程中，有可能產(chǎn)生負(fù)載嚴(yán)重不平衡的現(xiàn)象，導(dǎo)致低壓側(cè)存在數(shù)值較高的零序電流。隨著三項負(fù)載不平衡程度的不斷變化，該電流也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，兩者呈正比例關(guān)系，即當(dāng)不平衡程度增加時，零序電流值也會隨之增加。干式變壓器運(yùn)行過程中，若形成一定零序電流，則設(shè)備鐵芯內(nèi)便會存在數(shù)值零序磁通。零序磁通至基波頻率的正弦波，其存在使得各類型磁通的大小以及相位均發(fā)生變化，導(dǎo)致鐵芯單相或是兩相磁密出現(xiàn)大幅度升高現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)飽和，令變壓器噪聲明顯增加。不僅如此，干式變壓器三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡，還容易導(dǎo)致鋼構(gòu)件局部溫度大幅度提高，令繞組絕緣由于溫度過高而使老化速度提升，縮減了干式變壓器的使用壽命。

2.3其他原因

噪聲的來源還有其他很多原因，例如:箱式干式變外殼由于振動導(dǎo)致的噪聲等等，這里就不過多敘述了。

3降低噪聲的改善方式

3.1使用單取向高導(dǎo)磁硅鋼片

建議使用單取向高導(dǎo)磁硅鋼片作為干式變壓器鐵芯材料，例如，日本JFE鋼鐵生產(chǎn)的JNEX系列超級鐵芯。高導(dǎo)磁硅鋼片使得結(jié)晶方位的完整度大幅提高，絕緣層性能也得到良好改善，強(qiáng)化了涂層的抗張力性能，以免硅鋼片尺寸因磁致伸縮的影響而發(fā)生大幅度的伸縮問題，大幅降低了干式變壓器所形成的噪聲。當(dāng)磁通密度值設(shè)定達(dá)到1.5T時，相比一般硅鋼片而言，高晶粒取向硅鋼片尺寸受磁致伸縮影響所產(chǎn)生的伸縮量降低了40%。故而，當(dāng)單取向高導(dǎo)磁硅鋼片與一般硅鋼片處于用以磁密條件下，單取向高導(dǎo)磁硅鋼片磁致伸縮幅度小，則產(chǎn)生的振動也較小，噪聲等級自然下降，一般可降低2dB（A）~4dB（A）。然而，因為高導(dǎo)磁硅鋼片內(nèi)硅的含量明顯高于一般硅鋼片，所以該類型硅鋼片硬度值較高，在鐵芯剪切過程中，刀具的損耗更為嚴(yán)重。不僅如此，相比一般硅鋼片，單取向高導(dǎo)磁硅鋼片的價格更為昂貴，使得產(chǎn)品成本大幅增加，企業(yè)投資自然也隨之提高。

3.2降低鐵芯額定工作磁密與改變鐵芯夾緊力

降低干式變壓器噪聲的主要方法之一便是降低鐵芯的額定工作磁密。鐵芯所使用的多級接縫鐵芯與兩極接縫空載噪聲相比，所形成的噪聲更小，使噪聲與原先相比降低了4dB（A）~5dB（A）。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因是因為使用四級或是四級以上的接縫之后，接縫部分磁通的分布較為均勻，同時也令氣隙內(nèi)的磁密大幅降低，使得接縫部分因磁吸力所引發(fā)的噪聲降低。不僅如此，縮減接縫的寬度，能夠降低振動的頻率，與此同時也減少了干式變壓器自身勵磁容量以及勵磁電流，空載噪聲也隨之減弱。企業(yè)在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，若額定工作磁密設(shè)定值不低于1.45T時，當(dāng)磁密降低0.1T時，鐵芯噪聲便會隨之降低2dB（A）~3dB（A）。然而，磁密不可無限制降低，伴隨著磁密的降低，產(chǎn)品生產(chǎn)成本也會隨之增加，鐵芯體積也不得不增加。而且，當(dāng)鐵芯額定工作磁密取值過低，便無法令高質(zhì)量硅鋼片損耗量低的優(yōu)點得到發(fā)揮。故而，磁密的降低不得少于標(biāo)準(zhǔn)磁密的10%。如圖2所示，噪聲的增加與鐵芯尺寸與磁通密度的變化成正比例關(guān)系。當(dāng)鐵芯直徑值為200mm時，噪聲等級為60LP/dB，當(dāng)鐵芯直徑值為300mm時，噪聲等級為70LP/dB。所以，隨著鐵芯直徑的增加，噪聲等級也隨之提高。當(dāng)磁通密度為1.2B/T時，鐵芯噪聲的標(biāo)幺值顯示為0.7，當(dāng)磁通密度為1.4B/T時，鐵芯噪聲的標(biāo)幺值顯示為0.9。若變壓器噪聲形成波浪狀，便有可能是由鐵芯自身共振所引發(fā)的。技術(shù)人員可適當(dāng)調(diào)整鐵芯夾緊力。換言之，便是調(diào)節(jié)變壓器之上螺栓的力矩。不僅包含夾件兩端螺栓的松緊度，同時還需要對穿心螺栓以及墊塊壓釘螺栓等松緊度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此達(dá)到降低噪聲的目的。

3.3其他改善方式

企業(yè)還可通過如下方式達(dá)到降低干式變壓器噪聲的目的：第一，安裝時、采取彈性材料，如減振墊，增加隔音、吸引材料。以減振墊為例，工作人員可以在安裝過程中，在鐵心墊腳同箱底之間墊3mm減振橡膠，如此一來，其能夠承受2.7MPa至3.0MPa的壓力，從而降低變壓器噪聲。第二，提高硅鋼片的疊裝質(zhì)量，減少硅鋼片的加工毛刺。工作人員可與剪切斷面涂抹樹脂類涂層，以便消除邊緣部分所形成的一部分應(yīng)力，以降低內(nèi)應(yīng)力引發(fā)磁致伸縮提高，涂層厚度應(yīng)處于50μm~100μm。第三，控制鐵芯的固有頻率，避免與磁致伸縮的振動頻率接近，以免產(chǎn)生共振。設(shè)計人員在設(shè)計過程中則需令固有頻率避讓磁致伸縮所引發(fā)的基頻以及2次~4次高次諧波頻帶，以免鐵芯出現(xiàn)共振。

4結(jié)束語

干式變壓器是目前應(yīng)用較為廣泛的變壓器類型之一，確實有助于企業(yè)的生產(chǎn)與工作。然而，其形成的噪聲也是必須解決的問題之一。不然會對周圍居民生活與企業(yè)日常生產(chǎn)造成不同程度的不利影響。然而，企業(yè)需要注意，降低磁密以及使用優(yōu)質(zhì)高導(dǎo)磁硅鋼片的方式，雖然能夠有效降低噪聲，但也大幅增加了產(chǎn)品的制造成本。因此，噪聲的控制工作需要綜合考慮，選取最為經(jīng)濟(jì)有效的手段解決問題，降低設(shè)備形成的噪聲。