低碳经济概念是以构筑低能耗、低污染为基础的经济发展体系, 低碳经济的实质在于提升和应用节能技术、能效技术、可再生能源技术等, 以促进产品的低碳开发和维持全球的生态平衡。
随着现代工业的发展, 世界范围内的高能耗、高污染现状越来越明显, 可持续发展受到严峻威胁与挑战, 为此世界上负责任的大国乃至全球都把低碳经济问题摆在了十分重要的位置。我们奉行的低碳概念, 正是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会、促进高碳向低碳转化的重大举措。电力工业是节能减排的重点领域, 在电力系统中, 从低碳的视角来看, 有很多应该加大力度加强技改的切入点, 并且大有潜力可挖。在追求低污染、提倡绿色环保方面, 变压器的噪声控制就是一个需要特别突破也能够突破的地方。
噪声从物理定义而言, 是指振幅和频率上完全无规律的震荡所发出的声音, 但从环境保护的角度而论, 凡是人们所不需要的声音都可统称为噪声。噪声对人们的影响和危害是多方面的, 其主要表现为对听力的影响, 干扰人们有效获取设备及人发出的有用声音信号, 影响人们的休息和睡眠, 还可能因为对人体的生理和心理的影响而形成烦燥易怒等等不良情绪, 严重影响人们的身心健康。
随着社会经济的发展, 电力负荷越来越大, 变配电所用的变压器的容量也越来越大, 再加之不断加快的城市化进程, 使原来较为偏远的变电站逐渐进入了城市中心或人口密集区域, 致使住宅小区及公共场所的变压器噪声在大力倡导低碳环保的今天, 成了一个不容忽视的问题。因此, 加强变压器噪声控制技术和结构材料的研究和开发, 最大限度地降低电力变压器噪声已成为一个急待解决的问题。
变压器的噪声来源于变压器本体和冷却系统两个方面。
变压器本体噪声是由本体振动而产生的, 主要存在于:硅钢片的磁滞伸缩随励磁频率变化做周期性振动, 同时硅钢片接缝处和叠片之间也因漏磁而产生的电磁吸引力引起铁心振动, 从而发出噪声;当绕组通过负载电流, 负载电流产生的漏磁形成的电磁力引起线圈、构件及油箱壁振动也会产生噪声。因此, 本体噪声概括地讲就是变压器铁心和绕组两大部件振动产生的噪声, 对应的运行工况则称为空载状态和负载状态。其中, 负载状态的绕组线圈产生的振动比铁心振动要小得多, 基本上可以忽略, 也就是说, 变压器本体振动产生的噪声大小主要取决于铁心的振动噪声, 即空载噪声。
空载噪声即铁心产生的噪声, 是硅钢片在交流电形成的交变磁场作用下, 发生磁滞伸缩变化而产生的, 这种因铁磁材料的特性而引起的尺寸大小改变的速率, 是以两倍的电源频率为基准频率的。硅钢片磁滞伸缩率的大小一方面与硅钢片的材质有关, 即材质越差, 磁滞伸缩率越大, 则噪声就越大;另一方面还与硅钢片表面是否涂漆及退火有关, 在同样磁场强度下退火的硅钢片比不退火的硅钢片磁滞伸缩要小很多。
电力变压器空载噪声除以上所述主要受铁心材质的影响外, 还有其他的一些影响因素, 包括:铁心结构的影响, 如心柱和铁轭直径、铁心窗高度等;高频磁通的影响, 即铁心油箱的固有频率与二次以上的高频频波接近时, 将发生噪声共振现象, 从而使噪声增大。
变压器冷却系统噪声来自于冷却装置的振动, 它主要由冷却油泵及风扇系统在运行时产生。
变压器本体噪声及冷却系统噪声均是通过空气, 以声波的形式向四周发射传递的, 并随着距离的增加而逐步减弱;当遇到障碍物时, 在满足一定的物理条件下, 可能被吸收或反射一部份, 从而又会获得衰减。鉴于噪声的传播特性, 对噪声的控制在方向上就应考虑:首先要设法降低声源所发出的噪声, 其次是在噪声到达人的耳膜之前, 应采取阻尼、隔振、隔声等方法, 尽量减弱或降低声源的振动, 或将传播中的声能吸收掉, 从而达到控制和治理噪声的目的。
从上述可知, 变压器在运行中产生的噪声由本体噪声和冷却系统噪声合成, 本体噪声是主要的;而本体噪声中主要又是空载噪声, 即铁心发出的噪声。因此, 要进行有效的噪声控制主要就应从减小空载噪声着手, 即设法减小铁心振动, 衰减其传播能力;同时在技术上控制冷却装置噪声。
