降低變壓器鐵心噪聲的工藝措施

孟丹

摘要：城區(qū)的不斷擴(kuò)大以及電網(wǎng)改造的需要，某些變壓器要求安裝在靠近居民區(qū)或直接設(shè)在居民區(qū)內(nèi)，為保證良好的居住環(huán)境，變壓器的噪聲問(wèn)題作為一種社會(huì)公害頁(yè)已經(jīng)引起各使用單位和制造廠的普遍關(guān)注。本文首先分析了變壓器本體振動(dòng)的來(lái)源，然后分析了影響鐵心產(chǎn)生噪聲的因素，最后提出了降低變壓器鐵心噪聲的工藝措施。

關(guān)鍵詞：變壓器；振動(dòng)；鐵心；噪聲；夾緊力

一、變壓器本體振動(dòng)的來(lái)源

試驗(yàn)和研究表明，變壓器本體振動(dòng)的主要源于以下幾個(gè)方面：

1、由于硅鋼片在鐵心勵(lì)磁時(shí)的磁滯伸縮現(xiàn)象而引起的鐵心振動(dòng)。磁滯伸縮是指鐵心勵(lì)磁時(shí)，在垂直于磁感線方向硅鋼片的尺寸縮小，而在沿磁感線方向硅鋼片的尺寸增加，這種硅鋼片的尺寸變化稱為磁滯伸縮。

2、繞組中通過(guò)負(fù)載電流時(shí)，繞組間、線餅間、導(dǎo)線間產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電磁力引起繞組振動(dòng)。

3、漏磁引起油箱壁以及大型電力變壓器的磁屏蔽的振動(dòng)。

4、由于漏磁，在硅鋼片接縫處和疊片之間會(huì)產(chǎn)生電磁力，從而導(dǎo)致鐵心的振動(dòng)。

因此，可以認(rèn)為，變壓器本體的振動(dòng)完全取決于鐵心的振動(dòng)。

二、影響鐵心產(chǎn)生噪聲的因素

（一）硅鋼片的磁滯伸縮對(duì)噪聲的影響

鐵心在勵(lì)磁時(shí)，硅鋼片的磁滯伸縮導(dǎo)致鐵心產(chǎn)生噪聲或者更進(jìn)一步說(shuō)是造成變壓器本體噪聲的最主要也是最直接的根源。因此，加強(qiáng)對(duì)磁滯伸縮的激勵(lì)及磁滯伸縮有關(guān)的各種因素的研究，以便采取有效的技術(shù)措施，使硅鋼片的磁滯伸縮得到控制和減小，是控制、降低變壓器鐵心及本體噪聲的最可靠也最有效的方法。

（二）鐵心結(jié)構(gòu)及幾何尺寸對(duì)噪聲的影響。

鐵心結(jié)構(gòu)形式，外形尺寸，重量，轉(zhuǎn)交部位的接縫形式，心柱和鐵軛的相對(duì)搭接面積等都與鐵心的噪聲水平有著密切而復(fù)雜的關(guān)系。

（三）鐵心裝配工藝對(duì)噪聲的影響

鐵心在交變磁場(chǎng)下會(huì)產(chǎn)生兩種形式的振動(dòng)，磁滯伸縮振動(dòng)和磁動(dòng)態(tài)振動(dòng)。第一種形式的振動(dòng)是由電工硅鋼片的機(jī)械性能決定的。第二種形式的振動(dòng)是由接縫附近的曾與曾之間的硅鋼片相互作用而引起的。這兩種振動(dòng)形式之間的數(shù)量關(guān)系取決于硅鋼片的夾緊程度。鐵心的噪聲水平隨鐵心所受夾緊力的增大而升高；隨鐵心所受拉伸力的增大而降低。鐵心的夾緊力在某一最佳值時(shí)，鐵心的噪聲水平最低。

（四）諧振對(duì)鐵心噪聲的影響

變壓器鐵心是一個(gè)多自由度的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率多種多樣，當(dāng)鐵心磁滯伸縮振動(dòng)的基頻和二、三次高頻的頻率與鐵心的固有振動(dòng)頻率的值相接近時(shí)，鐵心便會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，從而影響到鐵心的噪聲，使鐵心的噪聲大幅度增高。

