环氧树脂浇注干式变压器噪声的产生及降低方法

1· 前言
    环氧浇注干式电力变压器具有运行安全可靠、无污染、免维护及可直接深入负载中心等优点。近几年，随着社会的发展及城市供电负载的增长，其已成为我国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。但是随着人们环保意识的增强，树脂浇注干式变压器的噪声越来越受到人们的关注。
    本文中针对噪声的表示方法及产生原因， 结合自行开发的环氧浇注变压器在降噪方面的一些措施做了介绍。
    2 ·噪声的表示方法
    2.1 客观表示法
    所谓客观表示法就是利用测试装置在某特定地点所测得的声学量级用来表示声或噪声强弱的方法,通常采用的表示方法为声压级和声功率级。
    2.1.1 声压级Lp
    （1）声压是有声波时媒质的压力与静压的差值，用A 计权网络测量时，声压级的符号用LpA表示，其单位为dB（A）。
    （2）干式变压器声压级LpA的计算。
    LpA=38Bm+20lgM-56 （1）
    式中 Bm———铁心中的磁通密度，T
    M———铁心窗口宽度，mm
    2.1.2 声功率级Lw
    （1）声功率是单位时间内通过某一面积的声能,用A 计权网络测量时，声压级的符号用LwA表示，其单位为dB(A)。
    （2）干式变压器声功率级LwA的计算。
    
    式中 LwA———声功率级噪声值，dB（A）
    S0———基准表面积，其值为 S0=1m2
    S=（HT+1）lm （3）
    式中 lm———距离变压器噪声主要辐射面 1m 远的规定轮廓线，m
    HT———包括变压器底座装置在内的铁心高度，m
    2.2 主观表示法
    主观表示法中用响度或响度级来表示听者声和噪声的强弱, 两者之前并没有直接的联系。响度级LN的无量纲单位为“方”（phon），响度N 的无量纲的单位是“宋”，在这里就不做详细阐述了。
    3· 噪声的产生及降低噪声的措施
    环氧浇注干式变压器的噪声主要由铁心产生，噪声的增大原因与产品的设计、噪声的传播途径、产品的运行条件、负载性质及安装环境等因素有关。
    3.1 铁心的振动
    铁心硅钢片的磁致伸缩是产生噪声的主要原因。所谓硅钢片的磁致伸缩就是当铁心励磁时，沿磁力线方向硅钢片的尺寸要增加， 而垂直于磁力线方向硅钢片的尺寸要缩小。当铁心中磁密达到一定数值时, 每米长度下的硅钢片磁致伸缩的尺寸一般为10-7m 到10-5m。磁致伸缩使得铁心随着励磁频率的变化而周期地振动。铁心硅钢片随着励磁的50Hz工频电压会发生100 次的磁致伸缩。在环氧树脂浇注干式变压器铁心的设计和加工过程中， 通常采用以下的方法来降低噪声。
    3.1.1 采用磁致伸缩小的优质硅钢
    磁致伸缩通常用ε 表示，它等于励磁时硅钢片片长的变化量Δl 与片长l 的比值，即ε=Δl/l。其大小与下述因素有关。
    （1）ε 大小取决于励磁时硅钢片中的转动情况，而冷轧取向硅钢片可使97%的硅钢片中的晶粒有最佳方向，故而ε 值较小，有利于降低变压器噪声。
    （2）硅钢片的含硅量高ε 则小，优质硅钢片的含硅量较高。目前硅钢片的含硅量大致在2%～3%，硅钢片的含硅量超过3.5%， 硅钢片就会变得很脆,难以加工。
    （3）ε 随着铁心温度的升高而增大,所以要想降低变压器噪声, 铁心温度不可太高。
    （4）硅钢片受到外力作用后,将会在硅钢片中产生压缩应力和弯曲应力等，它们会使ε 增大。硅钢片在剪切时剪切力会使切口处的部分晶粒偏离最佳取向，ε 也会增大。所以铁心在搬运、叠积等工艺加工过程中要尽量避免硅钢片受到外力作用(如摔打、碰撞等)。硅钢片横剪和纵剪时所用的刀具要经常研磨。
    3.1.2 降低铁心中的磁通密度B
    试验表明, 磁通密度B 在1.5T～1.8T 范围内,如果铁心中的磁通密度B 降低0.1T，铁心的噪声则可降低2dB（A）～3dB（A）。
    表1 给出了1 000kVA 环氧浇注干式变压器通过降低磁密后的实测值。
    
    3.1.3 谐振对磁致伸缩的影响
    铁心整体的固有振动频率若接近铁心硅钢片磁致伸缩的基频及其2 次、3 次、4 次高频的频带范围，将会发生谐振，从而使噪声显著增大。由于铁心整体的固有振动频率与铁心的结构尺寸有关， 所以在进行变压器电磁计算时，应合理地选择铁心的结构，使其固有振动频率尽量避开以下的频带范围：75Hz～125Hz；175Hz～225Hz；275Hz～325Hz；375Hz～425Hz，即可以避免谐振的发生。
    3.1.4 铁心采用步进式多级接缝叠片方式
    
    3.1.5 铁心绑扎
    心柱及铁轭都用环氧玻璃丝粘带绑扎牢固，可以有效地降低铁心噪声。
    3.1.6 减振措施
    在环氧树脂干式变压器夹件、底托与铁心之间采用硬度较高及绝缘等级为F 级的硅胶板作绝缘，起到缓冲、减振的作用。
    表2 给出了两台容量1 000kVA 产品通过采用3.1.5 节和3.1.6 节的措施后所测出的噪声值。
    
    3.2 绕组的振动
    负载时，由于负载电流产生的漏磁（特别是树脂浇注干式变压器的高压绕组多采用多段圆筒式，横向漏磁较大），将会引起绕组的振动致使绕组产生噪声。为了减少绕组产生的振动，可以在绕组与铁心之间加撑板。撑板与绕组高度等高，同时在低压绕组和铁心之间，高、低压绕组与夹件中间采用硅胶棒、硅胶板来作定位，同时起到缓冲及减振的作用。
    3.3 铁心多点接地
    变压器铁心多点接地或铁心局部心片短路时，会使铁心局部磁通畴变，引起变压器噪声明显增大。这时只要将铁心故障排除，变压器噪声就能降低。
    3.4 电网的电压波动
    电网电压过高时，铁心还可能出现过励磁。因过励磁时噪声增大较多，所以变压器运行时，应随电网电压的变化而改变其分接档位。部分地区电网电压经常偏高，这种情况只要调节分接电压，就能降低产品噪声。
    3.5 线路中的谐波
    变压器带有可控硅或晶闸管等整流装置时，低压侧回路的电流和电压含有大量的高次谐波， 尤其是三次谐波。该种情况下，必须采用Dyn11 接法的变压器或在变压器与可控硅装置之间安装隔离变压器才能降低产品噪声。
    3.6 线路负载不平衡
    变压器三相负载严重不平衡时， 使得低压侧出现较大的零序电流，铁心中产生较大的零序磁通。零序磁通是基波频率的正弦波， 它的存在改变了各相磁通的大小和相位， 使得铁心单相或两相磁密严重升高或饱和，变压器噪声明显增大。该种情况下采用Dyn11 接法的变压器就能降低产品噪声。
    4· 结论
    环氧浇注干式变压器的噪声主要由铁心产生，噪声的增大原因与产品的原材料、电磁设计、结构设计及产品的运行条件及安装环境等因素有关。降低产品噪声的措施必须考虑结合产品的设计和实际的运行状况，同时兼顾经济成本进行综合考虑。