1) 铁心噪声控制。
(1) 为降低铁心叠片的几何尺寸变化, 可采用磁滞伸缩率小的高导磁材料, 从而控制噪声。如选30ZHl20硅钢片, 其噪声就比其它材质的叠片噪声小。
(2) 适当减小铁心磁密, 可以降低噪声。根据实验测明:每降低0.1T磁密, 噪声可降低2~3d B (A) 。但要降低磁密, 需改变铁心截面及其他结构, 可能会相应增加一些成本。所以, 只能适当降低磁密, 以保证综合效益, 故一般要求不超过磁密标准的10%。
(3) 改变铁心接缝级数。变压器铁心一般为两级接缝, 可以改为多级接缝, 从而使接缝处磁通分布更均匀, 使气隙中的磁密大大降低, 从而减小噪声。
(4) 在加工、生产过程中, 应防止变压器铁心受到机械碰撞而发生形变, 引起磁滞伸缩加大, 从而增加铁心的噪声。
(5) 在铁心垫脚与箱底之间放置减振橡胶, 使铁心与油箱底部之间的接触得到缓冲, 以减小本体振动噪声。
2) 油箱噪声控制。
(1) 对组合式油箱结构, 可在油箱外部加隔音板, 箱内放吸音材料, 形成隔音壁。隔音板用螺栓分别固定在油箱加强铁上, 也可采用高效隔音板, 放在两个加强铁之间。隔音壁通过薄弹簧钢板固定, 能把电力变压器本体发射的部分噪声反射回去, 而且当噪声穿过隔音壁时, 也能被吸收一些, 从而较好地衰减噪声。
(2) 增加箱壁的刚性可减小箱壁振幅, 降低噪声。可采取增加箱壁厚度或在箱壁上适当设置加强筋等办法来达到提高箱壁强度的目的。
(3) 在油箱底部与土建基础之间设置减振装置, 使箱体的振动通过和基础间韧性接触得到衰减, 从而降低箱体噪声。工程上一般可采用橡胶减振器和弹簧胶减振器, 效果较好。
1) 在满足使用要求的前提下, 变压器的冷却方式应尽量采用自冷式, 这样就减少了风扇和油泵的噪声。当变压器负荷较大时, 若采用风冷方式, 为兼顾变压器散热及噪声控制, 应尽量选用低噪声的潜油泵和低转数风扇的冷却器, 以获得较好的综合效益。
2) 冷却系统由于和变压器箱体、变压器油紧密相连, 会得到振动的传递而产生冷却系统振动噪声。为此, 可采用减振装置衰减其振动传递, 工程上可采用耐腐蚀的防振胶垫或不锈钢防振环。另外, 冷却风扇尽量不要固定在散热器上, 应固定在箱壁上, 以减少风扇的振动。
1) 采用消声法降低噪声。在电力变压器近距离内放置若干个噪声发声器, 使它们发出的噪声与电力变压器发出的噪声互相抵消, 达到降噪目的。其简单原理为:首先把电力变压器的噪声信号转变为电信号, 然后放大激励噪声发声器, 使发出来噪声和变压器噪声的振幅相等、相位相反, 使电力变压器噪声受到破坏性干扰。
2) 对安装在室内的电力变压器, 由于噪声在墙面反射时可能导致噪声增加, 其增幅大小为电力变压器表面积与房间表面积之比的函数, 并与墙面和天花板的吸声系数有关。因此, 可采用矿渣棉或类似的材料对墙面进行涂覆处理, 以增加吸声系数, 使噪声明显降低。
综上所述, 变压器运行时产生的噪声, 主要来自于铁心、冷却系统, 在进行降噪处理时, 应按照低碳经济的思维, 统筹兼顾节能、环保及综合经济效果等因素, 以期达到效益最大化;在具体实施步骤上, 应综合考虑现场需要, 合理设计选用变压器, 做到正确安装, 并对具体的变压器进行噪声的来源解析, 实施现场测量 (噪声的测量应按有关标准进行) , 然后根据技术标准和现场情况确定噪声控制改造方案;对噪声的控制途径, 应考虑从声源控制、传声途径控制、合理的建筑结构和隔声、吸声设计等多个方面, 全方位设防, 精心布控。只有这样, 才能有效地控制变压器噪声, 从而为创造低碳生活、构建和谐社会做出应有的贡献。
摘要：低碳概念是目前世界范围内普遍关注的重大课题, 本文以低碳经济之视角, 深入研究了电力系统中电力变压器的噪声, 并从技术上提出了变压器本体噪声特别是铁心噪声、冷却系统噪声的控制措施, 具有较强的专业性, 在工程实际中也具有明显的针对性和应用价值。
关键词：低碳经济,变压器,噪声控制
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