探索电力变压器噪声的主动控制
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摘要：本文主要介绍了变压器噪声产生机理以及研究控制方法，并对电力变压器噪声的主动控制进行了研究。
关键词：电力变压器，噪声，主动控制
前言
随着我国国民经济和社会科学技术的发展，我国的电力系统也有了很大的发展。然而随着用电量的不断增加，变压器在运行的时候发出的噪声也在一定程度上对环境造成污染，并且危害着人类健康，对人们的正常工作和生活造成了很大的影响，所以探索电力变压器噪声的控制方法具有非常重要的现实意义。
一、变压器噪声产生机理
变压器的噪声声源分为本体噪声和冷却系统噪声。本体噪声主要来源于硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动以及硅钢片接缝处和叠片之间存在因漏磁而产生的电磁吸引力。冷却装置的嗓声主要来源于冷却风扇和变压器油泵在运行时产生的振动以及本体的振动会通过变压器油、管接头等零件传递给冷却装置，使冷却装置的振动加剧，辐射噪声加大。
电力变压器噪声是由于变压器本体的振动和冷却系统风扇的空气流动产生的。具体来说，电力变压器噪声共有四个声源，一是铁心，二是绕组，三是油箱（包括磁屏蔽），四是冷却系统的振动共同产生的，即空载、负载和冷却系统引起的噪声之和。铁心产生噪声的原因是构成铁心的硅钢片在交变磁场的作用下，会发生微小的变化即磁致伸缩，磁致伸缩使铁心随励磁频率的变化做周期性振动。绕组产生振动的原因是电流在绕组中产生电磁力，漏磁场也能使结构件产生振动。
1.变压器本体的噪声
在变压器的噪声来源于变压器本体和冷却系统两个方面。变压器本体振动产生噪声的根源在于：（一）硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动。（二）硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产乍的电磁吸引力引起铁心的振动。（三）当绕组中有负载电流通过时，负载电流产生的漏磁通在绕组导体间产生电磁力引起绕组的振动。（四）负载电流产生的漏磁通引起油箱壁（包括磁屏蔽等）的振动。
变压器的额定工作磁密通常取1.5～1.75T.国内外研究和试验均证明，在这样的磁密范围之内，负载电流产生的漏磁引起的绕组、箱擘的振动比硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动要小得多，也可以忽略。这就是说变压器本体的振动完伞取决于铁心的振动，而铁心的振动可以看作完全是由硅钢片的磁致伸缩引起的。
2.冷却系统的噪声
变压器噪声的另一个主要来源是冷却系统，主要是潜油泵和冷却风扇运行时共同产生的.
二、变压器噪声的研究方法
变压器远场辐射噪声研究变压器远场辐射噪声水平是进行新变电站设计和老变电站改造的重要参数，该值受到了各国的普遍重视。变压器远场辐射噪声研究的途径可以分为实测数据统计分析和建立计算模型两种。
三、变压器噪声的控制方法
变压器的噪声控制方法可以分为从噪声源上降低噪声及增大噪声在传播过程中的衰减两大类。
1.降低变压器噪声的措施。
降低变压器噪声的措施有：（一）降低铁心磁密，在1.5～1.7T范围内，磁密每降低0.1T，噪声可降低l～3dB（A）；（二）采用磁致伸缩小的高导磁材料，选用高取向导磁硅钢片是减少磁致伸缩最有效的方法，在相同磁密下，磁致伸缩的大小还跟心柱与铁轭的接缝结构有关，铁心采用多级接缝比两级接缝空载噪声小；（三）防止和减少硅钢片在加工、生产过程中受到的机械撞击；（四）变压器噪声与硅钢片叠装质量密切相关，在铁心夹紧方面，应避免铁心接缝处存在尖角挠曲现象，并使得铁轭夹紧力均匀，在铁心叠片完成后，分别在铁心下部和上部接缝处涂环氧胶或聚酯胶。
2.变压器的消声措施。
