變壓器噪聲的研究方法

變壓器噪聲的研究方法

0變壓器噪聲研究隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，市政能源年產(chǎn)量逐年增加，供電設(shè)備的電壓等級不斷提高。高壓裝置逐漸引入城市，許多大型能源裝置的安裝場地逐漸進(jìn)入城市。變壓器連續(xù)運(yùn)行所發(fā)出的噪聲對人們的正常生活和工作將造成影響,夜間的影響尤為嚴(yán)重。變壓器的噪聲不但污染環(huán)境,危害人類健康,影響設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命,而且還影響到變電站的占地面積。變壓器的噪聲與其電氣性能和機(jī)械性能一樣,都是變壓器極為重要的技術(shù)參數(shù)。各變壓器制造廠商也一直對變壓器的噪聲問題進(jìn)行深入的研究,并提出各種降噪措施以有效地降低變壓器的噪聲給人們工作和生活帶來的影響。國外一些大型電力變壓器制造公司如西屋公司和通用電氣公司以及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)早在20世紀(jì)20年代就開始對變壓器噪聲問題進(jìn)行了研究,涉及變壓器噪聲和振動機(jī)理、聲學(xué)特性、降噪措施等諸多方面的研究,也包括各國相繼制定的一些技術(shù)和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。自20世紀(jì)70年代以來,國外各主要變壓器制造國均投入了大量人力物力對變壓器噪聲開展了更加廣泛和深人的研究。研究規(guī)模不斷擴(kuò)大,研究對象往往涉及幾十臺不同規(guī)格的變壓器。相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的新技術(shù)也被引人到研究方法中,如利用聲強(qiáng)法、聲壓法進(jìn)行變壓器聲級測定和遠(yuǎn)場輻射噪聲分析(如丹麥Brüel&Kj覸r公司的環(huán)境噪聲分析儀可方便地對變壓器噪聲進(jìn)行時、頻域?qū)崟r測量和預(yù)估),并逐步從試驗研究轉(zhuǎn)向構(gòu)筑理論分析的數(shù)學(xué)模型(如建立變壓器聲源數(shù)學(xué)模型),對新建變電站進(jìn)行變壓器輻射噪聲預(yù)估。同時還出現(xiàn)了一批模擬計算軟件,如Flystryd、SoundPLAN、Sysnoise等進(jìn)行變壓器噪聲場的分析計算。國內(nèi)對變壓器噪聲的研究開始于20世紀(jì)80年代,主要研究單位包括大型變壓器制造公司如西安變壓器廠、上海變壓器廠、新疆特變等,各地方供電部門及武漢高壓研究院等科研機(jī)構(gòu)。國內(nèi)研究涉及變壓器噪聲產(chǎn)生的機(jī)理、測量方法、抑制措施、優(yōu)化設(shè)計方法等,并制定了變壓器噪聲標(biāo)準(zhǔn)(JB/T10088-1999)。目前國內(nèi)研究主要集中在變壓器噪聲特性的理論、試驗研究及抑制措施方面,取得了一定的效果。1鐵心振動以及硅鋼片接縫處和疊片之間的磁場變壓器的噪聲聲源分為本體噪聲和冷卻系統(tǒng)噪聲。本體噪聲主要來源于硅鋼片的磁致伸縮引起的鐵心振動以及硅鋼片接縫處和疊片之間存在因漏磁而產(chǎn)生的電磁吸引力。冷卻裝置的嗓聲主要來源于冷卻風(fēng)扇和變壓器油泵在運(yùn)行時產(chǎn)生的振動以及本體的振動會通過變壓器油、管接頭等零件傳遞給冷卻裝置,使冷卻裝置的振動加劇,輻射噪聲加大。2關(guān)于壓延噪聲的研究方法2.1老變電站改造與老變電站改造的重要參數(shù)變壓器遠(yuǎn)場輻射噪聲水平是進(jìn)行新變電站設(shè)計和老變電站改造的重要參數(shù),該值受到了各國的普遍重視。變壓器遠(yuǎn)場輻射噪聲研究的途徑可以分為實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和建立計算模型兩種。2.1.1變壓器噪聲水平的測量美國BBN公司于1976~1980年對下屬變電站中的40臺正在運(yùn)行的20~50MV·A變壓器的噪聲水平進(jìn)行了測量,取得了如下較有價值的研究主要成果:(1)各種規(guī)格變壓器的鐵心噪聲水平可以單純地與變壓器全冷卻容量成函數(shù)關(guān)系,而高壓側(cè)電壓或變壓器油箱容積不是決定變壓器噪聲水平的獨立參數(shù);(2)標(biāo)稱額定值相同的三相變壓器和三相組合式變壓器的鐵心噪聲水平差別不明顯;(3)提出了變壓器遠(yuǎn)場輻射噪聲水平的預(yù)測方法。