三相油浸式电力变压器噪声与振动特性分析

潘纪良，吴晓文，胡胜，陈湘波，唐奇

(1.国网湖南省电力公司湘潭供电分公司，湖南湘潭411105；

2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

三相油浸式电力变压器噪声与振动特性分析

潘纪良1，吴晓文2，胡胜2，陈湘波1，唐奇2

(1.国网湖南省电力公司湘潭供电分公司，湖南湘潭411105；

2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

以某220 kV变电站三相油浸式电力变压器为研究对象，在调试阶段，分别测量变压器空载和负载状态下的噪声与振动，研究了变压器时频域噪声与振动特性，分析结果表明:变压器空载与负载状态下的噪声与振动特性存在较大差异，负载状态下变压器噪声与振动更为显著，且振动主频发生改变，应以变压器调试阶段的噪声数据为参考依据进行新建变电站噪声预测。

变压器；噪声；振动；频谱特性

近年来，随着城市规模的快速发展以及用电量大幅增长，越来越多的变电站建于商业区以及居民区附近，变电站噪声问题逐渐受到民众的关注〔1〕。变压器作为变电站的主要噪声源，其噪声水平的高低，已经成为衡量变压器生产厂家设计和制造水平的重要指标。开展变压器噪声与振动检测对于变电站噪声预测、变压器噪声控制以及变压器状态评价均具有重要意义。

目前，关于变压器噪声与振动特性的研究已有许多成果报道。文献〔2－5〕在实验室内开展了变压器噪声与振动测试，分析了变压器铁芯与绕组的噪声与振动特性；文献〔6－8〕现场测试了变压器油箱表面的噪声与振动信号，并以此判断变压器绕组与铁芯的运行状况；文献〔9〕对室内220 kV主变声压级进行了测试并提出了噪声控制措施。然而，关于变压器投运初期的噪声与振动特性研究尚少见报道。与变压器实验室内及长期运行后的噪声与振动检测数据相比，投运初期的噪声与振动数据更加具有参考价值。

本文以某220 kV变电站三相油浸式电力变压器为研究对象，给出噪声与振动测试方法，在变压器调试阶段，对变压器空载和负载条件下的噪声与振动特性进行测试与分析。

1 测试方法

被测主变为三相油浸式有载调压变压器，额定容量为180 MVA，冷却方式为自然冷却。变压器噪声与振动测点布置方式如图1所示。测点采用对称布置方式，在主变周围共布置6个噪声测点，距离主变0.3 m，位于1/2主变高度。主变共设置振动测点5个，测点2—4位于1/2主变高度，分别对应主变A，B，C三相绕组位置。为了提高对绕组振动的检测准确性，减低振动传播过程中结构非线性的影响，振动传感器采用磁座吸附在变压器油箱表面远离加强筋与焊缝的平板位置。

分别采用某公司4189型自由场传声器与4534－B－001型加速度传感器测量变压器噪声与振动信号，采用12通道3053型采集模块进行同步信号采集，采样频率设置为65 536 Hz，采样时间为10 s。

图1 变压器噪声与振动测点布置

2 空载变压器噪声与振动测试与分析

变压器调试期间，首先需要进行若干次空载冲击试验。与长期运行变压器不同，调试期间变压器铁芯与绕组结构振动未达到平稳状态，因此，初次冲击试验时变压器噪声水平最高，可达80 dB(A)以上。随着冲击次数的增加，主变噪声逐渐降低并趋于平稳。选择空载冲击过后变压器进入稳定运行时进行噪声与振动测试。

2.1 变压器空载噪声

以测点1为例，变压器噪声信号时频域波形如图2所示。可以看出，由于变压器初次投运，各部件振动尚未达到稳定状态，因此其噪声信号波形周期性不明显，噪声频率主要集中在1 kHz范围内，以200 Hz与500 Hz频率分量为主频，50 Hz及其奇次谐波含量较高。与长期稳定运行变压器噪声信号相比，初次投运变压器噪声信号波形复杂度更高。

图2 变压器空载噪声信号时频域波形

各测点等效A声级LpA测试结果见表1所示。由表1可以看出，变压器不同位置噪声水平存在较大差异。由于散热片的遮挡作用，主变正面噪声水平较低，噪声最小值为58.8 dB(A)。主变两侧噪声水平较高，最大噪声为65.7 dB(A)，造成该现象的原因在于主变两侧防火墙对变压器噪声具有反射作用，入射噪声与反射噪声在防火墙与变压器之间形成叠加效应，导致该位置主变噪声明显增大。

表1 主变空载声压级测试结果dB(A)

2.2 变压器空载振动

测点1处变压器振动信号时频域波形如图3所示。由图3(a)中可以看出，由于加速度传感器直接与变压器箱体接触，检测结果不易受到外界环境因素的干扰，因此，与变压器噪声信号相比，振动信号周期性更为明显，其振动周期约为0.02 s，振动加速度幅值最高为1.613 m/s2。由振动信号频谱波形图可以看出，空载条件下变压器测点1位置振动频率主要为150 Hz，300 Hz，500 Hz以及800 Hz，随着上述频率的提高，加速度幅值逐渐降低，同时频谱中也存在较多的50 Hz倍频分量，但幅值普遍较低。通过与噪声信号频谱的对比可见，二者频谱中存在较多的共同频率，但振动信号的频谱复杂度较低，由于不存在空气传播过程中的衰减作用，500 Hz以上高次谐波幅值相对更高。由于变压器噪声是其箱体不同位置振动综合作用的结果，因此，尽管噪声与振动信号存在较多共同频率但二者频率仍存在较大差异。

