摘 要：本文介绍了变压器噪声的产生原因及特点，包括变压器铁心、绕组和冷却器的噪声，以及其在50Hz工频电压下的频率特性、干扰性和传播方式。同时，分析了电压等级、运行负荷、运行年限和生产工艺等因素对变压器噪声的影响。此外，还讨论了变压器在故障状态运行的噪声表现，包括电网过电压、过载运行、铁芯问题、局部放电和绕组故障等情况。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的变压器，并采取相应的噪声监测和降噪措施来降低其噪声对周围环境的影响。

关键词：变压器；噪声；监测；控制；故障状态

1.引言

变压器作为电力系统中的核心设备，其稳定运行对于保障电力系统的正常运作至关重要。一旦变压器出现故障或运行状态不稳定，会导致电力输送的中断，甚至可能引发更广泛、更严重的电力事故。因此，维护变压器的正常运行，确保其可靠性，是电力行业的重要任务。

然而，变压器在运行过程中确实会产生一定的噪声。这些噪声来源于多个方面，如电磁场、机械振动、冷却系统等。这些噪声不仅对周边环境产生影响，如干扰附近居民的生活，还可能是变压器出现故障的前兆。例如，某些特定的噪声表明变压器内部的某些部件已经出现松动或损坏，如果不及时处理，可能会引发更大的问题。

因此，对变压器产生的噪声进行分析，深入探究其产生的原因，并寻找有效的控制方法，对于提高电力系统的稳定性、预防变压器故障具有非常重要的实际意义。这不仅有助于保护环境，避免不必要的噪声污染，还能及时发现并解决变压器的潜在问题，确保电力系统的安全稳定运行。

2.变压器噪声的产生原因及特点

2.1变压器噪声的产生原因

变压器噪声，主要来源于三个方面：变压器铁心、绕组和冷却器。

① 铁心噪声：铁心是变压器的重要组成部分，它通常由硅钢片叠装而成。在变压器运行过程中，硅钢片会受到交变磁场的影响，进而发生微小的磁致伸缩。这种磁致伸缩使得铁心随着励磁频率的变化而做周期性的振动，从而产生噪声。这种铁心噪声是变压器噪声的主要来源之一。值得一提的是，目前被广泛推广应用的非晶合金变压器，尽管具有低损耗、高能效的优点，但其铁心噪声比传统的硅钢变压器更高。这主要是因为非晶合金材料的磁致伸缩系数比硅钢片更大，导致铁心的振动幅度增大，从而产生更大的噪声。除了磁致伸缩外，铁心的磁致伸缩变形和绕组、油箱及磁屏蔽中的电磁力也是引起铁心振动和噪声的重要因素。这些因素相互作用，共同影响着变压器的噪声水平。

② 绕组噪声：绕组是变压器的核心部分，由线圈和绝缘材料组成。线圈通常由铜或铝线绕制成各种形状，而绝缘材料则保证了线圈之间的电气隔离。在变压器运行过程中，电流通过绕组时会产生磁场，进而产生电磁力。这些电磁力会对绕组产生作用，使其发生振动，从而产生噪声。此外，漏磁场也是导致绕组噪声的一个重要因素。由于变压器铁芯的磁阻的存在，磁力线有时不能完全闭合，而会泄漏到周围的介质中，形成漏磁场。漏磁场会在绕组和结构件中引起涡流和磁致伸缩效应，导致绕组和结构件的振动，进而产生噪声。

③ 冷却器噪声：冷却器作为变压器的重要散热部件，由风扇和散热器组成，是整个变压器稳定运行的关键。风扇高速运转时，推动空气流动，帮助带走变压器产生的热量；同时，风扇也会产生一定的空气动力噪声，这种噪声的大小取决于风扇的转速、设计以及空气流动的特性。风扇的转速越快，产生的噪声通常就越大。由冷却器产生的噪声，会通过两种途径传播到周围环境中：一是通过空气传播，二是通过变压器油箱传播。通过空气传播的噪声，其传播距离较远，会对周围居民生活造成一定的影响；而通过变压器油箱传播的噪声，其传播距离相对较短，可以忽略。

