树脂绝缘干式变压器的噪声分析和降低方法

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1、树脂绝缘干式变压器的噪声分析和降低方法第36卷第8期1999年8月变压鑫豫AsFoR酗ERVOl36N0.8Audusf】999树脂绝缘干式变压器的噪声分析和降低方法16(厂黠禺番鲫,rHLi二摘要:分析了材脂绝缘干式变压嚣的噪声严生厚习,通过对其设计,结构,材料使,制造工艺曲分析.提出了一些降低噪声的措施关键词:干式变压嚣噪声铁磁迫密度NoiseAnalysisandReductionMethodforDryTypeTransformerWangLuyangGuangdongPanyuElectricMachineFactory,Panyu511400Abstract:Thereasonof

2、generatingthenoiseinresininsulationdrytypetransformerisanalysed.ThroughtheanalysisODitsdesign,structure,materialusageandmanufacturingprocess.thenoisereductionmeasuresarepointedolrt.KeyWords:Drytypetranrmr,.Noise,Core,Fluxdensity1前言树脂绝缘干式电力变压器具有运行安全可靠,无污染,免维护,可直接探人负荷中心等优点.近几年,随着社会的发展及城市供电负荷的增长,其已成为我国

3、变压器行业的热点产品,被越来越多地使用在高层建筑,居民集中的住宅小区,宾馆及商业中心等场所内.正因为如此,如其运行时产生的噪声过大,会对人们的工作,学习,休息产生干扰和影响.造成噪声污染.因此.树脂绝缘干式电力变压器的噪声水平愈来愈受到用户的关注,其已成为许多用户在选用时必须考虑的一个重要指标这就对生产厂家提出了一个较高的要求.本文就树脂绝缘干式电力变压器噪声产生的原因,噪声与各种因素的关系,以及在使树脂绝缘干式电力变压器有较好的性能参数和经济指标的基础上,如何尽可能降低其噪声,结合自行开发的低噪声系列树脂绝缘千式电力变压器,对这些问题作一些介绍,以供大家参考探讨.2树脂绝缘千式电力变压器的噪

4、声机理从物理学角度来讲,振动是噪声的来源,振动的频率影响人体对噪声的感受.树脂绝缘干式电力变压器的躁声是由于铁心,绕组,结构件及风冷装置的振动而产生的.铁心,绕组,结构件统称为变压器本体,所以又可以说,变压器的噪声是由于变压器本体的振动及其风冷装置的振动而产生的.2.1树脂绝缘干式电力变压器本体振动的根源本体振动来源于硅锕片的磁致伸缩.所谓壹压器第36卷磁致伸缩是指铁心励磁时,沿磁力线方向的硅钢片的尺寸要增加,而垂直磁力线方向的硅钢片尺寸要缩小,它是由于励磁时硅钢片晶粒转动造成的.这种磁致伸缩振动,使得铁心随着励磁额率的变化而发生周期性的振动.硅钢片接缝处和叠片之间存在的困漏磁而产生的电磁力也

5、引起铁心的振动.负载电流产生的漏磁也引起绕组和结构件的振动.但是,近几年来,随着铁心的叠积方式及心柱和铁轭的绑扎,夹紧方式的不断改进.硅钢片接缝处和叠片间的电磁力引起的铁心振动,比硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动要小很多.同时,对用作配电变压器的树脂绝缘干式电力变压器而言,绕组在带负载时,困负载电流产生的漏磁引起的器身振动通常也是不太的.这就是说,变压器的本体振动可以认为是主要由铁心硅钢片的磁致伸缩振动造成,并传递到绕组,结构件等引起振动.这些振动通过空气以声波形式均匀地向四周发射,产生一种连续性噪声,这也可说是树脂绝缘干式电力变压器噪声产生的根源.此外,当铁心的固有自振频率与硅钢片磁致伸缩振动频

6、率相接近时,铁心将会产生共振.使本体噪声骤增.树脂浇注的绕组也具有自己的自振频率,其可能被铁心发出的声频励磁而共振.但由于树脂绝缘干式电力变压器目前采用的圆筒式绕组浇注体的自振频率取决于树脂材料的弹性模数平方根,当变压器绕组运行温度从2O到130,现采用的树脂材料弹性模数变化100时,自振频率变化仅为10Hz,所以绕组是不会发生共振的.变压器本体噪声的大小还与铁心硅钢片的材质,额定容量,铁心结构形式,制造工艺等诸因素有关.再有,变压器本体装有冷却风机时,风机工作也会产生振动噪声,其与变压器本体噪声相叠加,向四周发射.2.2树脂绝缘干式电力变压器的本体振动频室摄简单的声波是纯音,其是有一定频率,

