钢厂总降变主变噪音异常分析

鲁晓莉 王勇 陆东

摘要：在交流网络中，电压电流关系曲线负载不对称时会在运行的变压器绕组内产生较大的直流电流和谐波，造成噪音显著增大。某钢厂总降变#1主变噪音异常，为此对该主变进行了声级测试、音频测试、绕组变形试验，分析结果确认主变异常噪音为直流电流和谐波的影响。为解决这一问题，文章提出了谐波治理及对主变加强其绕组变形的测试。

关键词：钢厂；变压器；异常噪音；直流电流；谐波

中图分类号：TM721 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）29-0132-02

1 概述

变压器的噪声是由于变压器本体的振动及其冷却装置的振动而产生的一种连续性噪声。变压器噪声的大小与变压器的额定容量、硅钢片的材质及铁芯中的磁通密度等因素有关。交流网络中存在电压电流关系曲线不对称的负载（如相控交流负载、相控整流器等）会在运行的变压器绕组内产生较大的直流电流和谐波。直流对变压器的直观影响就是噪音显著增大。谐波会大大增加主变压器线圈的铜损和铁损，降低变压器有效出力，谐波导致变压器噪声增大，会使变电所的噪声污染指数超标，影响工作人员的身心健康。除此之外，容易形成谐波谐振，造成变压器的绝缘击穿。

2 问题分析

某钢铁企业总降变电站规划容量为4?180MVA

+2?120MVA，目前建设规模为3?180MVA+2?120MVA。#1主变采用三相双绕组无励磁调压电力变压器，电压等级为220±2.5%/35kV，带电压为15kV、容量为60MVA的稳定绕组，各侧线圈容量比为180/180/60MVA，接线组别为YNyn0d11，阻抗电压Uk=12%。5台变压器于2012年5月在工厂通过全部出厂试验和型式试验，各指标均符合国家标准和技术协议要求。2013年2月完成现场安装，3月22日变压器投入运行。5台变压器按照国网公司及相关国标标准采购，为电力专用变压器，并无特殊改造。#1主变低压侧35kV所带负荷含有电弧炉、精炼炉等具有非线性阻抗特性的冲击负荷。为了减少电弧炉给电网带来的危害，钢厂根据供电公司要求治理下游的冲击负荷，采用SVC就近吞吐无功和吸收谐波源所产生的谐波电流，以符合当地电力公司要求。

2.1 试验结果

在#1变压器带上电弧炉变压器负载后，发现变压器的噪声增大。试验人员到现场分别进行了声级试验、音频测试、绕组变形试验。声级测试结果如下：在变压器没有带负荷的情况下，额定电压下空载运行，测试结果和出厂值基本一致，测试结果60.75dB，出厂值为58.4dB，由于现场背景噪音远大于厂内试验室的背景噪音，此偏差属于正常范围。变压器带SVC后，声级为71dB，并有一种间歇的“咚咚”声。试验人员使用WAVEPAD软件撷取钢厂全时录波器记录的变压器二次侧电压、电流波形进行对照。音频测试结果如下：（1）一号主变产生的噪音分三类：低频敲击声、高频稳定大声量噪音、高频稳定小声量噪音，前两项为主要噪音，其中低频敲击声为主要考量的噪音；（2）在噪音发生前，主变二次側三相电流即含有明显谐波成分；（3）在噪音发生前、后，主变二次侧三相电流一直无法稳定成纯正弦；（4）在电弧炉稳态操作时，系统各电流波形为正弦平衡，显示SVC的稳态补偿响应理想；（5）在炉变投入后，电弧炉尚未操作时，一号主变压器电流波形含有大量谐波电流。主变一次侧有7次谐波（350Hz）侵入，主变二次侧有直流成分（此时电弧炉未运转）；（6）噪音产生瞬间主变二次侧有急速不平衡电流流出，其中b相电流特别大，与电弧炉b相吸收电流一致。绕组变形试验结果如下：高压各相测试数据，与原出厂数据基本一致；低压各相与原出厂数据比较，发现在0～100kHz频段的波峰波谷幅值有差异。