2.2变压器噪声的显著特点

在我国50Hz工频电压下，变压器噪声具有以下显著的特点：

① 频率特性：变压器的噪声频率一般在100Hz-10kHz之间，其中主变压器的噪声频率范围在100Hz-500Hz，峰值频率多出现在250Hz和500Hz。电抗器和散热设备的噪声也各有其特定的频谱范围。这是由于变压器的电磁转换和机械振动产生的。其中，主变压器的噪声主要由磁场和电场引起，而电抗器和散热设备的噪声则主要由机械振动引起。

② 干扰性：由于变压器噪声具有高频特性，它具有较强的干扰性，主要影响周围环境的安静。它不仅对人们的正常生活和工作产生影响，还可能对人们的身心健康造成一定的影响。此外，变压器噪声还可能对通讯设备、电子设备和精密仪器等产生干扰，影响其正常工作。因此，必须采取有效的措施来控制和降低变压器噪声的影响。

③ 噪声源：变压器的噪声主要来源于铁芯在电磁场作用下的磁致伸缩性振动。此外，变压器的容量越大，其基频噪声占比越高。除了磁致伸缩性振动外，机械振动和冷却系统的振动也是变压器噪声的来源之一。这些振动会产生声波，通过固体和空气传播，形成人们所听到的变压器噪声。

④ 传播方式：变压器的噪声可以通过空气作为介质向外传播，这也是站内噪声向室外排放的主要传播方式。此外，变压器噪声还可以通过固体传播，例如墙壁、地面和建筑物等。在建筑物内，变压器噪声可以通过建筑物的结构传播到各个房间，影响人们的居住和工作环境。

变压器声级的大小与电压等级、运行负荷、运行年限及生产工艺等因素有直接的关系，具体分析如下：

① 电压等级：电压等级是评估变压器噪声的重要因素。通常，电压等级越高，变压器的噪声越大。这主要是因为高电压等级变压器必须承受更大的电场强度，这会导致铁心和绕组的振动幅度增大。这种增大振动不仅会使变压器内部零件更容易发生磨损，而且会产生更大的噪声。此外，为了应对高电压，高电压变压器通常需要采用更复杂的设计和结构。复杂的结构也会增加其产生的噪声水平。

② 运行负荷：变压器的运行负荷对其噪声水平有着显著的影响。当变压器承受的负荷增大时，铁心和绕组的发热量会导致其温度上升。温度升高会使得铁心和绕组的材料属性发生变化，进而使其振动幅度增大。这不仅会产生更大的噪声，而且导致变压器内部零件的加速磨损。同时，过负荷运行会使变压器的磁通密度显著增加，导致铁心迅速饱和，会进一步加剧铁心和绕组的振动，产生更为显著的噪声。

③ 运行年限：变压器的运行年限也会影响其噪声水平。随着变压器运行年限的增加，其铁心和绕组的机械性能会逐渐下降，导致其振动幅度增大，产生更大的噪声。同时，变压器在长期运行过程中会受到环境因素的影响，如氧化、腐蚀等，这也会影响其机械性能和噪声水平。

④ 生产工艺：变压器的生产工艺对其噪声水平也有重要影响。良好的生产工艺可以提高变压器铁心和绕组的制造精度和装配精度，降低其振动和噪声。同时，合理的结构设计也可以降低变压器的振动和噪声。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的变压器，并采取相应的噪声监测和降噪措施来降低其噪声对周围环境的影响。

3.变压器在故障状态运行的噪声

如果变压器存在内部故障继续运行，会在声音、温度、电气参数等方面出现异常情况。其中，声音异常能快速辨别出来。变压器发出异常的嗡嗡声、吱吱声或其它不正常的声音。这是由于内部故障导致铁芯或绕组振动增加，或者是变压器内部存在放电、短路等故障产生的声音。这些声音异常可以帮助判断变压器是否存在安全问题。

① 电网过电压：当电网发生单相接地或电磁共振时，变压器会发出比平常更为尖锐的声音。此时，可以结合电压表计的指示进行综合判断。电网过电压会导致变压器承受的电压超过其正常范围，从而引起铁心和绕组的异常振动，产生尖锐的噪声。此外，电压表计的指示也会出现异常，如指针摆动过大或出现不规则的读数，这也是判断电网过电压的重要依据。