7、振幅和波长的正弦波.变压器发出的噪声是很多不协调的,不同频率的,不同强度的纯音组合困为变压器铁心磁致伸缩振动的变化周期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基频的.由于硅钢片磁致伸缩的非线性,使得磁通明显偏离正弦波,即有高次谐波的磁通分量存在.也就是说,变压器铁心振动的噪声频谱中除基额噪声之外,还包含有其频率的基频整数倍的高频噪声.值得提及的一个问题是:树脂绝缘干式电力变压器运行时的噪声往往可能高于出厂时的测量值.这有几个方面的原困:首先,运行现场的环境影响,如变压器安装在建筑物内,由于墙壁,地面没吸声材料,经多次反射,其噪声会升高;其次,铁心温升较高

8、,其固有频率和机械应力产生变化,也会使噪声随温度的升高而增大;再有,当负载电流中叠加有直流和谐波分量时,也会使噪声升高.这些因素,造成了运行时噪声水平的升高.3降低噪声的主要途径树脂绝缘干式变压器的噪声主要由变压器本体噪声引起,本体噪声又主要取决于铁心的振动,而铁心的振动可以看作是完全由硅钢片的磁致伸缩造成的所以要降低变压器的噪声,首先要采取有效措施来降低噪声源的噪声.可以通过以下几种主要方法来实现.3.1减小噪声源铁心的振动要减小铁心的振动,必须减少铁心硅钢片的磁致伸缩率.现以e表示磁致伸缩率,它等于励磁时铁心片长的增量与片长之比.它与许多因素有关,但主要由铁心中的磁通密度和硅钢片本身材质决

9、定3.1.1降低铁中的工作磁通密度从理论上讲,铁心硅钢片的磁致伸缩率e与铁心中的工作磁通密度有密切关系,磁通密度越大,磁致伸缩率e越大,从而铁心的振动噪声也越大.实验研究表明,降低铁心中的工作磁通密度,是摄为直接,可靠地减少铁心硅钢片第8期王路阳:树晤绝绿干孟变压器的噪声分析和降低方法21的磁致伸缩率e,从而降低铁心振动噪声的办法.图l为常用日本产牌号30Z140冷轧取向硅钢片的磁致伸缩率e与铁心中磁通密度(简称磁密)的关系曲线.当然,不同材质硅钢片是有区别的,此处仅为示意说明两者关系.也可以近似用公式口tOa=E10(1)式中口磁密常数B10一口5IJJ|.|I|,/|/.?.,.一一!?1

10、/2-一国1硅钢片的磁致伸缩率E与铁心中磁通密度美系曲线采用降低磁密去减少硅钢片的磁致伸缩率e,会带来铁心材料或绕组材料的增加,特别是对一些大容量变压器,这是种较昂贵的方法.由于树脂绝缘干式变压器主要属中,小型配电变压器,合理选择或者降低铁心中工作磁密,试验证明是可以较好控制材料成本的.特别是在采用较先进的制造工艺和较好的冷轧取向硅钢片后,铁心体积增加不大,使噪声的辐射表面积增加不多,但却能最有效地降低变压器的噪声.在采用良好的制造工艺的前提下,德国文献中以铁心磁致伸缩为基础而导出噪声声压级理论计算公式:,LP73+201g201gh+21ge10(2)式中,电网频率,Hz铁心柱高,11/1E

11、硅钢片的磁致伸缩率为简化噪声计算,现以30Z140及性能相近的硅钢片为例,有以下简化公式:,LP=L.+lOlg(G南)(3)式中c.铁心重量,tL基准噪声值,与磁密近似,dB(A)变压器磁通密度与噪声关系曲线如图2所示.岛档回簟506O.枭声,dB(A)图2变压器磁通密度与噪声美系图距离=lm实践证明,计算结果与变压器实测噪声比较接近.平均声功率级计算公式可以按下式:Lw=Lp+lOlg(4)0C式中10lg与距离s有关的值Os0基准表面积,S.=1171在实际设计中,适当地降低工作磁密,能使变压器噪声水平降低到用户满意的低噪声水平.以我厂设计开发生产的低噪声系列树脂绝缘干式电力变压器中住宅

12、小区常用的容量500kVA产品为例,我厂原设计产品噪声58dB.低于国家标准ZBK41005-89(62dB),但由于用户要求噪声要与宁静住宅小区最大环境噪声45dB相差不多,尽管我厂通过采用优质硅钢,改进结构及制造工艺,但仍不能使产品达到用户要求.经过研究分析,在考虑硅钢片性能/一/一/一765432銮压器第36卷数据,铁心结构,制造工艺的综台设计前提下,通过降低原有产品工作磁密4%,有效地使其噪声水平从58dB降到46dB,降低了12dB,且实测值与设计值基本接近.当然,要非常经济又有效地降低变压器的噪声,目前是不可能的.对此,有的国家对降低磁密有严格的限制,不允许超过额定工作磁密的l0%

