大型電力變壓器振動和噪聲控制方法研究

2017-04-12 10:35:26 大云網　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　為了提高城市供電的可靠性和改善供電質量，減少電力傳輸的損耗，城網用大型降壓變電站要建在市區。為了保證居民不受噪聲干擾，供電部門將對變壓器的噪聲性能提出較高的要求?！　”疚脑诜治鲎儔浩?

核心提示：　　為了提高城市供電的可靠性和改善供電質量，減少電力傳輸的損耗，城網用大型降壓變電站要建在市區。為了保證居民不受噪聲干擾，供電部門將對變壓器的噪聲性能提出較高的要求?！　”疚脑诜治鲎儔浩髡駝雍驮肼暜a生

　　為了提高城市供電的可靠性和改善供電質量，減少電力傳輸的損耗，城網用大型降壓變電站要建在市區。為了保證居民不受噪聲干擾，供電部門將對變壓器的噪聲性能提出較高的要求。

　　本文在分析變壓器振動和噪聲產生的機理、傳播途徑和各種影響因素的基礎上，結合變壓器具體制造工藝，同時把經濟效益也作為一項主要指標給予充分考慮后，提出了將變壓器油箱作為實現變壓器減振降噪目的的研究對象，通過改變變壓器油箱的動力特性，和在箱壁表面附加阻尼鋼板的辦法，使油箱的固有頻率國內外的研宄結果表明，變壓器振動的根源在于：所謂磁致伸縮就是鐵心勵磁時，沿磁力線方向硅鋼片的尺寸要增加，而垂直于磁力線方向硅鋼片的尺寸要縮小，這種尺寸的變化稱為磁致伸縮。磁致伸縮使得鐵心隨著勵磁頻率的變化而周期性地振動。

　　磁而產生的電磁吸引九從而引起鐵心的振動。

　　理。

　　值得提及的是，當鐵心的固有頻率與磁致伸縮振動的頻率相接近時，或者當油箱及其附件的固有頻率與來自鐵心的振動頻率相接近時，鐵心或油箱將會產生諧振，使本體噪聲驟增。

　　由于磁致伸縮的變化周期恰恰是電源頻率的半個周期，所以磁致伸縮引起的變壓器本體的振動噪聲，是以兩倍的電源頻率為其基頻的。

　　由于磁致伸縮的非線性、多級鐵心中心柱和鐵軛相應級的截面不同，以及沿鐵心內框和外框的磁路徑長短不同等等，均使得磁通明顯地偏離了正弦波，即有高次諧波的分量存在，這樣就使得鐵心的振動頻譜中除了有基頻振動以外，還包含有其頻率為基頻整數倍的高頻附加振動。所以，變壓器鐵心振動的噪聲頻譜中除了基頻噪聲之外，還包含有其頻率為基頻整數倍三相變壓器鐵心和繞組布置圖的高<頻噪聲高磁導率、低損耗的冷乳硅鋼片。

　　鐵心由兩部分所組成（）。其中Z為鐵心柱；e為鐵軛，它使兩柱之間的磁路閉合。鐵心疊裝好后，用夾鐵和綁帶夾緊堅固。

　　繞組用高導電性能的銅導線繞制而成，在導線外面包纏有高強度的絕緣紙帶。繞組套裝在鐵心上。為了絕緣方便，低壓繞組緊靠著鐵心，高壓繞組則套裝在低壓繞組的外面。三相變壓器中同一相的高、低壓繞組套裝在同一鐵心柱上。

　　高低壓繞組套裝在鐵心上之后，鐵心與繞組總稱為器身。器身將被放置在油箱中。大型電力變壓器的油箱分為上節和下節油箱兩部分，器身放置在下節油箱中，鐵心墊腳與箱底之間進行剛性聯結。上節油箱上布置有變壓器的各種組件。上下節油箱裝配、密封好后，在油箱中注滿變壓器油。變壓器油主要起絕緣和散熱的作用。

