电网电能质量与变压器振动噪声的关联性研究＊

亢泽阳，罗超威，张建凯，房建彬，王宇凡，王铁彪，靳永春

（武汉理工大学能源与动力工程学院，湖北武汉430063）

电网电能质量与变压器振动噪声的关联性研究＊

亢泽阳，罗超威，张建凯，房建彬，王宇凡，王铁彪，靳永春

（武汉理工大学能源与动力工程学院，湖北武汉430063）

在我国社会经济快速发展建设的过程中，人们生活用电猛增。在高压直流输电技术越来越完善的情况下，电力电压器出现振动噪声问题也越来越严重。电力变压器作为电力系统内主要设备，一旦出现振动噪声，则会造成变压器出现直流偏磁的情况。电力变电站在市区内的建设逐渐增多，变压器也逐渐安装到住宅区，变压器噪声所造成的环境问题也越来越突出。对电网电能质量与变压器振动噪声关联性进行了分析和研究，解决了变压器振动噪声问题，有效提升了电网电能质量，推动了电网的进一步发展建设。

电网；电能质量；变压器；振动噪声

变压器在故障状态下运行，振动噪声就会明显增加，甚至还会出现变压器异常。一旦变压器出现振动噪声，电网电能质量就会受到影响，危害人们的身体健康。因此，电网电能质量与变压器振动噪声之间存在一定的关联性，在提升电网电能质量方面具有重要意义。

1 变压器振动噪声危害

在电网改造深入开展的情况下，变电站也开始逐渐出现在人们生活中。在这种情况下，变压器所出现的振动噪声问题更加突出。噪声对人们存在较大的危害，尤其是人们长期处于噪声之中，会出现以下危害：①听力下降。根据有关部门研究结果表明，人耳长期处于噪声环境之中，听力是否遭受到损伤与持续时间有着紧密关联，尤其是噪声系数超过85 db时，人出现噪声性耳聋疾病可能性为5%.②干扰睡眠。面对考试压力的学生处于噪声环境下，难以集中精神，尤其是在中考、高考时间内，我国政府部门都会对噪声进行治理，减小噪声对学生所造成的影响；③危害中枢神经系统。人们长期处于噪声环境中会出现耳痛或头痛，导致记忆力下降，造成中枢神经系统遭受损害[1]。变压器噪声系数相对较低，大部分属于低频噪声，会对人体造成慢性损伤，长期存在于日常生活中，甚至会造成人丧失理智、神经衰弱等。孕妇要是长期处于变压器噪声环境内，胎儿发育也会受到影响[2]。

2 变压器噪声原理

2.1 变压器噪声产生的原因

按照变压器运行的实际情况，变压器出现的噪声主要分为冷却系统噪声和本体噪声，这2种噪声都会造成变压器电磁场出现变化。变压器铁心由硅钢片制成，在磁场发生变化的情况下，会出现伸缩问题，进而造成铁心出现振动问题。

2.2 噪声的测量方法

现阶段，主要有2种测量方法，分别为声压法和声强法。

2.2.1 声压法

声压法在实际应用中主要借助生源向空气发射噪声，无法对回声及合成噪声进行测量，所以，对于环境要求相对较为严苛。在理想情况下，除了反射面之外，在整个检测环境内并不包含任何反射物体，检测设备可以在检测环境内自由运动。因此，声压法在应用时，需要在专门检测室内完成检测任务，这样才能够保证测量数据结果精确。

2.2.2 声强法

声强法主要是在微音器之间测量声压所出现的变化，借助有限差分析方式对声波振动速度进行了解。声强法是将测量空间内声强与面积相乘，进而可了解噪声功率。

3 变压器振动噪声仿真计算

3.1 Comsol

Comsol作为有限元数值仿真软件，在多个领域研究内得到了广泛应用。Comsol在应用时具有良好剖分能力，且具有专门的数据库，尤其是对于物理场之间的计算，Comsol可以有效提升手机性能，有效提升设备的安全性能。