图3 变压器空载振动信号时频域波形

3 带负载变压器噪声与振动测试与分析

3.1 变压器负载噪声

变压器高压侧电流为100 A时，变压器测点1位置噪声信号时频信号波形如图4所示。可以看出，与图2(a)相比，经过一段时间带负载运行后变压器噪声信号周期性更加明显且幅值变化较为平稳，信号周期约为0.02 s。相应的变压器噪声信号频谱如图2(b)所示。与空载情况相比，带负载运行时变压器噪声信号频谱变化较大，此时信号主频为500 Hz且幅值较高，但200 Hz频率能量所占比例大幅降低，主要原因在于，空载时变压器振动主要来源于铁芯磁致伸缩效应，而带负载运行后变压器振动则由铁芯与绕组共同产生，二者相互作用使得某些频率噪声信号的能量发生变化。

图4 变压器负载噪声信号时频域波形

带负载运行时，变压器各测点噪声检测结果如表2所示。各测点中噪声最大值出现在变压器侧面测点6位置，为72.5 dB(A)。变压器正面测点噪声水平较低，最低噪声为64.3 dB(A)。与空载条件下噪声情况相比，负载条件下变压器噪声水平较高，各测点噪声增加2.4～7.9 dB(A)。

表2 主变负载声压级测试结果dB(A)

3.2 变压器负载振动

图5 变压器负载振动信号时频域波形

变压器带负载运行时振动信号时频域波形如图5所示。由图5(a)可以看出，带负载运行条件下，变压器振动信号具有明显的周期性，振动幅值较空载运行时显著增大，振动加速度幅值最高为4.355 m/s2。带负载运行时变压器振动信号频谱如图5(b)所示，变压器主频为550 Hz，频谱范围主要集中在1 kHz以内，550 Hz以上振动信号幅值逐渐降低的趋势，频谱中150 Hz，300 Hz以及500 Hz频率分量幅值较高。与图3(b)对比可以看出，考虑变压器绕组振动后，变压器相同测点振动信号频谱发生较大变化，具体体现在信号主频发生变化，相同频率点(如100 Hz，150 Hz，300 Hz以及500 Hz等)幅值出现明显增加现象。上述现象表明，在变压器初次投运阶段，绕组振动对变压器振动幅值及频谱分布具有较大影响。此外，由于变压器调试阶段噪声相对于长期运行时更为突出。因此，在进行新建变电站噪声预测时，以调试阶段的变压器噪声水平进行计算，更能反映出变压器刚投运时的噪声水平，对实现新建变电站噪声达标具有实际意义。

4 结论

本文以某220 kV变电站三相油浸式电力变压器为研究对象，在调试阶段，对变压器空载和负载条件下的噪声与振动特性进行了测试与分析，主要得出以下结论:

1)调试阶段的变压器空载状态下，其噪声信号周期性不明显，频谱复杂度较高，与振动信号相比，其频谱存在较大差异；

2)调试阶段的变压器空载与负载，其噪声与振动信号频率均集中在1 kHz以内，但带负载运行阶段噪声与振动信号幅值更高，绕组振动对变压器噪声与振动幅值及频谱分布具有较大影响；

3)由于调试阶段的变压器各部件振动尚未达到稳定状态，因此该阶段变压器噪声水平相对较高。为确保新建变电站投产即噪声达标，应以调试阶段变压器带负载状态下的实测噪声值而非长期运行后的噪声实测数据进行变电站噪声预测和噪声控制。

〔1〕裴春明，吴晓文，胡胜，等.750 kV变电站可听噪声特性及分布规律〔J〕.高压电器，2016，52(1):101-105.

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〔3〕汲胜昌，程锦，李彦明.油浸式电力变压器绕组与铁心振动特性研究〔J〕.西安交通大学学报，2005，39(6):616-619.

〔4〕莫娟，张霞，袁建生.变压器空载与短路噪声频谱特性分析〔J〕.电工电能新技术，2015，34(2):76-80.

〔5〕顾晓安，沈密群，朱振江，等.变压器铁心振动和噪声特性的试验研究〔J〕.变压器，2003，40(4):1-4.

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〔7〕程锦，李延沐，汲胜昌，等.振动法在线监测变压器绕组与铁心状况〔J〕.高电压技术，2005，31(4):43-48.

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〔9〕陈晓东，陈锦栋.浅析220 kV室内变电站的噪声控制〔J〕.噪声与振动控制，2013，33(6):220-223.

Analysis of audible-noise and vibration characteristics of a three-phase oil-immersed power transformer

PAN Jiliang1，WU Xiaowen2，HU Sheng2，CHEN Xiangbo1，TANG Qi2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Xiangtan Power Supply Company，Xiangtan 411105，China；
2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

In this paper，the audible-noise and vibration signals of a 220kV three-phase oil-immersed power transformer are measured in no-load and loading conditions when it is in the debugging stage.The time-domain and frequency-domain characteristics of the audible-noise and vibration signals are analyzed.The coherence analysis between the audible-noise and vibration signals is also carried out.The result shows that large discrepancy exists between the audible noise and vibration characteristics in no-load and load conditions.The amplitudes of audible noise and vibration signals of transformer in load conditions are more obvious，and their main frequency changes.The noise level of transformer in the early operation stage should be used for substation noise prediction before it is constructed.The conclusions can be referred for substation noise prediction and the audible-noise control of three-phase oil-immersed power transformers.

transformer；audible-noise；vibration；spectral characteristics

TM411.2

B

1008-0198(2017)01-0066-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.01.017

潘纪良(1982)，男，汉族，湖南湘潭人，工程师，主要从事变电运维方面的工作。

2016-07-15 改回日期:2016-07-27