摘要：电力作为现代社会最基础的能源之一在各个行业中发挥着极为重要的作用。变压器作为电力系统的核心电力设备，其安全可靠运行直接影响电网的平稳运行。随着电压等级的不断提高以及部分变压器安装于居民区，变压器的振动与噪声对设备自身的安全运行以及居民的正常生活都造成了不可忽视的影响，因此变压器振动与噪声及其降噪控制技术成为了国内外学者的研究重点之一。本文就变压器振动特性分析及其降噪技术展开探讨。

关键词：变压器；噪声；振动；降噪

引言

电力变压器是电网中实现电能远距离输送及分配的枢纽设备，广泛分布于能源富集地及人口密集地。随着输电电压等级的提高，输送功率的增大，特别是非线性负荷、脉动整流器和变频器中的大量谐波涌入变压器，使得变压器相应的承担谐波产生的驱动力，进而产生频率含量丰富的振动和噪声。因此研究电力变压器的振动特性具有重要意义。

1 变压器振动机理

在总结了大量变压器振动特性研究后，学术界普遍认为变压器在运行时的振动机理为：在交变的电场和磁场作用下，铁心在磁致伸缩作用下发生周期形变，绕组会受到洛伦兹力和电动力作用，在轴向和幅向产生周期振动与形变。周期振动的铁心和绕组会成为变压器运行时的振动源，由于不同容量变压器器身结构以及负载运行工况的不同，不同工况下运行变压器的振动幅值和频谱特性会呈现不同趋势。变压器的振动实质就是铁心和绕组等本体构件以及各种冷却装置附件的振动。为了定量描述变压器振动特性，国内外学者从磁致伸缩的结构力学关系出发对其进行了深入研究：在运行时，励磁电流通过绕组后在铁心中建立磁场，铁心由于磁致伸缩而产生周期性振动，其微观结构本质便是铁心材料在磁化过程中材料将从方向各异的多磁畴状态变成与外部磁场同方向的单磁畴状态，致使不同方向上几何尺寸上的伸长或缩短。铁心材质的不同会导致铁心加工工艺差异，导致振动水平差异。具体表现为硅钢片变压器铁心片会因感应出的涡流相互作用产生的电磁力导致振动，此外，硅钢片铁心在搭接处的磁力线会发生畸变，进而产生纵牵力。这样纵牵力同样也会造成硅钢片铁心振动。而非晶合金带材由于对应力敏感导致其铁心不能完全固定，这会使本来磁致伸缩就大的非晶合金铁心振动幅值更大。

2 变压器振动来源与传递过程

电力变压器振动和噪声主要来自于铁心、绕组以及运行中的冷却装置如风扇与油泵等，其中绕组和铁心是变压器振动与噪声的最主要来源。铁心的振动主要来源于铁心叠片的磁致伸缩以及连接缝隙间的Maxwell应力作用，但是随着平面叠铁心接缝工艺的进步，在铁心接缝处由Maxwell应力所引起的振动已减弱，一定条件下可忽略由该部分所产生的振动。绕组的振动主要由线圈在漏磁场中所受的安培力引起。并且由于铁心与绕组之间所存在的物理机械连接，这两部分间的振动存在一定的耦合关系，在一定条件下可能会发生共振，振动和噪声将会大大加强。同时变压器中的风扇和油泵等冷却装置也会产生振动，带来噪声。振动源所产生的振动将通过变压器油、本体紧固件和空气传递到油箱表面，从而使变压器产生振动并且向外部辐射噪声。

3 非晶合金变压器结构及其振动特性

非晶合金材料是将一定比例合金通过超急速冷却（106℃/s）形成厚度仅为0.0254mm左右的带状软磁材料。与硅钢片相比，非晶合金材料厚度更薄且电阻率更高，因此非晶合金变压器铁心涡流损耗更小。相比于硅钢片，非晶合金带材有更高的磁致伸缩，约为普通硅钢片的2倍，同时非晶合金带材对应力十分敏感，这导致了非晶合金变压器的铁心无法像硅钢变压器那样紧密固定，不仅加大了铁心的振动，也使得铁心结构对非晶合金变压器振动会产生较大的影响。不同结构尺寸的铁心特征频率如果接近铁心的磁致伸缩振动频率就会发生共振，会使得非晶合金变压器振动加剧。因此，相比硅钢变压器，非晶合金变压器的振动不仅要考虑铁心和绕组振动，还要考虑振动传递过程中结构的共振情况。非晶合金干式变压器一般分为环氧浇注式和敞开式两种，目前市场多以环氧浇注式为主。非晶合金变压器有其特殊的设计要求，其干式变压器要求不能像硅钢片变压器那样采用铁心作为主承重结构件的传统设计方案，而必须采用绕组轴向承重的结构。其铁心一般设计为四框五柱结构。高低压绕组也相应做成矩形，经环氧树脂浇注成形。非晶合金变压器矩形的绕组与硅钢片变压器常规圆形绕组在工艺制造上有较大的区别，由于导线对矩形模具的帖服性较圆形绕组差，这不仅会导致非晶合金变压器绕组的振动加剧，还会使得绕组的轴向和径向所承受电动力的考验更加严重。

4 谐波模态识别

变压器振动信号中包含了较多的谐波模态，如100Hz及其高次谐波、冷却系统振动、变电站其他旋转设备振动等，在对信号进行分解后需要将这些谐波模态与固有模态区分开来。

5 空载试验下变压器振动特性分析

在电力变压器的空载试验中，副边开路，绕组中仅流通很小的励磁电流，由此所引发的绕组振动较小，可以忽略不计，此时电力变压器整体的振动主要由铁心振动所引起，也称为空载振动。在空载试验中，电力变压器的A、B两相原边分别单独连接谐波源，控制原边电压为变压器额定工作电压，分别施加频率为10、20、30、…、490、500Hz的谐波电源激励，测量变压器表面的振动信号。

6 变压器的运行调试

在正式使用变压器前，一定要打扫干净，尤其是要对通风口处予以认真清扫，避免上面有灰尘附着。在展开无载调压时，需根据铭牌上的标注接好所有接头。而在做有载调压时，就要对说明书内容予以仔细阅读，根据高压额定电流设置设备中的过流保护，使用前必须进行调试。如果变压器需多温控系统进行安装，则必须严格根据温控说明书进行操作。而在合闸运行过程中，变压器的合闸涌流值能够达到8～10倍电流，所以其电流保护设置值应在此额定电流之上。随着保护装置的安装完成，应合闸冲击设备，次数大约为5次，每次最好间隔10分钟，若一切正常便可进行使用。在刚开始使用变压器时，一定要循序渐进，由轻到重，严禁超负荷运转，在检查机器未有异常后方可投入使用。一般来说，变压器两次使用之间，无须清理，如果发现变压器在高温环境中出现了凝露的状况，则需第一时间采取干燥处理措施，以免其使用受到影响。

7 结语

随着电力系统电力等级的不断提高和各种新型变压器（非晶合金变压器等）的推广应用，一些新的理论体系、新的材料以及新的测试检测手段的逐步引入，使变压器的振动和噪声控制问题更进一步深入和发展。由于无法完全避免发电厂电力变压器故障的发生，应加强变压器日常检修与养护工作，及时发现变压器故障隐患，切实做好预防性检修，将变压器故障发生概率降至最低程度。

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