3.2 有限元仿真

变压器在空载运行情况下，变压器振动噪声主要是由于铁心振动所造成，绕组所出现的振动可以忽略不计。正常情况下，变压器主要具有2种运行模式，分别为负载运行及空载运行，变压器所出现的励磁电流主要受到主磁通影响，所以，变压器振动噪声基本上保持不变。因此也可以认为，变压器在任何状态下运行所出现的振动噪声基本相同。在仿真模型研究中，主要对空载状态下变压器振动噪声进行分析。

4 完善变压器振动噪声控制

4.1 变压器噪声声源控制

按照现阶段的情况，想要降低变压器本身振动噪声，主要采取以下2方面的措施：①选择优质硅钢片作为变压器铁心。根据研究人员研究结果，高导磁硅钢片在变压器内应用时，变压器振动噪声可以降低4 db左右。采取光照射控制形式对高导硅钢片的运行进行控制，变压器振动噪声可以降低8 db左右，硅钢片内硅含量可以超过7%，且在变压器内应用时，变压器噪声降低更加明显。②降低变压器铁心工作磁密。按照研究结果，变压器铁心工作磁密应控制在1.8 t内，磁密降低0.1 t，变压器振动噪声就会降低3 db。需要特别注意的是，变压器铁心磁密降低系数需要控制在合理范围内，变压器运行质量及效率才能得到有效保证。

4.2 控制噪声传播途径

按照变压器本体降低振动噪声的方式，所能降低的振动噪声仅仅为15 db，但是变压器安装到居民区后，噪声就需要控制在50 db范围内。要是仅仅降低变压器本体振动噪声，上述内容难以实现，所以，必须对噪声传播途径进行控制，这样振动噪声才能够控制在合理范围内。现阶段，噪声传播途径在控制范围内，主要采取组装式隔声壁。

5 结论

本文对电网电能质量与变压器振动噪声关联性进行了分析研究，通过仿真计算形式对变压器振动噪声进行了有效控制，降低了变压器振动噪声对人们生活所造成的影响，提升了电网电能传输质量。在研究之后笔者认为，对变压器振动噪声进行理论分析，可以了解变压器振动噪声来源，进而了解变压器振动噪声控制形式，分别从噪声声源控制与噪声传播途径控制落实，有效降低变压器振动噪声。本文虽然进行了较为全面的分析和研究，但电网电能质量与变压器振动噪声之间存在十分紧密的关联，需要进一步分析和研究。

［1］祝丽花，杨庆新，闫荣格，等.考虑磁致伸缩效应电力变压器振动噪声的研究［J］.电工技术学报，2013（04）.

［2］何苗忠，王丰华，钱国超，等.基于.NET框架的变压器振动噪声综合分析系统设计与开发［J］.电力系统自动化，2017（01）.

［3］张静文，王颖.基于Web的变压器振动噪声在线监测系统的研究与实现［J］.电力信息化，2010（02）.

TM41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.019

2095－6835（2017）14－0019－02

亢泽阳（1996—），男，武汉理工大学能源与动力工程学院2014级本科生，轮机工程专业，研究方向为轮机工程、机械（第一作者）。罗超威（1997—），男，武汉理工大学能源与动力工程学院2014级本科生，轮机工程专业（第二作者）。张建凯，男，武汉理工大学能源与动力工程学院2014级本科生，轮机工程专业。房建彬，男，武汉理工大学能源与动力工程学院2014级本科生，轮机工程专业。王宇凡，男，武汉理工大学能源与动力工程学院2014级本科生，轮机工程专业。王铁彪，男，武汉理工大学能源与动力工程学院2014级本科生，轮机工程专业。靳永春，男，武汉理工大学能源与动力工程学院2015级本科生，轮机工程专业。

〔编辑：张思楠〕

武汉理工大学自主创新基金项目（编号：2017-ND-B1-09）