第２８卷２０１０年第２期（总第１４６期） 冶金设备管理与维修 变压器噪声产生原因及降噪措施 孙颖’刘庆军。赵锐。 （１．辽宁铁道职业技术学院２．锦州变压器股份有限公司 ３．锦州铁道勘察设计院有限公司锦州１２１０００） 摘要从变压器噪声产生的机理出发，分析了变压器噪声的形成和传播路径，阐述了低噪声变压器设计 变压器噪声机理传播路径技术措施设计 采取的技术措施和计算方法。 关键词噪声问题一直是受到普遍关注的环保问题之 近年来，由于城区的不断扩大以及城市电网改 造的需要，一些变电站有时要建在靠近居民区或 直接建在居民区内，变压器噪声的问题就显得尤 为突出。变压器的噪声不但污染环境，危害人类 身体健康，影响设备的正常运行，而且与变电站的 占地面积密切相关。变压器的噪声是变压器极为 重要的技术参数。变压器本体噪声的高低，也是 衡量制造厂设计能力和生产水平的重要指标 一之一。 ，现从变压器噪声产生的机理出发。分析变压 器噪声的形成、传播及设计低噪声变压器采取的 技术措施和计算方法。 １变压器噪声产生机理 变压器噪声由铁心、绕组、油箱及冷却装置的 振动而产生，是一种连续噪声。铁心、绕组和油箱 统称为变压器本体，所以说，变压器的噪声是由变 通过１２０目以上的过滤器。 （３）系统中配置粗、细过滤器。经常检查和清 洗过滤器，损坏时及时更换。 （４）定期清洗液压元件并疏通管路，一般先用 煤油清洗，然后再用系统中所用的油液清洗。 （５）定期检查管路和元件之间的接头及密封 装置，及时更换失效的密封装置，管接头及各接合 面的螺栓要拧紧。 （６）加强对操作和点检的培训与管理，使液压 设备的维护保养日常化，并以预防性维护保养为 主，真正做到设备无潜在隐患运行，实现设备寿命 的最大化。 ２．３稳定油温 引起油液发热的原因是多方面的，有些属于 系统设计、制造、使用和维护上的问题。在液压设 备的维护方面，一般应注意以下几个问题： （１）注意保持油箱中的正确油位，使系统有足 够的循环冷却条件，并注意保持设备的清洁，及时 清除粘附在油箱、上的污物，以有利于散热。 （２）在保证设备正常的工作情况下，合理调整 系统中各种压力阀的压力，尽可能取较低的压力， 以减少能量损耗。 （３）正确选择系统中所用油的黏度。黏度过 高，增加油液流动时的能量损耗；黏度过低，泄漏 增多。两者都会使温度升高。 （４）保持油液干净，及时更换旧液，防止油液 污染变质。当油液变质时，也会使油泵容积效率 降低，并破坏相对运动表面间的油膜，增加摩擦损 失，引起油液发热。 （５）在液压系统中合理采用冷却装置。 ２．４防止密封件失效 （１）防止油液污染。 （２）稳定油温。 （３）合理设计密封槽尺寸及公差，使安装后的 密封件到一定挤压产生变形以便填塞配合表面的 微观凹陷，并把密封件内应力提高到高于被密封 的压力。 （４）选用与工作油液相容的密封件材料。如 采用水乙二醇作为工作油液，应选用丁晴橡胶，不 能采用丁氟橡胶。 （５）加强管理，合理液压系统，延长密封件的 使用寿命。为了保证正常生产，有时需要定时更 换密封件。 ３结语 造成泄漏的原因很多，在液压系统中，从元件 到辅件，从油箱到液压泵、液压缸等各个环节，都 可能存在泄漏问题。需要重视的是管路硬件质 量、油液污染、油温变化和密封失效对液压系统管 道泄漏的影响。采取相应的应对措施，就能更好 地使用液压技术和维护好液压系统。 （２０１Ｏ—－０１—２５收稿） ６４－—— 冶金设备管理与维修 压器本体振动及冷却装置振动而产生的一种连续 性噪声。变压器噪声的大小与变压器的容量、硅 钢片材质及铁心磁通密度等因素有关。 （１）变压器本体产生噪声机理：国内外的研究 结果表明，变压器本体振动的根源在于硅钢片的 磁致伸缩引起的铁心振动。磁致伸缩使得铁心随 着励磁频率的变化而周期性地振动；硅钢片接缝 处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引 力，从而引起铁心的振动；绕组的负载电流产生的 第２８卷２０１０年第２期（总第１４６期） 合成噪声比本体噪声增高４～６ｄＢ（Ａ）以上。 ２噪声的传播路径 变压器通过空气向四周辐射的噪声是由两部 分组成，一部分是由铁心绕组的振动通过结构件 和绝缘油传给油箱，由油箱振动而产生的本体噪 声；另一部分是由冷却风扇和变压器油泵振动而 产生的冷却装置噪声。大容量风冷式变压器的噪 声是两部分噪声的叠加组成，小容量自冷变压器 漏磁引起绕组、油箱壁的振动，等等。 近年来，由于铁心叠积方式的改进（如采用阶 梯接缝），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 力引起的铁心振动，比硅钢片磁致伸缩引起的铁 心振动要小得多，可以忽略。 变压器额定工作时磁通密度通常取１．５～ １．８Ｔ。国内外的研究和试验均证明，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 的振动，与硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动相 比要小得多，也可以忽略。这就是说，变压器的本 体振动完全取决于铁心的振动，而铁心的振动可 以认为完全是由硅钢片的磁致伸缩所造成的。 铁心的磁致伸缩振动通过铁心垫脚和绝缘油 这两条途径传递给油箱壁，使箱壁振动而产生本 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理。 当变压器的额定工作磁密降低到１．４Ｔ左右 时，负载电流产生的漏磁所引起的绕组、油箱的振 动，将与硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动相接近 （有时甚至会超过铁心的磁致伸缩振动），这时变 压器的本体噪声不再单纯由硅钢片的磁致伸缩决 定，而必须考虑负载电流漏磁引起的绕组、油箱壁 的振动噪声。 （２）冷却装置产生噪声机理：冷却装置噪声也 是由于其振动而产生。冷却装置振动的根源在于 冷却风扇和变压器油泵在运行时产生的振动；变 压器本体的振动通过绝缘油、管接头及其装配零 件等，传递给冷却装置，使冷却装置的振动加剧， 辐射的噪声加大。冷却装置振动产生的噪声，也 是以声波的形式均匀地向四周发射的。 国内外的运行实践表明，对于采用油浸自冷 方式的变压器而言，直接安装在油箱上的自冷式 散热器片产生的噪声，比变压器本体噪声低得多， 可以不予考虑；采用强迫油循环吹风冷却方式的 变压器，冷却风扇的噪声是很高的，能使变压器的 只有第一部分噪声。 。 变压器本体噪声完全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，一条是固体传递路径即铁心的振动通过 其垫脚传至油箱；另一条是液体传递路径即铁心的 振动通过绝缘油传至油箱。由这两条路径传递过 来的能量，使箱壁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。 同样，冷却风扇和变压器油泵产生的振动噪 声，也是通过空气以声波的形式均匀地向四周发 射的。 ３降低噪声变压器技术措施及计算方法 ３．１ 降低变压器本体噪声技术措施 （１）铁心方面技术措施：一是选用磁致伸缩小 的优质硅钢片。使用磁致伸缩小的优质硅钢片就 是使用高导磁取向硅钢片，由于其提高了结晶方 位的完整度，改善了绝缘涂层，增加了涂层的抗张 力，从而降低了磁致伸缩，使铁心的噪声得到降 低，这一点对于降低变压器噪声非常重要。二是 降低铁心的额定工作磁密。铁心的额定工作磁密 通常取决于噪声及空载损耗的要求值。额定工作 磁密通常在１．５Ｔ～１．８Ｔ范围内，磁密每降低０．１Ｔ，铁 心的噪声可降低２￣３ｄＢ（Ａ）。值得注意的是磁密 降低将导致变压器体积和重量的增加，经济指标 变差，因此，磁密的降低应严格，不允许降低 太多。完全依靠降低额定工作磁密来获得铁心噪 声的大幅度下降，是不经济的，不可取的。铁心的 额定工作磁密究竟允许降低到何种程度，这要根 据具体情况进行多种方案的对比分析之后才能决 定。三是改进铁心的结构。铁心设计时引进一比 例系数Ｋ 可按式（１）计算。 