② 变压器过载运行：变压器过负荷，会导致变压器内部元件的负载增加，从而引起更明显的振动和声音.变压器的音响会比平常增大，并且这种增大是均匀的。当变压器承受的负载过大时，尤其是在大动力设备（如大型电动机或泵）的负载变化较大时，变压器内部的铁心和绕组会受到更大的力，导致更强烈的振动。这种振动会产生一种特有的“嗡嗡”声，与正常情况下的声音有所不同。

此外，在大动力设备的负载变化过程中，可能会产生五次谐波。这些谐波会在变压器内部产生瞬间的“哇哇”声。这是由于谐波电流在变压器绕组中产生脉动磁场，进而引起绕组的振动。这种现象通常会在大容量变压器的过载或接近过载的情况下出现。

③ 变压器铁芯问题：音响较大而噪杂时，可能是变压器铁芯的问题。例如，夹件或压紧铁芯的螺钉松动时，仪表的指示一般正常，绝缘油的颜色、温度与油位也无大变化，这时应当停止变压器的运行进行检查。

④ 变压器局部放电：声响中夹有放电的“吱吱”声时，可能是变压器或套管发生表面局部放电。此时应清除套管表面的脏污，再涂上硅油或硅脂等涂料。

⑤ 绕组有较严重的故障：若音响中夹有水的沸腾声时，可能是绕组有较严重的故障，使其附近的零件严重发热。分接开关的接触不良而局部点有严重过热，必会出现这种声音。此时应立即停止变压器的运行，进行检修。

⑥ 发生接地或出现短路：当低压线路发生接地或短路事故时，变压器会发出异常的轰轰声。这是因为短路事故会导致电流突然增大，产生强大的磁场和电动势，进而引起变压器铁心和绕组的振动。同时，短路点距离变压器越近，变压器发出的声音越明显。此外，接地事故也会导致变压器铁心和绕组发生振动，产生声音。

⑦ 共振问题：风机、外壳、及其他零部件的共振将会产生噪音，但正常的共振声音较小，可以通过近距离检查的方式判断共振噪音是否在合理范围内；如果共振噪声较大，应查看各部件安装是否松动。

⑧ 负荷问题：除了电压等级和共振之外，变压器的负荷情况也是影响其噪音水平的重要因素。当变压器的负荷发生变化时，其内部的电压波形会发生畸变，这种现象被称为谐振现象。当电压波形发生畸变时，变压器内部的铁心和绕组会受到额外的振动，从而产生更大的噪声。这种谐振现象通常在特定的负荷条件下发生，如负荷突然增加或减少，或者在某些特定的频率下运行时。

⑨ 悬浮电位问题：悬浮电位是指两个不同电位的点之间没有导电介质的情况，此时由于电场的作用，空气会被电离，形成导电通道。悬浮电位问题是变压器中常见的一种现象，主要与变压器的设计和制造工艺有关。当变压器的夹件槽钢、压钉螺栓、拉板等零部件都喷了蓝色漆，导致它们之间的接触不良，会在变压器漏磁场的作用下产生电流。这些电流会在各零部件之间产生悬浮电位。由于悬浮电位的存在，各零部件之间会产生放电现象，发出“嘶嘶”或“噼啪”的响声。这种放电现象不仅会产生噪声，还可能对变压器内部的绝缘材料造成损害，缩短变压器的使用寿命。

4.变压器噪声的分析方法

对运行变压器噪声进行监测分析常用的方法有2种：

① 人工听觉法：这种方法是通过人工直接听取变压器噪声的方式，简单易行，有助于判断变压器噪声的来源。然而，这种方法受人员主观因素影响较大，误差较大。

② 声学特征诊断技术：变压器内部绕组和铁芯在高压和强磁场的环境下出现故障，产生的声音也会发生变化，通过声信号分析变压器故障的诊断方法，称为声学特征诊断技术。原理是采用多传感器信号融合技术对信号进行时域、频域综合分析，提取波形特征、幅频特性等特征量，求得变压器的噪声变化情况，为电力变压器的故障预测及诊断提供可靠依据。

5.结论

本文对变压器噪声产生的原因、特点、故障运行情况和监测分析方法进行了概述。通过对变压器噪声进行监测和分析，可以为变压器的日常运行和故障监测提供数据支撑，以确保其正常运行和使用寿命。如果发现变压器噪声出现异常情况，应及时停止运行并进行检查和维修。未来研究可进一步探究变压器新工艺和设计，寻求更加有效的降噪方法，研制零噪声变压器。

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