亢澤陽(yáng)，羅超威，張建凱，房建彬，王宇凡，王鐵彪，靳永春

（武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢430063）

電網(wǎng)電能質(zhì)量與變壓器振動(dòng)噪聲的關(guān)聯(lián)性研究＊

亢澤陽(yáng)，羅超威，張建凱，房建彬，王宇凡，王鐵彪，靳永春

（武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢430063）

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展建設(shè)的過(guò)程中，人們生活用電猛增。在高壓直流輸電技術(shù)越來(lái)越完善的情況下，電力電壓器出現(xiàn)振動(dòng)噪聲問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。電力變壓器作為電力系統(tǒng)內(nèi)主要設(shè)備，一旦出現(xiàn)振動(dòng)噪聲，則會(huì)造成變壓器出現(xiàn)直流偏磁的情況。電力變電站在市區(qū)內(nèi)的建設(shè)逐漸增多，變壓器也逐漸安裝到住宅區(qū)，變壓器噪聲所造成的環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越突出。對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量與變壓器振動(dòng)噪聲關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分析和研究，解決了變壓器振動(dòng)噪聲問(wèn)題，有效提升了電網(wǎng)電能質(zhì)量，推動(dòng)了電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展建設(shè)。

電網(wǎng)；電能質(zhì)量；變壓器；振動(dòng)噪聲

變壓器在故障狀態(tài)下運(yùn)行，振動(dòng)噪聲就會(huì)明顯增加，甚至還會(huì)出現(xiàn)變壓器異常。一旦變壓器出現(xiàn)振動(dòng)噪聲，電網(wǎng)電能質(zhì)量就會(huì)受到影響，危害人們的身體健康。因此，電網(wǎng)電能質(zhì)量與變壓器振動(dòng)噪聲之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，在提升電網(wǎng)電能質(zhì)量方面具有重要意義。

1 變壓器振動(dòng)噪聲危害

在電網(wǎng)改造深入開(kāi)展的情況下，變電站也開(kāi)始逐漸出現(xiàn)在人們生活中。在這種情況下，變壓器所出現(xiàn)的振動(dòng)噪聲問(wèn)題更加突出。噪聲對(duì)人們存在較大的危害，尤其是人們長(zhǎng)期處于噪聲之中，會(huì)出現(xiàn)以下危害：①聽(tīng)力下降。根據(jù)有關(guān)部門(mén)研究結(jié)果表明，人耳長(zhǎng)期處于噪聲環(huán)境之中，聽(tīng)力是否遭受到損傷與持續(xù)時(shí)間有著緊密關(guān)聯(lián)，尤其是噪聲系數(shù)超過(guò)85 db時(shí)，人出現(xiàn)噪聲性耳聾疾病可能性為5%.②干擾睡眠。面對(duì)考試壓力的學(xué)生處于噪聲環(huán)境下，難以集中精神，尤其是在中考、高考時(shí)間內(nèi)，我國(guó)政府部門(mén)都會(huì)對(duì)噪聲進(jìn)行治理，減小噪聲對(duì)學(xué)生所造成的影響；③危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)。人們長(zhǎng)期處于噪聲環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)耳痛或頭痛，導(dǎo)致記憶力下降，造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)遭受損害[1]。變壓器噪聲系數(shù)相對(duì)較低，大部分屬于低頻噪聲，會(huì)對(duì)人體造成慢性損傷，長(zhǎng)期存在于日常生活中，甚至?xí)斐扇藛适Ю碇?、神?jīng)衰弱等。孕婦要是長(zhǎng)期處于變壓器噪聲環(huán)境內(nèi)，胎兒發(fā)育也會(huì)受到影響[2]。

2 變壓器噪聲原理

2.1 變壓器噪聲產(chǎn)生的原因

按照變壓器運(yùn)行的實(shí)際情況，變壓器出現(xiàn)的噪聲主要分為冷卻系統(tǒng)噪聲和本體噪聲，這2種噪聲都會(huì)造成變壓器電磁場(chǎng)出現(xiàn)變化。變壓器鐵心由硅鋼片制成，在磁場(chǎng)發(fā)生變化的情況下，會(huì)出現(xiàn)伸縮問(wèn)題，進(jìn)而造成鐵心出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題。

2.2 噪聲的測(cè)量方法

現(xiàn)階段，主要有2種測(cè)量方法，分別為聲壓法和聲強(qiáng)法。

2.2.1 聲壓法

聲壓法在實(shí)際應(yīng)用中主要借助生源向空氣發(fā)射噪聲，無(wú)法對(duì)回聲及合成噪聲進(jìn)行測(cè)量，所以，對(duì)于環(huán)境要求相對(duì)較為嚴(yán)苛。在理想情況下，除了反射面之外，在整個(gè)檢測(cè)環(huán)境內(nèi)并不包含任何反射物體，檢測(cè)設(shè)備可以在檢測(cè)環(huán)境內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)。因此，聲壓法在應(yīng)用時(shí)，需要在專門(mén)檢測(cè)室內(nèi)完成檢測(cè)任務(wù)，這樣才能夠保證測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果精確。

2.2.2 聲強(qiáng)法

聲強(qiáng)法主要是在微音器之間測(cè)量聲壓所出現(xiàn)的變化，借助有限差分析方式對(duì)聲波振動(dòng)速度進(jìn)行了解。聲強(qiáng)法是將測(cè)量空間內(nèi)聲強(qiáng)與面積相乘，進(jìn)而可了解噪聲功率。