13、.而有的国家却允许对中小型电力变压器的磁密降得更低一些,适当增加一些材料成本,以达到最有敞降低噪声的目的3.1,2选用优质硅钢片一般冷轧硅钢片其硅含量在3%一5%,目的是提高钢片的导磁率和电阻率,减少钢片的损耗.含硅量越高,硅钢片的磁致伸缩越小.当钢片含硅量为6%时,试验表明磁致伸缩几乎不存在,但这种硅钢片由于太脆无法加工,是不能被用于生产的.硅钢片磁致伸缩还决定于励磁时其晶粒转动过程.晶粒取向硅钢片能使97%的晶粒有最佳方向,就能使硅钢片的磁致伸缩率e减小.所以,优质晶粒取向的冷轧硅钢片,其含硅量相对较高,当然,制造也较复杂.但其性能最为优良,不但磁致伸缩率小,有利于减少噪声,同时磁化性能好

14、,降低变压器的空载损耗而且由于其片子波浪性小,平整度好,厚薄均匀,使铁心励磁时励磁特性相同,加之涂层好,能使硅钢片长期处于拉应力状态,能提高钢片的稳定性,有利于磁致伸缩率的减小和噪声的降低.常用的几种优质硅钢片主要有:国产DQI4730,DO13330,日本产30Z140.更好质量的高磁感应取向冷轧硅钢片.也称为HjB硅锕片,国产有OQ133G一30,OQ一122G一30,日本产有30ZH120等等.3.1.3铁制造工艺和结构型式的改进在硅钢片纵,斜剪时,要控制好硅钢片在剪切,冲L时的尖角,毛刺,以保证硅钢片加工后的平整度和清洁度.完善铁心夹紧结构,使铁心心柱用玻璃粘带绑扎固化后不松动,会擒小

15、片阃气隙引起的电磁吸引力造成的振动噪声.同时,铁心表面采用新型的具有防腐,耐热和吸收振动,散热性能好的硅树脂胶进行涂尉,这样既能降低噪声,又可使铁tL,防锈.考虑到铁心转角处磁力线,一般磁力线与硅钢片的压延方向的夹角a在50.一60.时磁致伸缩最小,故铁心仍采用45.全斜接缝.但铁心搭接形式由6/6二级搭接改为6/6多级搭接.这样就与常用的每两层问错开一个搭接缝铁心相比,增大了接缝面积,降低了接缝处局部磁密和磁通片间穿过次数,从而减小了气隙电磁吸引力和局部硅钢片的磁致伸缩,也减小了铁心拐角处的横向磁通造成的硅钢片横向振动,有利于降低铁tk,噪声和铁心损耗.从图3,图4所示二级搭接与三级搭接的铁

16、tL,磁通分布图可以看出,搭接级数越多,铁tL,接缝局部磁密和磁通穿越片问次数下降越多,从而有利于降低铁心噪声.图4三级搭接的铁心磁通分布圈3.1.4设计合理的铁结构形式度铁固有频率在进行变压器设计时,必须注意铁心窗高与心柱直径比值,其越小越好.如图5所示,与铁心的基本尺寸有关的比例系数为:0+d(5)实践经验表明,当K减小时,铁心可降低噪声由于从经济效益上考虑,树脂绝缘干式电力变压器存在几种容量产品绕组共用一套浇注萋第8辐王路阳:树脂绝缘千式变压器的噪声分析和降低方法23图5变压器铁心尺寸示意图模具的情况.这使铁心尺寸受到模具尺寸限制但可尽量将变压器铁心设计成矮粗形,以有利于减小噪声.此外,

17、为防止铁心固有频率与其磁致伸缩振动的基频及二,三,四次等高频的频率一致时产生的共振现象,当变压器额定频率为50Hz时,铁心的固有频率应避开75125Hz,165235I-Iz,275325Hz,3/5425Hz等频率区.铁心固有频率可按下式计算:=216Kc_2W10(6)LI式中工l=日0+h,C/1:,.由上式也可得出,减小窗高巩与心柱尺寸d的比值,也能更好地避免共振现象.3.2抑制铁心振动噪声的传播3.2.1改进铁0装配铁心整体采用夹件夹紧,无磁钢板做拉板拉紧,器身固定在底座小车架上.为尽可能减小铁心振动,在夹件与铁心,小车架与铁心之间用硬度较高,绝缘等级为F级的硅橡胶板作绝缘,以起缓冲

