核心提示：　　為了提高城市供電的可靠性和改善供電質(zhì)量，減少電力傳輸?shù)膿p耗，城網(wǎng)用大型降壓變電站要建在市區(qū)。為了保證居民不受噪聲干擾，供電部門將對(duì)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(dòng)和噪聲產(chǎn)生

　　為了提高城市供電的可靠性和改善供電質(zhì)量，減少電力傳輸?shù)膿p耗，城網(wǎng)用大型降壓變電站要建在市區(qū)。為了保證居民不受噪聲干擾，供電部門將對(duì)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(dòng)和噪聲產(chǎn)生的機(jī)理、傳播途徑和各種影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合變壓器具體制造工藝，同時(shí)把經(jīng)濟(jì)效益也作為一項(xiàng)主要指標(biāo)給予充分考慮后，提出了將變壓器油箱作為實(shí)現(xiàn)變壓器減振降噪目的的研究對(duì)象，通過改變變壓器油箱的動(dòng)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(guó)內(nèi)外的研宄結(jié)果表明，變壓器振動(dòng)的根源在于：所謂磁致伸縮就是鐵心勵(lì)磁時(shí)，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(lì)磁頻率的變化而周期性地振動(dòng)。

　　磁而產(chǎn)生的電磁吸引九從而引起鐵心的振動(dòng)。

　　理。

　　值得提及的是，當(dāng)鐵心的固有頻率與磁致伸縮振動(dòng)的頻率相接近時(shí)，或者當(dāng)油箱及其附件的固有頻率與來自鐵心的振動(dòng)頻率相接近時(shí)，鐵心或油箱將會(huì)產(chǎn)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(gè)周期，所以磁致伸縮引起的變壓器本體的振動(dòng)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(jí)鐵心中心柱和鐵軛相應(yīng)級(jí)的截面不同，以及沿鐵心內(nèi)框和外框的磁路徑長(zhǎng)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(dòng)頻譜中除了有基頻振動(dòng)以外，還包含有其頻率為基頻整數(shù)倍的高頻附加振動(dòng)。所以，變壓器鐵心振動(dòng)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(shù)倍三相變壓器鐵心和繞組布置圖的高<頻噪聲高磁導(dǎo)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(jiān)固。

　　繞組用高導(dǎo)電性能的銅導(dǎo)線繞制而成，在導(dǎo)線外面包纏有高強(qiáng)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(jié)和下節(jié)油箱兩部分，器身放置在下節(jié)油箱中，鐵心墊腳與箱底之間進(jìn)行剛性聯(lián)結(jié)。上節(jié)油箱上布置有變壓器的各種組件。上下節(jié)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(dòng)和噪聲的機(jī)理11（）當(dāng)繞組中有負(fù)載電流通過時(shí)，負(fù)載電流產(chǎn)生的漏磁引起繞組、油箱壁（包括磁屏蔽等）的振動(dòng)。

　　近年來，由于鐵心疊積方式的改進(jìn)（如采用階梯接縫等），再加上心柱和鐵軛都用環(huán)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(dòng)，比硅鋼片磁致伸縮的鐵心振動(dòng)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(guó)內(nèi)外的研宄和試驗(yàn)均證明，在這樣的磁密范圍內(nèi)，負(fù)載電流產(chǎn)生的漏磁引起的繞組、油箱壁（包括磁屏蔽等）的振動(dòng)，與硅鋼片的磁致伸縮的鐵心振動(dòng)相比要小得多，也可以忽略。

　　這就是說變壓器的振動(dòng)主要取決于鐵心的振動(dòng)，而鐵心的振動(dòng)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(dòng)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(dòng)而產(chǎn)生本體噪聲，并以聲波的形式均勻地向四周發(fā)射，這就是變壓器本體噪聲的機(jī)1.3變壓器振動(dòng)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(dòng)。鐵心的磁致伸縮振動(dòng)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(dòng)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(dòng)通過絕緣油傳至油箱。這兩條途徑傳遞的振動(dòng)能量，使箱壁（包括磁屏蔽等）振動(dòng)而產(chǎn)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(fā)射。

　　研宄結(jié)果表明，固體路徑和液體路徑所傳遞的振動(dòng)，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(dòng)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(dāng)變壓器的結(jié)構(gòu)、選用材料和生產(chǎn)裝配工藝受各種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件限制無法改變時(shí)，可以選擇變壓器油箱為研宄對(duì)象，通過避免油箱發(fā)生諧振的辦法，來抑制變壓器油箱的振動(dòng)，以減少其振動(dòng)的福射噪聲。