噪声的产生不可避免，通过控制变压器噪声源降低噪声是有限的。所以，还要从噪声的传播途径考虑，使噪声在传播过程中得到衰减，以达到消声的目的。
（一）变压器制造方面的消声措施
（1）加缓冲装置。在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间放置防振胶垫，使铁心和磁屏蔽振动传到油箱时，由钢性连接变为弹性连接，减少振动，防止共振。在铁心和油箱定位处的螺杆与受力部件之间加入绝缘层压木，防止钢性接触而发出金属撞击产生的噪声。
（2）加隔音层降低噪声。根据油箱结构可将隔音板做成若干层，钢板内放吸音材料。采取完全消声油箱的办法，能够大幅度降低变压器噪声。
3.降低冷却装置噪声措施
一般来说，冷却系统噪声要高于变压器本体噪声。因此，要尽量选用自冷式变压器，这样可去除风扇和油泵的噪声。对大容量变压器而言，要尽量选用低噪声潜油泵和低转速风扇冷却器。也可根据负荷情况采用双速风扇，当负荷较小时，开启低速风扇或者不开风扇，当负荷较大时，开启高速风扇，这样噪声可相应地得到降低。
对变压器噪声频谱特性分析可知电力变压器的噪声能量主要集中在电网频率的偶数倍上，并且主要分布500Hz 以下。可以看出电力变压器噪声的线谱特性很明显，对于这类噪声的有源抵消可以用一种比较简单的方法―――陷波器法，就是在已知初级噪声频率的条件下，直接在存储器中存放正弦和余弦数据作为参考信号，用两个权系数的滤波器作为控制器。这种方法有着以下几点好处：（一）避免了从次级声源到参考传感器的声反馈，系统的稳定性大大加强。（二）避免了由于参考传感器采集声压信号所引入的非线性问题。（三）可以独立处理噪声每一个谐波分量。
1.单频自适应陷波器
单频自适应陷波器是用两个权系数达到同时调整单一频率正弦波的幅值和相位的目的，其优点是能够提供易于控制的带宽，极其深的零点，以及具有自适应的精确跟踪干扰的幅值和相位的能力。
2.多通道有源自适应陷波器法
对于变压器噪声而言需要消除多个频率的噪声才能达到良好的降噪效果，这就需要多通道的自适应陷波器，对于多频陷波器分为级联型和并联型两种，这里只讨论并联型的多通道自适应陷波器
五、计算机仿真研究
1.单通道变压器噪声抑制
采用LMS 算法对变压器的噪声的基频（100Hz）进行陷波消除。
2.多通道的变压器噪声抑制
经过大量的研究以及前面的讨论，可知变压器的噪声呈现低频特性，并且不是连续谱噪声，而是孤立的线谱噪声以及主要能量集中在500Hz 以下电网频率的偶数倍处，所以只要消除100Hz、200Hz、300Hz、400Hz 以及500Hz 处的噪声，那么对变压器的噪声的控制势必能达到令人满意的效果。下面采用多通道并联
型结构陷波器法对变压器的噪声进行控制，对变压器多个频率段噪声进行控制，对比前后两种情况可以看出变压器噪声能量比较大的几个频率处得到了明显的抑制。仔细分析在降噪后其他频率处的噪声有少量的增加，但是增加的量与消除的整个噪声相比是相当小的，所以对整个噪声控制系统的影响可以忽略。因此通过仿真可以看出整个噪声控制的效果是十分明显的。
六、电力变压器噪声控制研究的发展趋势
对于大型电力变压器降低噪声而言.应不断研究和完善变压器噪声的产生和传播理论、计算模型和测试方法。在噪声控制的工程实践中.一方面从噪声源出发。选用优质高取向硅钢片.在设计、工艺和安装等诸多方面采取有效措施.尽量减少振动的产生。使噪声得到控制：另一方面从噪声的传播途径着手，采取切实町行的措施，使噪声在传播过程中得到衰减，从而达到降低噪声的目的，满足人们对变压器噪声的要求。
结语
为了保证人们生产生活的安全有序进行，对变压器噪声的控制工作的研究非常必要。因此我们要了解变压器噪声的产生机理及控制方法，从而使噪声得到控制，达到降低噪声的目的。
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