低噪声变压器结构优化

摘 要：随着国家提出110kV变压器新的指标要求，众多厂家采用新式技术，力求减小噪音。文章通过改进变压器结构，达到降低变压器噪声的目的。

关键词：接缝；噪声；低噪声变压器

前言

现在客户对110kV变压器对噪声要求越来越高，新的国家标准将110kV变压器提出新的指标要求。对于变压器降噪某些厂可能做的比较好的，他们使用大多采用新式铁心结构技术，常规的变压器噪声在60分贝左右，某些厂家的110kV变压器（自冷）噪声可以控制在52分贝，甚至达50分贝，现对变压器结构和降噪技术进行了总结。来达到降低变压器噪声的目的。变压器噪声的产生由于主要由铁心引起，因此为了达到减小噪声的目的，主要方法是减小铁心产生的噪声、对噪声传播的途径进行阻断、减小油箱箱壁的震动等，针对以上问题在变压器结构上进行了相应的改进。

1 油箱采用了加强铁灌沙，油箱带屏蔽（高低压及储油柜侧）

国网山东产品，铁心为圆轭，油箱加强铁不灌沙，油箱不带屏蔽，铁心叠片材质：B30P105

变压器磁通密度1.746铁心直径670，MO=1235，HW=1200，叠片采用六步进结构、单拉带、五个垫脚、五处撑板。噪声实测值为69dB。

国网邯郸产品，D型轭，叠片六步进搭接，双拉带，五个垫脚，五件撑板，油箱加强铁灌沙降噪，油箱带屏蔽（高低压及储油柜侧）。铁芯直径650mm，中心距1300mm，窗高1185mm。铁心叠片材质：B30P105，变压器磁通密度1.746，油箱采用了加强铁灌沙，油箱带屏蔽（高低压及储油柜侧），噪声实测值为60dB。

从以上两台产品来看，箱壁加强铁中灌沙及加装油箱磁屏蔽对降低变压器噪声有一定作用。

2 铁心部分

（1）铁心叠片采用六步进叠装方式，在叠装及搬运过程中需严格控制工艺，将起吊和搬运的次数降到最低限度，避免不规范的起吊和搬运，采用不叠上铁轭工艺，减少因再次插片时引起的对硅钢片性能的影响，。严格控制铁心片边缘在剪切过程中产生的毛刺，避免影响铁心夹紧的质量和夹紧力的均匀分布。在叠装过程中不允许使用波浪片。铁心夹紧力需控制在0.08～0.12Mpa，一般要求控制在98KPa，芯柱的相对弯曲挠度不大于0.2%。

（2）铁心片接缝处的夹紧，接缝处有弯转磁通，局部磁密高，磁致伸缩量比较大，因此铁心接缝处是噪声的主要声源之一。如果铁心接缝处未被夹紧或边缘处有挠曲片（常发生在全斜接缝铁心45°角的尖部），将出现异常的噪声。铁轭顶部中间（中柱）位置的振动比铁轭左右两侧振动幅值大，这是由在铁心T型连接处的交变励磁导致上铁轭和心柱硅钢片磁致伸缩造成的。针对以上延长台阶垫块，实现对接缝处的压紧。

（3）叠片芯柱聚酯绑扎密度加大（绑扎带间距60mm左右）；增加芯柱用撑条，提高叠片紧实度；铁心叠装、绑扎后，在其剪切端面涂刷树脂类涂层，涂层厚度以50～100μm为宜；使用聚酯帮扎带将铁轭与夹件绝缘一同绑扎（上下轭均绑），每个窗口2道，绑扎位置靠近铁心柱（接缝处），为了保证夹件对叠片的加紧效果，夹件绝缘采用整体结构。

（4）重新绘制垫脚、撑板、拉带处垫块，尽量使每级叠片都能有效压紧。

（5）在铁心垫脚和箱底间放置减震垫，使刚性接触变为弹性接触，降低振动的传播：垫脚下垫25mm厚度复合垫板15mm橡胶垫，考虑胶垫压缩5mm，10mm绝缘纸板，最终按20mm计算高度。铁心采用3道垫脚，每个垫脚下的橡胶板分4段放置，橡胶垫压强尽量接近2.7N/mm^2（西门子理论），橡胶板长度尺寸按下式计算：L=器身重量（kg）×9.8/（2.7×3×4×200）+40（四舍五入取整）。考虑到实际情况，橡胶垫长度按110mm选取，垫脚接触面压强为1.46N/mm^2。