2.2 结果分析

由于钢厂大型电炉在打孔期和熔化期电弧长度急剧变化，引起无功负荷急剧波动，其工作短路功率为电炉变压器额定功率的两倍左右，其最大波动无功为电炉变压器额定功率的1.5倍左右。无功的急剧波动引起电网电压的急剧波动，其波动频率一般为1～15Hz，影响到晶闸管设备的稳定运行。晶闸管元件产生了不对称的直流分量，引起变压器铁芯回路的直流偏磁，噪声变大。据统计，当流经主变中性点的直流分量达到几个安培甚至零点几个安培时，变压器的噪音增幅就能达到10dB以上。具体的增量与当时铁芯的饱和程度有关。而带上电弧炉或精炼炉负载后，由于电弧炉在冶炼过程中产生的短路电弧电流幅值大且变化较快，体现在降压变上，就是在载流线圈中流经了一个冲击性的负载电流，即在正常的噪声基础上，叠加了一个脉动的噪声。

噪音产生瞬间主变二次侧有急速不平衡电流流出，其中b相电流特别大，与电弧炉b相吸收电流一致。主要是电弧炉炼钢初融期急速吸收急速不平衡电流时导致主变三相绕组的漏磁通不平衡扰动，此急速漏磁通不平衡可能为：（1）扰动激发一号主变压器线圈应力不均衡机械振动而产生敲击声；（2）激发一号主变压器线圈外接导体产生均衡机械振动而产生敲击声；（3）激发一号主变压器整体机构（由铁芯至外壳）共振产生敲击声。变压器铁芯为非常紧密连接装置，不应发出敲击声响，变压器铁芯磁饱合现象一定得与敲击噪音有关。

2.3 改善措施

电弧炉在冶炼过程中前期、中期、后期的运行特性均不相同，功率因数、谐波、三相电流不对称度等电能质量参数均不相同，不能仅采用95%概率值来衡量电能质量，最大值情况下是否满足电能质量要求仍需SVC厂家确认。SVC厂家提供的测试报告中测试点为220kV进线（PCC点），电压信号取自PT二次接线端子，电流信号取自CT二次回路接线端子，建议厂家在35kV计量柜中进行测量。SVC的补偿点由一号主变220kV侧改至二次35kV侧应有助于一号主变噪音降低。电弧炉运行中的短路电弧电流（即脉动电流），在变压器中引起线圈及结构件的暂态振动，直接的外部表现即为脉动噪声；对变压器而言，线圈在轴向上的长期往返振动，使得线圈绝缘产生反复形变，可能会引起线圈导线的绝缘损坏，对变压器的安全运行是不利的。建议对变压器加强其绕组变形的测试，特别是在前期，密切监测其变化趋势，若连续监测发现其稳定后，可适当放宽监测周期。针对脉动电流的影响，建议在适当的时候，对变压器的线圈进行加压处理，即在现场对变压器线圈进行重新压紧，以降低其运行风险。

3 结语

针对该钢厂主变噪音异常现象，从噪音试验、音频试验、绕组变性试验等结果进行分析，确认主变噪音主要是由直流电流和谐波的影响造成的。钢厂需从源头治理谐波，提高电能质量，从而降低变压器噪音。

参考文献

[1] 蒋长庆，朱伯铭.关于变压器噪音的分析及其降低方法[J].南京师范大学学报，1995，（2）.

[2] 董志刚.变压器的噪音[J].变压器，1995，（1）.

[3] 宁亮，徐小军.主变噪音异常及案例分析[J].江西电力职业技术学院学报，2010，（2）.

作者简介：鲁晓莉（1980-），女，江苏徐州人，江苏科能电力工程咨询有限公司注册电气工程师，研究方向：变电站一次专业。