ｃ＿０．９６ （１） 式中：ｄ一 柱和铁轭的直径； ｂ——铁心的窗口高度； 一６５— 第２８卷２０１０年第２期（总第１４６期） ｂ——铁心的窗口宽度。 冶金设备管理与维修 超过５５ｄＢ（Ａ）。 当设计磁密在很接近的情况下，变压器噪声 随着 增大而升高，因此选定铁心的几何尺寸 时，应使其尺寸关系的比例系数 尽可能小，以 降低其噪声。比例系数 取值通常在０．２０—０．４５ 范围内较为合理。 铁心接缝方式对噪声是有影响的。当三相铁 心尺寸比例系数 在０．２～０．４５范围内，斜接缝代 替直接缝时，变压器噪声能降低３－５ｄＢ（Ａ），可见 （２）降低自冷式散热器的噪声：在散热器与管 接头增设防振接头，另外在散热器上装设防振支 架，也能够降低散热器的振动噪音。 ３．３降低变压器本体噪声设计 对自冷式电力变压器油箱壁振动噪音的计算 可采用公式（２）进行，其计算值与实测值比较接近。 １ ＝３３＋÷Ｇ＋墙√号＋２０（Ｂ 一１・５）＋ （２） 斜接缝对降低变压器噪声有相当效果。所以铁心 必须采用４５。全斜接缝，就其接缝结构而言，以采 用多级阶梯接缝为宜。沈变的有关变压器计算资 料指出，三级接缝比二级接缝降低约７ ｄＢ（Ａ）。通 常情况下大型低噪声变压器铁心采用四级接缝的 结构型式，较有效地降低了产品噪声。 （２）改进铁心与油箱机械连接方式：变压器的 本体噪声有一部分是通过箱底和基础传播出去， 还有部分通过箱盖套管上导电结构传递到母排 上，如果在器身的底脚和油箱之间、油箱和基础之 间、母排与固定结构件之间放置防振橡胶垫，就可 使原来的刚性连接变为弹性连接，从而达到减少 振动、防止共振、降低噪声的目的。 （３）改进油箱及其结构：①为了降低油箱壁的 振动幅度就必须提高整个油箱的刚性。提高刚性 的方法是增加箱壁的厚度及增加加强铁的个数，以 及选择较好的加强铁形状和焊接位置。当油箱壁 厚加倍，实际隔音量增加４ｄＢ（Ａ）。因此，增加壁厚 和加强铁的个数，对降低油箱的振动噪声十分有 效，但是却增加了油箱的重量和制造成本。可以采 用双层多层隔音结构，箱壁涂以内摩擦损耗大的阻 尼材料等措施，可取得较好的隔声效果。②从声学 技术上常用密实沉重的材料（砖、钢材、混凝 土等）把发声体与周围的环境隔绝起来，这种方法 叫隔声。隔声构件性能与它的单位面积重量有关， 重量越重，隔声效果就越好。例如在变压器加强铁 内灌沙子，便可有效吸收箱壁振动产生的噪声。这 是隔声技术的一种简单应用。③当油箱的自振频 率与变压器本体噪声基频、谐波频率相同或相接近 时，就会发生共振，隔声效果大大降低，在某些情况 下甚至会成为噪声放大器。变压器容量不同、油箱 结构不同，其自振频率也不同。 ３．２降低冷却装置噪声方法 （１）选用低噪音冷却风扇：随着低噪音冷却风 扇的问世，使风冷式变压器大幅度降低噪音成为 可能，目前风冷却系统成型设计最低噪音值已不 ６６一 式中：卜自冷式电力变压器油箱壁振动噪声／ ｄＢ（Ａ）； 心硅钢片的重量； ＿铁心的窗高； 心的直径； 一心柱或铁轭的工作磁密； 』Ｂ——修正系数。 ４设计实例 为某供电局生产的二台ＳＺ９—２００００／６６电力变 压器。 ４．１降低噪声措施 （１）优化铁 几何尺寸的设计，取较佳的设计值。 （２）选用磁致伸缩小的优质硅钢片３ＯＱ１２Ｏ，铁 心采用四接缝，磁通密度小于１．６５Ｔ。 （３）采用油浸自冷式，无冷却风扇噪声叠加。 （４）改进器身和油箱结构，增加减振装置。 （５）油箱壁厚由普通的８．０ｍｍ增加到１０ｍｍ， 并适当增加加强铁数量。 ４．２计算值与实测值比较 应用公式（１）和公式（２）计算相应数据，其计 算值和实测值如表Ｉ。 表１ ＳＺ９—２００００／６６电力变压器计算值与实测值比较 ５结语 变压器的噪声问题是一个非常复杂的问题， 影响的因素也很多，这里也仅就一些经常遇到的 问题进行了分析与探讨。加强这方面的理论研究 非常重要，例如采用变压器本体与散热器分离的 方法等，以满足电网改造对低噪音变压器的要求， 生产出噪音更低和可靠性更高的产品。 （２０１（卜 １—２５收稿）