　　1.2變壓器振動和噪聲的機理11（）當繞組中有負載電流通過時，負載電流產生的漏磁引起繞組、油箱壁（包括磁屏蔽等）的振動。

　　近年來，由于鐵心疊積方式的改進（如采用階梯接縫等），再加上心柱和鐵軛都用環氧玻璃絲粘帶綁扎，因此硅鋼片接縫處和疊片之間的電磁吸引力所引起的鐵心振動，比硅鋼片磁致伸縮的鐵心振動要小得多。

　　變壓器的額定工作磁密通常取1. 5~1.8T（特斯拉）。國內外的研宄和試驗均證明，在這樣的磁密范圍內，負載電流產生的漏磁引起的繞組、油箱壁（包括磁屏蔽等）的振動，與硅鋼片的磁致伸縮的鐵心振動相比要小得多，也可以忽略。

　　這就是說變壓器的振動主要取決于鐵心的振動，而鐵心的振動可以看作完全由硅鋼片的磁致伸縮所致。

　　鐵心的磁致伸縮振動通過鐵心墊腳和絕緣油這兩條路徑傳遞給油箱壁，使箱壁（包括磁屏蔽等）振動而產生本體噪聲，并以聲波的形式均勻地向四周發射，這就是變壓器本體噪聲的機1.3變壓器振動和噪聲的傳播途徑變壓器本體噪聲取決于鐵心的磁致伸縮振動。鐵心的磁致伸縮振動是通過兩條路徑傳遞給油箱的，一條是固體傳遞途徑一鐵心的振動通過其墊腳傳至油箱；另一條是液體傳遞途徑一鐵心的振動通過絕緣油傳至油箱。這兩條途徑傳遞的振動能量，使箱壁（包括磁屏蔽等）振動而產生本體噪聲。通過空氣，本體噪聲以聲波的形式均勻地向四周發射。

　　研宄結果表明，固體路徑和液體路徑所傳遞的振動，其能量幾乎是相等的。因此，即使將其中任何一條途徑傳遞的振動完全吸收或衰減掉，變壓器的本體噪聲也只能降低大約3dB（A）。

　　從以上分析可以看出，當變壓器的結構、選用材料和生產裝配工藝受各種技術和經濟條件限制無法改變時，可以選擇變壓器油箱為研宄對象，通過避免油箱發生諧振的辦法，來抑制變壓器油箱的振動，以減少其振動的福射噪聲。

　　2模型變壓器設計2.1模型變壓器對真實變壓器的簡化本文。鐵心硅鋼片型號為3ANSYS模型結構動力特性分析3.1建模動力特性分析采用的單元是殼體平面三角形單元，在加強筋、板密集的區域單元劃表1六種油箱結構的固有頻率與鐵心激振頻率序號固有頻率（Hz）鐵心激振頻率（Hz）一二三四五六第一階194 0140432415.86308.26351.08353.70405注：一一模型油箱結構；二一筋厚為設計厚度1. 5倍的油箱結構；三一筋厚為設計厚度2倍的油箱結構；四一加阻尼鋼板的模型油箱結構；五一加阻尼鋼板、筋厚為設計厚度1. 5倍的油箱結構；六一加阻尼鋼板、筋厚為設計厚度2倍的油箱結構。

　　尼鋼板的方法，被選擇為控制變壓器振動和噪聲的措施。

　　分密，油箱箱蓋劃分稀' 3.2說明現代大型電力變壓器一般都采用鐘罩式油箱，油箱分為上節油箱和下節油箱，變壓器器身安裝在下節油箱里，上、下節油箱之間用螺栓聯結，接縫用耐油橡膠進行密封。變壓器在現場安裝時，下節油箱放在電站地基上，并用地腳螺栓與地基緊固聯結。鐵心的振動通過鐵心與下節油箱之間的墊腳傳給下節油箱，再通過上、下節油箱之間的剛性聯結傳給上節油箱。變壓器的噪聲主要是上節油箱箱壁的輻射噪聲。所以幾何實體模型的原型采用模型變壓器的上節油箱，邊界條件處理為緊固端。