（6）铁心加紧采用了三个撑板、三个垫脚及框间双拉带结构，将垫脚、撑板等改为钢拉带或整体PET绑扎结构，对铁轭的均匀夹紧有益，维持现有结构以及保证吊装安全角度考虑，适当保留撑板、垫脚。

（7）拉带下面放置长垫块，即两个拉带用一个垫块，增大了垫块与铁心接触。

（8）第二台和第三台铁心叠片级间增加6处0.5mm橡胶垫，铁心油道由6mm更改为4mm，橡胶。

（9）器身与箱底定位按定位钉结构绘制，在定位钉螺母与夹件支板之间为成型绝缘圈（绝缘纸板）避免器身与箱底的刚性连接。

（10）变压器除了上铁扼部位考虑维修可拆行还在使用阶梯木外，其余在不需要拆卸部分全部使用环氧腻子，如下图可以保证铁心台阶绝大部分可以获得良好的支撑。这种环氧腻子材料是常规的环氧材料加入电工级的硅粉配制而成，机械强度很高。可以保证充分压紧铁心；而且材料现场配制比较方便，不需要外协，固化时间也比较合理，总体成本也较低。

3 降低磁密

该项目铁心直径选取650mm，中心距1300mm，窗高1245mm，磁密选取1.655T，变压器整体结构和以往产品类似（容量一致，油箱宽度、长度一致，油箱高度较以往产品高70mm，带散热器总宽度大80mm），根据试验结果，降低磁密后总体噪声可以降低约1.5分贝左右。经分析降低磁通密度，在1.50T～1.70T范围内，磁密每降低0.1T，噪声可降低1～3dB（A）。但降低磁密成本相应增加，低噪声变压器铁心磁密一般取1.65T左右。虽然通过降低磁密来降低噪声的效果比较明显，但磁密太低成本增加幅度太大。另外，过分降低磁密使铁心重量增加，变压器体积增大，噪声发射面积增大，噪声声功率级增大。因此完全依靠降低磁密来获取变压器大幅度降低噪声是不可取的。一般工作磁密降低幅度应控制在10%左右。

4 硅钢片牌号的影响

对噪声要求严格的产品，考虑使用日本进口硅钢片，其综合成本并不一定比降低磁密等措施来的高，有必要试算；鉴于进口（尤其是日本）硅钢片性能优异，对重点地区、重点用户，为确保产品性能，有必要考虑使用高性能的硅钢片，以确保产品性能。

5 油箱部分

经分析，没有片散遮盖的油箱宽面及四角部位噪声测量值较高，储油柜侧箱壁安装有磁屏蔽，相对于开关侧（没有磁屏蔽）噪声值偏低，磁屏蔽的安装对降低噪声有一定的效果。在设计变压器油箱时根据以上结论采取相应措施。

（1）上节油箱采用长面各布置四道竖加强铁，为提高刚度箱体钢度，在中间布置一道横加强铁，加强铁中灌干燥河沙。

（2）在油箱窄面各布置两道竖加强铁，外扣8mm钢板（钢板高度高于加强铁高度），加强铁中灌干燥河沙。（类似于双层油箱结构），长面片散没有覆盖位置也按上述外扣钢板，灌沙。

（3）降低箱壁振动，降低油箱壁的振动幅度就必须提高整个油箱的刚性。提高刚性的方法是增加箱壁的厚度及增加加强铁的个数，以及选择较好的加强铁形状和焊接位置。当油箱壁厚加倍，实际隔声量增加4dB（A）。因此，增加壁厚和加强铁的个数，对降低油箱壁的振动噪声是十分有效的，但是却增加了油箱的重量和制造成本。可以采取双层隔声结构，箱壁涂以内磨擦损耗大的阻尼材料等措施，可取得较好的隔声效果。

（4）箱壁厚度的影响，不同厚度箱壁的隔音量。增加箱壁厚度降低噪声的经济性较差，除非特殊情况才予以应用。

6 结束语

在不增加变压器成本的基础上，通过改进变压器结构，实现降低变压器噪声的目的。这对应变压器厂来说，是有效的方案。这是今后的研究重点；低噪声变压器设计的重点环节。

参考文献

[1]谢毓城.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社.

[2]赵静月.变压器制作工艺[M].北京：中国电力出版社.

作者简介：杨少伟（1980-），男，河北定州人，保定天威特变电气有限公司工程师，主要从事110kV级以下变压器设计工作。