2.1.2變壓器聲場模擬對大量實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析的方法很耗費人力和物力,一些研究人員希望通過建立變壓器噪聲聲源計算模型來計算其遠(yuǎn)場輻射噪聲。準(zhǔn)確地用一種數(shù)學(xué)模型來描述變壓器復(fù)雜的噪聲特性并非易事,但仍是在理論層次上對變壓器噪聲機(jī)理進(jìn)行研究的有效方法。文首次建立了變壓器的聲學(xué)計算模型,在計算變電站周圍噪聲水平時,將變壓器簡化為一個理想的點聲源,從這個點聲源發(fā)出的聲波(只考慮純音120Hz)以球面波的形式在空間傳播,這樣可以簡化整個計算過程,而且球面波在兩種媒質(zhì)分界面上的反射、折射系數(shù)的算法都有成熟的理論和計算軟件,所以很容易把這種計算方法程序化。當(dāng)變壓器外形尺寸與測量點到變壓器的距離相比很小時,可以將變壓器簡化為一個點聲源?？紤]地面變電站內(nèi)其它變壓器、變電站圍墻及其它建筑對變壓器聲輻射的影響時,仍使用點聲源模型來計算變電站周圍的噪聲水平就不夠科學(xué)了。以后提出的各種模型都是在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步完善。文將變壓器油箱理想化為一個6個面的長方體,并忽略變壓器箱頂和箱底振動輻射噪聲,認(rèn)為噪聲全部來自于4個箱壁的振動?；贖elmhohz積分公式,設(shè)想通過變壓器4個箱壁的表面法向振動加速度來計算變壓器聲場聲壓,這是一種將理論計算和現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法。在運(yùn)用上述公式進(jìn)行計算前,須先從變壓器箱壁上獲取表面法向加速度數(shù)據(jù)。這種方法所采用的計算模型比文中的點聲源模型更接近于變壓器的實際狀況,但還不能準(zhǔn)確地計算變壓器的聲場。到目前為止,尚未有一種變壓器輻射噪聲計算數(shù)學(xué)模型得到各國廣泛的認(rèn)可,但這種研究方法代表了變壓器噪聲研究的方向,投入到其中研究的聲學(xué)工作者也越來越多,期待在這方面取得新的進(jìn)展。2.2聲強(qiáng)測量技術(shù)的應(yīng)用在聲學(xué)測量中,傳統(tǒng)的方法是測量聲壓,但這種方法易受環(huán)境的影響,必須進(jìn)行修正,甚至需要在特定聲學(xué)環(huán)境(如消聲室)中進(jìn)行。聲強(qiáng)法則不同,運(yùn)用高斯定理,從聲源發(fā)出遇到障礙物后又返回到高斯面內(nèi)的聲音是不計入面積分結(jié)果的,可以有效地避免周圍環(huán)境對噪聲測量的影響。但是聲強(qiáng)難以直接測定,所以從20世紀(jì)30年代奧爾森奠定聲強(qiáng)測量的理論基礎(chǔ)到70年代初的40多年間,聲強(qiáng)測量技術(shù)并未得到廣泛應(yīng)用。70年代中后期,隨著隨機(jī)信號分析理論逐步深化,在FFT譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)上,聲強(qiáng)及其頻譜分析在理論和實踐方面都得到了極大的發(fā)展,使聲強(qiáng)測量方法日趨成熟。影響聲強(qiáng)測量精度的因素來源于用有限值Δr代替Δ?產(chǎn)生的誤差以及傳聲器與測量通道的相移產(chǎn)生的誤差,Δr的選取對減小被測聲強(qiáng)和真實聲強(qiáng)之間的誤差及控制測量設(shè)備的低限頻率非常重要。文利用聲強(qiáng)法對ComerfordHVDCConversionStation中的各種大型電力設(shè)備的輻射噪聲進(jìn)行了測量,認(rèn)為在測量時只有聲強(qiáng)測量技術(shù)才能有效避免電站中各種設(shè)備之間的噪聲干擾。文利用聲壓法和聲強(qiáng)法對電力變壓器的噪聲進(jìn)行了測量,發(fā)現(xiàn)用聲強(qiáng)法的測量結(jié)果比聲壓法更加接近真實情況,但是環(huán)境噪聲越高、聲波反射越強(qiáng)時,不管聲強(qiáng)法還是聲壓法,測得的結(jié)果都不準(zhǔn)確。