三、降低變壓器鐵心噪聲的工藝措施

（一）采用全斜接縫和多級(jí)步進(jìn)（一般采用五級(jí)步進(jìn)）的鐵心疊片技術(shù)

該工藝技術(shù)在中小型變壓器中得到廣泛采用，隨著對(duì)大型電力變壓器噪聲要求的提高，近年來(lái)逐步在大型電力變壓器制造工藝中推廣。全斜接縫的鐵心技術(shù)是20世紀(jì)90年代后期發(fā)展推廣的一種新型工藝技術(shù)，該技術(shù)根據(jù)鐵心中磁力線的走向，特別在鐵心四角采用斜線，使磁通所受阻力減小，降低鐵心損耗和噪聲。由于磁力線與冷軋硅鋼片的壓延方向的夾角α對(duì)磁致伸縮有直接影響，硅鋼片制造廠家的試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)50°≤α≤60°時(shí)，磁致伸縮最小。因結(jié)構(gòu)限制，變壓器鐵心全斜接縫一般為45°。

為什么采用五級(jí)步進(jìn)疊片能夠降低鐵心損耗和噪聲呢？ 因?yàn)橄鄬?duì)于兩級(jí)步進(jìn)而言，一個(gè)接縫截面上每10 個(gè)疊片單元，就有5個(gè)接縫；而五級(jí)步進(jìn)只有2個(gè)接縫，磁力線集中的區(qū)域減少，在接縫處磁通分布較均勻，又使氣隙中的磁通密度大大降低，從而有效降低了接縫處由磁吸力引起的噪聲。本體噪聲大部分來(lái)源于鐵軛的振動(dòng)，增加鐵軛末級(jí)（最小級(jí)）片寬與倒數(shù)第二級(jí)一樣，可以增大鐵軛的截面，降低其磁通密度；增加末級(jí)片寬，也能增大夾件與鐵軛的接觸面積，使鐵軛受力均勻，增加夾緊力，綜合兩個(gè)因素，能夠有效降低噪聲。

（二）提高大型電力變壓器鐵心夾緊力和綁扎力

鐵心夾緊力應(yīng)在0.25～0.37 MPa，220 kV級(jí)以上的大型電力變壓器更應(yīng)控制在0.31～0.37 MPa，使鐵心片的彎曲不大于0.2%，波浪度<3 mm。試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明，改善鐵心夾緊力能夠使變壓器的噪聲降低3～5 dB。但是夾緊力不能太大，否則會(huì)破壞硅鋼片漆膜，使鐵心渦流損耗增加。夾緊具體操作過(guò)程：分別用兩個(gè)G 形卡子卡住上下軛，旋緊絲杠，保證鐵心壓緊后，再安裝橫梁、墊腳和側(cè)梁，可通過(guò)力矩扳手合理控制夾緊力。夾件緊固時(shí)，鐵軛上下的橫梁和墊腳與拉帶緊固同時(shí)進(jìn)行，保證夾件上下受力均勻。

對(duì)于鐵心心柱的綁扎，本工藝技術(shù)采用國(guó)外最新發(fā)明的一種新型綁扎材料——鐵心PET綁扎帶。該綁扎技術(shù)為近年發(fā)明的最新工藝技術(shù)，特別是將進(jìn)口聚酯材料 PET 綁扎帶應(yīng)用到電力變壓器鐵心綁扎工藝上，屬于技術(shù)創(chuàng)新。PET綁扎帶可用普通的打包機(jī)進(jìn)行打包綁扎。鐵心綁扎PET綁扎帶后，在變壓器鐵心烘干過(guò)程中，PET 綁扎帶能夠受熱而收縮，比傳統(tǒng)環(huán)氧玻璃粘帶綁扎更緊，從而減小變壓器鐵心的振動(dòng)噪聲。

（三）改進(jìn)鐵心結(jié)構(gòu)