　　模型油箱有限元模型見，采用SHELL93殼單元。

　　3.3計算結果采用在ANSYS軟件對模型油箱結構進行了計算考慮到模型截斷對計算精度的影響，所截取的模態數，為被分析模態數的兩倍。

　　計算得到的模型變壓器油箱的前五階固有頻率對應表1中序號一。

　　當筋厚為設計厚度1.5倍的模型油箱的固有頻率對應表1中序號二。

　　筋厚為設計厚度2倍的模型油箱的固有頻率對應表1中序號三。比較二和三，可以看出，筋厚的變化對各階頻率的影響程度是不一樣的。與筋厚為0.003m時的計算相比，筋厚加至IJ0.004m時，第一階固有頻率加了第三階固有頻率加了11.5Hz.這說明單純加筋厚對油箱第一階固有頻率的影響不大。

　　另外，在工程實際中，大型電力變壓器的主加強筋設計厚度為10mm，筋厚加倍數超過2倍以上，會使加強筋的折彎成型產生困難，因此，這一方法的使用也是有局限性的。

　　加阻尼鋼板的模型油箱的固有頻率分別列于表中序號四一六。

　　3.4討論通過比較可以得出以下兩點結論：單獨改變主加強筋的厚度，可以使各階固有頻率加，而焊裝阻尼鋼板可以使各階固有頻率減小。兩種措施綜合使用，會使油箱第一階頻率加，其它各階頻率減小。

　　要避免振系發生共振，應使系統固有頻率高于或低于干擾頻的10%~20%.依據這一原則對六種油箱結構的固有頻率進行分析，可以發現，任何一種油箱結構都無法使其每一階固有頻率遠離鐵心激振頻率，也就是說，油箱在某一階頻率上發生共振是完全可能的，必須利用阻尼使共振的振幅得到衰減。

　　根據上述結論，在油箱主加強筋上焊裝阻4模型變壓器動力特性實驗研究實驗方法和實驗裝置簡介模型變壓器采用地面支承的支承方法，這與變壓器的實際安裝方式是一致的。測試系統固有頻率時使用錘擊法。聲級計選用BK公司2230型精密積分聲級計。

　　4.2實驗結果模型油箱的振動頻譜圖上可以找到與計算結果相吻合的頻率，同時也存在大量的其它頻率成分。

　　由噪聲譜可以發現除了聲譜和振動譜完全相關外，聲譜中還存在工頻和其倍頻分量，這說明鐵心振動而產生的噪聲通過油箱中的空氣傳遞到箱壁后輻射出來，變壓器的總體噪聲中包括了這部分噪聲分量。在距離地面90cm，距離箱壁70cm處測試變壓器噪聲（A聲級）為48.9分貝。

　　焊裝阻尼板后油箱的振動自譜圖上的頻率值列于表2并與ANSYS分析計算結果進行比較由表2可見，第一，三，四，五，六，七，八，九，十，十一階固有頻率計算結果與實驗結果基本上是吻合的，這說明計算時建立的ANSYS模型是有實用價值的。

　　由受迫振動噪聲譜圖可知，譜中的主要頻率分量是100Hz及其倍頻，這說明此時的噪聲主體是鐵心振動的輻射噪聲，箱體振動激發出的噪聲己經不占主要地位了。在同一測點測得其噪聲值為46.7分貝，噪聲值的減小也證明油箱箱壁振動的輻射噪聲確實降低了。

　　表2模型油箱固有頻率（HZ）序號計算值實測值第1階第2階第3階第4階第5階第6階第7階第8階第9階第10階第11階上述結果說明在油箱主加強筋上焊裝阻尼鋼板的方法是控制變壓器振動和噪聲的有效措施。與單純加筋厚的方法相比，這種方法更為可靠，能更好地適用于各種不同的變壓器油箱結構，具有很好的工程應用前景。