3 變壓器振動(dòng)噪聲仿真計(jì)算

3.1 Comsol

Comsol作為有限元數(shù)值仿真軟件，在多個(gè)領(lǐng)域研究?jī)?nèi)得到了廣泛應(yīng)用。Comsol在應(yīng)用時(shí)具有良好剖分能力，且具有專門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)，尤其是對(duì)于物理場(chǎng)之間的計(jì)算，Comsol可以有效提升手機(jī)性能，有效提升設(shè)備的安全性能。

3.2 有限元仿真

變壓器在空載運(yùn)行情況下，變壓器振動(dòng)噪聲主要是由于鐵心振動(dòng)所造成，繞組所出現(xiàn)的振動(dòng)可以忽略不計(jì)。正常情況下，變壓器主要具有2種運(yùn)行模式，分別為負(fù)載運(yùn)行及空載運(yùn)行，變壓器所出現(xiàn)的勵(lì)磁電流主要受到主磁通影響，所以，變壓器振動(dòng)噪聲基本上保持不變。因此也可以認(rèn)為，變壓器在任何狀態(tài)下運(yùn)行所出現(xiàn)的振動(dòng)噪聲基本相同。在仿真模型研究中，主要對(duì)空載狀態(tài)下變壓器振動(dòng)噪聲進(jìn)行分析。

4 完善變壓器振動(dòng)噪聲控制

4.1 變壓器噪聲聲源控制

按照現(xiàn)階段的情況，想要降低變壓器本身振動(dòng)噪聲，主要采取以下2方面的措施：①選擇優(yōu)質(zhì)硅鋼片作為變壓器鐵心。根據(jù)研究人員研究結(jié)果，高導(dǎo)磁硅鋼片在變壓器內(nèi)應(yīng)用時(shí)，變壓器振動(dòng)噪聲可以降低4 db左右。采取光照射控制形式對(duì)高導(dǎo)硅鋼片的運(yùn)行進(jìn)行控制，變壓器振動(dòng)噪聲可以降低8 db左右，硅鋼片內(nèi)硅含量可以超過(guò)7%，且在變壓器內(nèi)應(yīng)用時(shí)，變壓器噪聲降低更加明顯。②降低變壓器鐵心工作磁密。按照研究結(jié)果，變壓器鐵心工作磁密應(yīng)控制在1.8 t內(nèi)，磁密降低0.1 t，變壓器振動(dòng)噪聲就會(huì)降低3 db。需要特別注意的是，變壓器鐵心磁密降低系數(shù)需要控制在合理范圍內(nèi)，變壓器運(yùn)行質(zhì)量及效率才能得到有效保證。

4.2 控制噪聲傳播途徑

按照變壓器本體降低振動(dòng)噪聲的方式，所能降低的振動(dòng)噪聲僅僅為15 db，但是變壓器安裝到居民區(qū)后，噪聲就需要控制在50 db范圍內(nèi)。要是僅僅降低變壓器本體振動(dòng)噪聲，上述內(nèi)容難以實(shí)現(xiàn)，所以，必須對(duì)噪聲傳播途徑進(jìn)行控制，這樣振動(dòng)噪聲才能夠控制在合理范圍內(nèi)?，F(xiàn)階段，噪聲傳播途徑在控制范圍內(nèi)，主要采取組裝式隔聲壁。

5 結(jié)論

本文對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量與變壓器振動(dòng)噪聲關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分析研究，通過(guò)仿真計(jì)算形式對(duì)變壓器振動(dòng)噪聲進(jìn)行了有效控制，降低了變壓器振動(dòng)噪聲對(duì)人們生活所造成的影響，提升了電網(wǎng)電能傳輸質(zhì)量。在研究之后筆者認(rèn)為，對(duì)變壓器振動(dòng)噪聲進(jìn)行理論分析，可以了解變壓器振動(dòng)噪聲來(lái)源，進(jìn)而了解變壓器振動(dòng)噪聲控制形式，分別從噪聲聲源控制與噪聲傳播途徑控制落實(shí)，有效降低變壓器振動(dòng)噪聲。本文雖然進(jìn)行了較為全面的分析和研究，但電網(wǎng)電能質(zhì)量與變壓器振動(dòng)噪聲之間存在十分緊密的關(guān)聯(lián)，需要進(jìn)一步分析和研究。

［1］祝麗花，楊慶新，閆榮格，等.考慮磁致伸縮效應(yīng)電力變壓器振動(dòng)噪聲的研究［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013（04）.

［2］何苗忠，王豐華，錢(qián)國(guó)超，等.基于.NET框架的變壓器振動(dòng)噪聲綜合分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2017（01）.

［3］張靜文，王穎.基于Web的變壓器振動(dòng)噪聲在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.電力信息化，2010（02）.

TM41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.019

2095－6835（2017）14－0019－02

亢澤陽(yáng)（1996—），男，武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院2014級(jí)本科生，輪機(jī)工程專業(yè)，研究方向?yàn)檩啓C(jī)工程、機(jī)械（第一作者）。羅超威（1997—），男，武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院2014級(jí)本科生，輪機(jī)工程專業(yè)（第二作者）。張建凱，男，武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院2014級(jí)本科生，輪機(jī)工程專業(yè)。房建彬，男，武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院2014級(jí)本科生，輪機(jī)工程專業(yè)。王宇凡，男，武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院2014級(jí)本科生，輪機(jī)工程專業(yè)。王鐵彪，男，武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院2014級(jí)本科生，輪機(jī)工程專業(yè)。靳永春，男，武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院2015級(jí)本科生，輪機(jī)工程專業(yè)。

〔編輯：張思楠〕

武漢理工大學(xué)自主創(chuàng)新基金項(xiàng)目（編號(hào)：2017-ND-B1-09）