這對(duì)降低噪聲是極為重要的，在對(duì)鐵心的基本尺寸進(jìn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)注意使其尺寸關(guān)系的比例系數(shù)越小越好。研究和試驗(yàn)表明，低噪聲變壓器鐵心在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小窗高 H 與心柱直徑 D1 的比值，比值每降低 10%，噪聲將降低 5.7dB。這就是說(shuō)應(yīng)該盡量將低噪聲變壓器設(shè)計(jì)成矮粗形，但這種情況成本會(huì)有所增加。

為了降低鐵心的噪聲，ABB 公司的經(jīng)驗(yàn)是：每級(jí)的鐵軛與心柱片寬之比與它們的截面積之比應(yīng)該完全相等。這樣可避免磁通由心柱進(jìn)入鐵軛時(shí)，產(chǎn)生垂直于硅鋼片表面的漏磁通而引起噪聲的增大。

冷軋硅鋼片具有方向性，為了有效并充分利用這個(gè)特點(diǎn)，在片型和搭接設(shè)計(jì)時(shí)，需使用無(wú)孔鐵心片結(jié)構(gòu)，并且采用 45 度全斜接的接縫形式，以此降低鐵芯片的磁滯伸縮率。研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，在接縫結(jié)構(gòu)方面，當(dāng)設(shè)計(jì)為階梯接縫時(shí)，在鐵心轉(zhuǎn)角處，磁通的分布得到改善，所以轉(zhuǎn)角處的磁滯伸縮比搭接和對(duì)接時(shí)既小又均勻，大約可降低鐵心噪聲 3% -4%。

（四）鐵心端面刷膠

在大型電力變壓器鐵心端面上涂環(huán)氧膠或聚酯膠，可增加鐵心表面張力約束，也可以起到減少磁致伸縮量，降低噪聲的作用。例如J-7雙組分改性環(huán)氧專用膠是適用于變壓器行業(yè)的一種專用新型膠，用于變壓器鐵心端面涂刷。該膠不溶于變壓器油，刷膠后使鐵心端面形成一個(gè)剛性整體，減少鐵心片間振動(dòng)，降低變壓器噪聲。刷膠涂層厚度一般以50～100 μm 為宜，太薄降噪效果不明顯，太厚又影響鐵心散熱。

（五）采用先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝

采用先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝，盡可能減少在剪切硅鋼片、疊積鐵心等制造過(guò)程中，外界的因素對(duì)磁滯伸縮特性的不良影響。在剪切和疊積時(shí)，若不加注意，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，硅鋼片的磁滯伸縮率會(huì)增大。疊積完成后，綁扎帶的綁扎位置和夾緊力應(yīng)適當(dāng)，綁扎間隔不宜過(guò)大，綁扎帶要有足夠的夾緊力，并且夾緊力應(yīng)盡量均勻，保持疊片平直，避免疊片產(chǎn)生波浪狀變形。鐵心在起立及吊運(yùn)的過(guò)程中應(yīng)避免猛烈撞擊，以防產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。鐵心在疊積完成后，可采用在刀口面涂刷環(huán)氧樹脂的方法，通過(guò)樹脂的毛細(xì)滲入，使鐵芯片間較好地粘接在一起，降低硅鋼片的磁滯伸縮率。這些措施能使鐵心的噪聲降低 1-3dB。

（六）合理設(shè)計(jì)鐵心的尺寸，以免造成鐵心諧振

在鐵心設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇合理的鐵心尺寸，可以有效防止磁滯伸縮振動(dòng)的基頻及二、三次高頻的頻率與鐵心的固有振動(dòng)頻率一致，從而避免了諧振現(xiàn)象的發(fā)生。一般而言，只要鐵心的固有頻率小于磁滯伸縮基本頻率的三分之一，即小于 30H Z 就可以了。

結(jié)語(yǔ)

綜上，希望本文能對(duì)變壓器工藝人員起到一定的啟發(fā)借鑒作用，能夠推動(dòng)電力變壓器工藝技術(shù)進(jìn)步，工藝技術(shù)符合國(guó)家環(huán)保政策，具有很好的推廣價(jià)值。

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