　　2模型變壓器設(shè)計(jì)2.1模型變壓器對(duì)真實(shí)變壓器的簡(jiǎn)化本文。鐵心硅鋼片型號(hào)為3ANSYS模型結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析3.1建模動(dòng)力特性分析采用的單元是殼體平面三角形單元，在加強(qiáng)筋、板密集的區(qū)域單元?jiǎng)澅?六種油箱結(jié)構(gòu)的固有頻率與鐵心激振頻率序號(hào)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(jié)構(gòu)；二一筋厚為設(shè)計(jì)厚度1. 5倍的油箱結(jié)構(gòu)；三一筋厚為設(shè)計(jì)厚度2倍的油箱結(jié)構(gòu)；四一加阻尼鋼板的模型油箱結(jié)構(gòu)；五一加阻尼鋼板、筋厚為設(shè)計(jì)厚度1. 5倍的油箱結(jié)構(gòu)；六一加阻尼鋼板、筋厚為設(shè)計(jì)厚度2倍的油箱結(jié)構(gòu)。

　　尼鋼板的方法，被選擇為控制變壓器振動(dòng)和噪聲的措施。

　　分密，油箱箱蓋劃分稀' 3.2說明現(xiàn)代大型電力變壓器一般都采用鐘罩式油箱，油箱分為上節(jié)油箱和下節(jié)油箱，變壓器器身安裝在下節(jié)油箱里，上、下節(jié)油箱之間用螺栓聯(lián)結(jié)，接縫用耐油橡膠進(jìn)行密封。變壓器在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，下節(jié)油箱放在電站地基上，并用地腳螺栓與地基緊固聯(lián)結(jié)。鐵心的振動(dòng)通過鐵心與下節(jié)油箱之間的墊腳傳給下節(jié)油箱，再通過上、下節(jié)油箱之間的剛性聯(lián)結(jié)傳給上節(jié)油箱。變壓器的噪聲主要是上節(jié)油箱箱壁的輻射噪聲。所以幾何實(shí)體模型的原型采用模型變壓器的上節(jié)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(jì)算結(jié)果采用在ANSYS軟件對(duì)模型油箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算考慮到模型截?cái)鄬?duì)計(jì)算精度的影響，所截取的模態(tài)數(shù)，為被分析模態(tài)數(shù)的兩倍。

　　計(jì)算得到的模型變壓器油箱的前五階固有頻率對(duì)應(yīng)表1中序號(hào)一。

　　當(dāng)筋厚為設(shè)計(jì)厚度1.5倍的模型油箱的固有頻率對(duì)應(yīng)表1中序號(hào)二。

　　筋厚為設(shè)計(jì)厚度2倍的模型油箱的固有頻率對(duì)應(yīng)表1中序號(hào)三。比較二和三，可以看出，筋厚的變化對(duì)各階頻率的影響程度是不一樣的。與筋厚為0.003m時(shí)的計(jì)算相比，筋厚加至IJ0.004m時(shí)，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(duì)油箱第一階固有頻率的影響不大。

　　另外，在工程實(shí)際中，大型電力變壓器的主加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)厚度為10mm，筋厚加倍數(shù)超過2倍以上，會(huì)使加強(qiáng)筋的折彎成型產(chǎn)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(hào)四一六。

　　3.4討論通過比較可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：?jiǎn)为?dú)改變主加強(qiáng)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(huì)使油箱第一階頻率加，其它各階頻率減小。

　　要避免振系發(fā)生共振，應(yīng)使系統(tǒng)固有頻率高于或低于干擾頻的10%~20%.依據(jù)這一原則對(duì)六種油箱結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，任何一種油箱結(jié)構(gòu)都無法使其每一階固有頻率遠(yuǎn)離鐵心激振頻率，也就是說，油箱在某一階頻率上發(fā)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(jù)上述結(jié)論，在油箱主加強(qiáng)筋上焊裝阻4模型變壓器動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介模型變壓器采用地面支承的支承方法，這與變壓器的實(shí)際安裝方式是一致的。測(cè)試系統(tǒng)固有頻率時(shí)使用錘擊法。聲級(jí)計(jì)選用BK公司2230型精密積分聲級(jí)計(jì)。

　　4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果模型油箱的振動(dòng)頻譜圖上可以找到與計(jì)算結(jié)果相吻合的頻率，同時(shí)也存在大量的其它頻率成分。

　　由噪聲譜可以發(fā)現(xiàn)除了聲譜和振動(dòng)譜完全相關(guān)外，聲譜中還存在工頻和其倍頻分量，這說明鐵心振動(dòng)而產(chǎn)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(cè)試變壓器噪聲（A聲級(jí)）為48.9分貝。

　　焊裝阻尼板后油箱的振動(dòng)自譜圖上的頻率值列于表2并與ANSYS分析計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上是吻合的，這說明計(jì)算時(shí)建立的ANSYS模型是有實(shí)用價(jià)值的。

　　由受迫振動(dòng)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(shí)的噪聲主體是鐵心振動(dòng)的輻射噪聲，箱體振動(dòng)激發(fā)出的噪聲己經(jīng)不占主要地位了。在同一測(cè)點(diǎn)測(cè)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(dòng)的輻射噪聲確實(shí)降低了。

　　表2模型油箱固有頻率（HZ）序號(hào)計(jì)算值實(shí)測(cè)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(jié)果說明在油箱主加強(qiáng)筋上焊裝阻尼鋼板的方法是控制變壓器振動(dòng)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(jié)構(gòu)，具有很好的工程應(yīng)用前景。