18、减振作用.它相当于在振动噪声的传递过程中嵌入了一个弹性元件,从而降低经由夹件,底座车架发射的振动噪声传递过程中的噪声振幅.这就是振动一力学的去耦作用.3.2.2改进器身绝缘装配由于浇注绕组本身有热胀冷缩,同时必须避免夹紧装置一一夹件的耦合振动,采用硅橡胶起缓冲减振作用,可以有效地振动一力学去耦而阻声,尽可能消除铁心夹紧装置夹件导致的绕组振动.所以在绝缘器身装配中铁心柱与内绕组(低压绕组)之间用硅橡胶棒上,下支撑定位.高,低压绕组之间及与夹件之间用树脂垫块加硅橡胶垫板上,下定位,通过上夹件上的压钉可靠压紧垫块.这样,绕组与铁心柱及夹件之间均用了硅橡胶这种弹性元件,有助于降低变压器本体噪声.3.2

19、.3安装上的有效措施为减少变压器本体振动噪声传播,在安装地基与变压器本体之间加放防振橡胶.33关于冷却风机的问题为尽量降低变压器噪声,变压器设计时尽可能采用自冷式,这样可以除掉风机工作时产生的噪声.当变压器配有风机时,为降低其噪声,尽量选用通风流量好,噪声低的冷却风机同时安装在变压器本体上时,风机与支架之间要加垫橡胶垫,以减少风机工作时的振动噪声与变压器本体之间的相互传递.当噪声指标要求十分严格时,风机上可以考虑装消声器.表1噪声对比表容量Sc8(本厂产品)SC8fSCB8s9油摄式/kVA/dB(A)(国标),dB(A)f国标)川B(A)1005Sl255849160425820.25044

20、583156053605350.630800645710.04965I60066592o.0506659250053(下转第46页)变压嚣第36卷围4被暇附韧的核磁共振图谱酸树脂呢?经分析,油的运行环境中只有绝缘漆可能含有醇酸树脂,而经过固化处理的绝缘漆不会溶解于油中,只有厂家固化不彻底的绝缘漆才会溶解于绝缘油中,从而使绝缘油中含有醇酸树脂.据此.我们认为:该主变缺陷是由本文第3节中所述的第(4)条原因所致,即处理不彻底的含扳性物质醇酸树脂的绝缘漆溶解在绝缘油中,使油中含有极性物质醇酸树脂,引起绝缘油绝缘下降,从而导致主变本体绝缘下降.4结论我局对该主变绝缘油半年内先后两次用988吸附剂吸附处

21、理经吸附处理的主变三年多来本体绝缘一直正常,测试数据见表1和表2.根据我们的分析和处理经验,我们认为,因为有厂家处理不彻底的绝缘漆存在,这些绝缘漆会逐渐溶解到绝缘油中,直至全部溶解为止.这会导致绝缘油的绝缘逐渐下降,从而使主变本体绝缘下降.由于这些绝缘漆数量是个定量,如果在它们全部溶解时将其全部吸附,该类缺陷将不会再反复发生.参考文献1曹玉森,丁广鑫.关德秋.220kV变压器油介损增大原困分析与处理变压器.1995,32(2):34352周杰华.韶关马坝1号主变整体绝缘严重下降及油介损大幅升高的原因分析及处理.广东电力,1995,(2):6164转6.3DI/T596-1996电力设备预防性试

22、验规程4清华大学,西安交通大学.高电压绝缘北京:水利电力出版社,1980.5何志.电力用油北京:水利电力出版社.1986.(收稿日期:19981225)一(上接第23页)4结论通过分析及结台我厂的产品试验,可以看出,降低树脂绝缘干式电力变压器噪声或设计低噪声树脂绝缘干式电力变压器,采用综上所述措施是较为有效的.但要更经济,合理地降低变压器噪声,仍要不断地研究和完善变压器的噪声产生和传播理论,摘清楚各种硅钢片产生磁致伸缩振动噪声的性能数据,以便为更准确地计算出噪声大小,从而从设计理论上采取有效措施抑制噪声,同时也可以促进优质硅钢片等铁心材料的发展.再有从制造工艺上要研究减少由于铁心硅钢片加工质量及叠装方式引起的振动噪声.在结构上要研究各种结构形式及连接,接触,结构件问的消振及减振措施上表列出了我厂采用以上几种主要方法设计的低噪声系列树脂绝缘干式变压器噪声与干式变压器的噪声国家标准及S9低损耗油浸变压器的噪声国家标准相对比数据.参考文献1变压器杂志编辑委员会.变压器技术大全.沈阳辽宁科学技术出版社,1996(收修改稿日期:19990425)