文介紹了利用聲強(qiáng)測量技術(shù)在變電站、制造廠和消聲室3種不同條件下對變壓器噪聲進(jìn)行測量的情況,其中文指出,對于測量1000Hz以下噪聲,兩個傳聲器的中心距Δr不能超過75mm;測量通道相位差不能大于0.3°。3對壓源噪聲的控制變壓器的噪聲控制方法可以分為從噪聲源上降低噪聲及增大噪聲在傳播過程中的衰減兩大類。3.1鐵心裝復(fù)神經(jīng)低噪聲變壓器的設(shè)計注意事項降低變壓器噪聲的措施有:(1)降低鐵心磁密,在1.5~1.7T范圍內(nèi),磁密每降低0.1T,噪聲可降低1~3dB(A);(2)采用磁致伸縮小的高導(dǎo)磁材料,選用高取向?qū)Т殴桎撈菧p少磁致伸縮最有效的方法,在相同磁密下,磁致伸縮的大小還跟心柱與鐵軛的接縫結(jié)構(gòu)有關(guān),鐵心采用多級接縫比兩級接縫空載噪聲小;(3)防止和減少硅鋼片在加工、生產(chǎn)過程中受到的機(jī)械撞擊;(4)變壓器噪聲與硅鋼片疊裝質(zhì)量密切相關(guān),在鐵心夾緊方面,應(yīng)避免鐵心接縫處存在尖角撓曲現(xiàn)象,并使得鐵軛夾緊力均勻,在鐵心疊片完成后,分別在鐵心下部和上部接縫處涂環(huán)氧膠或聚酯膠;(5)為了防止鐵心共振,在設(shè)計低噪聲變壓器時,還要考慮鐵心的自振頻率,合理調(diào)整窗口尺寸,避開鐵心的自振頻帶;(6)設(shè)計時合理分布繞組的安匝,將漏磁面積減小到最小程度,使繞組軸向力達(dá)到最小,從而減少鐵心夾件受到的沖擊力,鐵心拉板采用低磁鋼板,減少拉板和鐵心夾件之間的電磁吸力,減輕相互之間碰撞的作用力,這樣可以降低金屬撞擊噪聲的強(qiáng)度;(7)由于油箱磁屏蔽的磁致伸縮可引起噪聲,所以油箱內(nèi)盡量不使用磁屏蔽,可根據(jù)漏磁量的大小,適當(dāng)增大油箱的大小,避免磁屏蔽的磁致伸縮而引起噪聲異常;(8)變壓器噪聲的冷卻系統(tǒng)噪聲一般高于本體噪聲,合理控制冷卻系統(tǒng)的噪聲,能有效地降低變壓器的噪聲,在設(shè)計低噪聲變壓器時,盡量采用自冷式,為了滿足大容量變壓器散熱而采用冷卻器時,盡量選用低噪聲的潛油泵和低轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)扇的冷卻器,也可根據(jù)負(fù)荷采用雙速風(fēng)扇,當(dāng)負(fù)荷較小時開動低速風(fēng)扇,噪聲可相應(yīng)的降低,當(dāng)負(fù)荷較大時開動高速風(fēng)扇,能使自冷變壓器容量提高。采用上述降低變壓器噪聲措施后,大型變壓器噪聲可降低10~20dB(A),對于一般噪聲要求的大型變壓器是可以的,對于安裝在居民區(qū)附近的大型變壓器,變壓器噪聲需要降低20~40dB(A),以上措施就無法滿足要求了,所以還要采取消聲措施。3.2降低噪聲源噪聲的產(chǎn)生不可避免,通過控制變壓器噪聲源降低噪聲是有限的。所以,還要從噪聲的傳播途徑考慮,使噪聲在傳播過程中得到衰減,以達(dá)到消聲的目的。3.2.1噪聲降低措施(1)加緩沖裝置。在鐵心墊腳處和磁屏蔽與箱壁之間放置防振膠墊,使鐵心和磁屏蔽振動傳到油箱時,由鋼性連接變?yōu)閺椥赃B接,減少振動,防止共振。在鐵心和油箱定位處的螺桿與受力部件之間加入絕緣層壓木,防止鋼性接觸而發(fā)出金屬撞擊產(chǎn)生的噪聲。(2)加隔音層降低噪聲。根據(jù)油箱結(jié)構(gòu)可將隔音板做成若干層,鋼板內(nèi)放吸音材料。采取完全消聲油箱的辦法,能夠大幅度降低變壓器噪聲。(3)采用消聲法降低噪聲。在變壓器1m以內(nèi)放置若干個噪聲發(fā)聲器,使它們發(fā)出的噪聲與變壓器發(fā)出的噪聲振幅相等,相位相反,使變壓器噪聲受到破壞性干擾。3.2.2變壓器的外部消聲技術(shù)由于市區(qū)內(nèi)變電站與周圍建筑間距離較近,且變壓器發(fā)出的低頻噪聲隨距離的增加衰減得較慢,使周圍建筑的環(huán)境噪聲水平很難達(dá)到45~50dB(A)的限值,所以對變壓器的外部采取消聲措施也是必不可少的。從變電站方面出發(fā),可以采取以下消聲方法:(1)設(shè)置隔音室,把變壓器放在完全密封的房子里,可以有效降低噪聲30~40dB(A),在室內(nèi)布置變壓器時,應(yīng)考慮噪聲在墻面反射時可能導(dǎo)致噪聲的增加,可以采用礦渣棉或類似的材料對墻面進(jìn)行涂覆處理,增加吸聲系數(shù),使噪聲明顯降低;(2)在變壓器