电力变压器噪声辐射特性

2022-09-11

随着改革开放以来我国经济的不断发展, 对电力能源的需求不断增加, 电力已经成为我国的经济命脉, 电力行业得到了长足的发展。随着城区的扩大, 城市的电网也在逐步改造, 许多变电站建设在居民区内或者靠近居民区, 变压器噪声已经成为城市噪音污染的重要组成部分。在电网中运输电力的主要靠直流输电和交流输电两种方式, 变电站就是电力系统中通过变压、控制电力流向和分配电能将电网联系起来的中间设备。变换电压的设备就是变压器, 将电能转化为合理输送、使用和分配的设备。变电站在工作时候, 能够产生很大的噪声, 需要控制的噪音源有高压并联电抗器、交流变压器、电容器以及电磁噪声和放电产生的噪声。我国由于人口密度大, 无法和国外一样, 将输电设备和变电站放在无人区, 这就使得变电站噪声污染成为影响正常生活的一个重要污染源。声源、传声途径和受主是环境噪声污染的三个基本环节, 噪声污染的控制也需要从这三个方面入手。控制噪音的根本途径是降低声源的辐射, 控制噪声传播途径则是降噪的常用手段, 保护受主的听力则很难做到, 一般不采用措施。目前, 对于测量变压器噪声辐射的方法主要有声压法、声强法和振速法。利用声压法和声强法在室外分别对变压器噪声进行测试, 发现声强法不仅能精确测量出噪音的声压级, 而且不易受环境影响。

一、电力变压器振动噪声产生的机理

近十几年来, 我国对电力变压器的噪声控制都进行了大量的研究和预测, 取得了很大的进步。但是目前噪声的测量方法还是以声压法为主, 声压法受环境影响大、精准度低, 不利于对电力变压器噪声控制。变压器是一种静止的电能转换器, 通过电磁感应、改变绕组之间频率, 来变换电压和电流。对于电力变压器振动噪声产生的机理我们从三个方面进行研究:一是变压器的常见结构、工作原理和谐波的产生;二是分析电力变压器振动噪声产生的机理;三是绕组振动和铁心的噪声的传播途径。电力变压器的结构主要分为内外两部分, 内部主要包括绕组、铁心及组件, 外部结构主要包括冷却装置、邮箱和套管。电力变压器的电压和容量的不同, 内部结构和外部结构的组件也会随之改变。电力变压器的工作原理就是利用电磁感应定律, 将电能转化为磁能, 再由磁能转化为电能的电磁设备。正选交变磁通是磁场的基本条件, 但是电流会在铁心的非线性磁化特点的影响下, 产生富含奇数的谐波, 这就是谐波产生的原因。冷却系统产生的噪音和变压器本体产生的噪音是电力变压器产生噪音的两个主要方面。冷却系统的噪音主要是油泵运行和冷却风扇运行产生的噪音, 变压器本体则主要是绕组、铁心在电磁作用下产生振动而生成的噪音。

二、电力变压器试验基础

本课题通过三个方面进行分析研究电力变压器的试验基础, 一是噪声测量的基础, 二是测试设备及测试系统, 三是相干分析技术理论。噪声测量的声学参量主要有声压及声压级、声强及声强级、声功率及声功率级。噪声不仅存在频率属性和量值属性, 还存在时间属性。为了有效的评价人们对噪声反应的主观性, 我们常用噪声评价量来表示, 包括计权曲线与计权声级、等效连续A声级两个方面。为了提高声级测量的精准度, 我们在对声源声级测量前, 要对声级计中传声器进行灵敏度校准。同时, 在测量噪声时, 要考虑到声波传播的方向、压强、温度以及风速, 这些因素都会影响测量器对噪声的测量结果。在相干分析技术理论中, 要利用功率谱密度函数对噪音进行描述, 来确定电力变压器的振动优势频率和优势频率。相干函数是用来确定优势频率和振动优势频率之间的关系的, 因为噪声是振动产生的, 但是振动不一定一定产生噪声。为了确定主要噪声频率的有效性, 需要利用噪声功率谱上各噪声源与主噪声源之间的程度。

三、电力变压器振动噪声分析

为了测试电力变压器噪声产生的原因, 本课题将电力变压器噪声测试分为电力变压器出厂噪声测量实验和现场电力变压器噪声测量两个部分, 测量实验的测点布置也是分为电力变压器出厂和现场电力变压器两种布置方式。我们通过振动噪声的相干分析和噪声信号的频谱特性来分析现场电力变压器振动噪声。通过对比出厂和现场电力变压器的噪声的平均A计权声压级和噪声信号的窄带谱, 分析噪声信号的频谱特性。为了得到不同的励磁电压下负载和空载的电力变压器的噪声声压级, 我们对电力变压器的噪声进行了测量实验, 并通过函数计算出各个测点的计权声压级。经过实验, 我们发现随着励磁电压的增大, 电力变压器噪声不管在空载还是负载的条件下, 噪声声压级都会随之增大。同时, 负载时电力变压器噪声声压级的变化率小于空载时的变化率。经过分析推测, 电力变压器在负载时, 铁心振动随着励磁电压变化率小于空载运行时绕组振动的变化率。在电力变压器出厂噪声试验加载中, 本课题采用了加载直流偏磁和谐波加载两种方法, 来使现场和实验室变压器噪声频率相同。但是这两种加载方式存在两方面的弊端, 一是需要足够的大功率的电路来满足四台电力变压器同时工作, 二是需要足够大的场地来容纳四台电力变压器。

摘要：随着我国经济的不断发展, 国民经济对电力能源的依赖性越来越强, 对电力能源的需求也越来越大, 这就要求增加或者扩建变电站, 来满足经济的发展需求。作为降低电压、升高电压或者用来做直流与交流之间的转换的主要设备, 电力变压器成为换流站和变电站运作必不可少的设施, 是新建、扩建变电站需要更新、更换的主要设备。当前, 我国的变电站主要建设在靠近居民生活休息区, 但变压器在工作的时候, 能够产生超过50Hz高次谐波噪声, 严重影响居民生活和工作。因此, 在研究电力变压器噪声辐射的过程中, 必须分析电力变压器工作的工作原理以及产生噪音的原因, 为生产出低噪声、低振动的电力变压器奠定理论基础。本文主要通过与研究电力变压器噪声、振动产生的原理, 并根据其工作原理分析了变压器绕组振动和铁心的传播原理, 为分析变压器噪声的辐射特性奠定基础。通过对负载电力变压器和空载电力变压器工作情况的噪声的不同分析, 得出不同励磁电压下的负载、空载条件的下噪声产生的不同。经过试验对比分析, 测量出不同电力变压器噪声的频谱特性, 为更加合理的生产电力变压器提供理论基础。

关键词：电力变压器,励磁电压,相干分析,变压器噪声