电力变压器振动噪声分析及其有源降噪

电力变压器振动噪声分析及其有源降噪

钟雷汉

广东电网有限公司佛山供电局变电管理一所 

              佛山市  528000

摘要：现如今，在人们的生活工作中，处处都需要用电，因而电力成为了社会发展过程中必不可少的一种资源。在这一背景下，电力企业为了能够获得更为广阔的发展空间，必须要对电力系统进行优化处理，由于现在用电需求量非常大，电力系统在工作过程中，不仅要实现供电的目的，在供电质量方面也需要满足人们的正常工作以及生活。如果电力系统长时间处于高负荷的状态中，变压器损坏问题可能会经常发生。而一旦变压器出现问题，则会直接导致供电传输工作受到较大阻碍。为了能够排除故障隐患，需要借助高压试验进行详细检测，从而顺利找到变压器遇到的问题，同时还要根据故障情况进行相应的处理，有效保障变压器维持正常的工作状态，促进经济效益的增长。

关键词：电力变压器；振动噪声；有源降噪

引言

在联结组为YNyn的变压器中增加稳定绕组可以稳定中性点的电压，为励磁电流的三次谐波提供低磁阻路径，所以大部分联结组为YNyn的电力变压器都会要求带稳定绕组。变压器制造厂在设计制造稳定绕组时，有时会只考虑高低压的三相短路情况，忽略了低压单相短路的影响。实际上在低压侧单相短路时，稳定绕组中的短路电流达到最大。某些用户在变压器生产商制造前，会审查变压器的设计方案，低压和高压侧单相短路是必须考核的项目，稳定绕组的容量可以是变压器容量的1%~50%中的任意值，而不是传统意义上的1/3或1/4变压器容量

1工频正弦激励与谐波干扰下磁特性测量

电工钢片是电力变压器中常用的磁性材料，磁性能的变化会影响电工装备的振动变化，关系到装备运行寿命长短与节能降损目标的实现，因此得到实时运行的硅钢片磁特性是首要任务。针对无取向电工钢磁特性测量进行研究，积累了一定的实际经验。但由于挂网设备较多，性能不一，电网中存在大量谐波，无法预测电网电流实时变化，这将无法实时预测电工装备运行情况。硅钢片所受激励发生变化，相应的磁特性、变压器工作特性与电磁振动也会发生变化。为了得到工频下电力变压器的电磁振动，需要得到正常工作时铁心磁特性，因此本文利用符合IEC60404国际标准的单片磁特性测量系统（Magneto striction Tester,MST）进行测量，该系统主体结构如图1所示。

图1单片磁特性测量系统

2电力变压器振动噪声分析

以变压器设备为主要研究对象进行相关探究，国内以及国外学者对变压器的局部放电监测情况展开了有关探讨。在2008年时，德国相关学者发表了一篇报道，在报道中他们借助超声波以及特高频传感器进行联合监测，从而获取到了关于局部放电关键技术相关结论。在研究过程中，学者在超声波的帮助下实现对局部放电的监测，在这一过程中会出现一些噪声，学者对于噪声产生的原因进行了有关讨论，与此同时，学者以相关信号为依据进行了算法研究，利用对应的算法从而明确放电位置，在这一过程中，针对多种算法进行了对比分析，并且得到了最合适的算法。与国外局部放电在线监测技术的发展情况相比，我国在这一方面的发展时间较短，在20世纪70年代左右，我国在该领域才开始着手进行研究。上海交通大学研发了具有高速长时间采样宽带吸引的局放监测仪，通过对电气设备长期监测判断绝缘损坏情况。

3电力变压器振动噪声有源降噪

3.1调整整流数控器的修正系数

晶闸管数字稳流控制器简称数控器，作为三友氯碱公司整流系统变流和稳流控制的核心器件，由它完成大容量晶闸管整流稳流控制系统的全部调节触发和控制保护功能，并允许构建完全独立的全数字化双通道冗余热备用系统，它得到的数据精准程度对整流变流控制的精度和效率都至关重要。通过运行参数对比发现，整流数控器上显示的给定电流值和主控室DCS显示电流值存在偏差，最多的机组偏差值达500A，而整流柜允许输出到电解槽的直流电流大小由工艺操作人员根据DCS显示电流值作为依据进行控制。由于此偏差存在且数值较大，导致部分整流机组出现“假满载”现象，例如一期整流柜所供电电解槽DCS显示满载直流电流值为13.5kA，而整流控制柜给定整流柜输出直流电流值为13kA，此偏差会导致整流系统和电解系统均未达到设计的最优匹配，整流柜内晶闸管的导通角较低，一般低于110°，距设计最大值120°差距较大，根据晶闸管整流器原理可知导通角低则整流效率低。

3.2变压器送电调试运行

将变压器处于空载状态接通电源，并调节至额定电压，能够满足正常可靠连续运行1h。注意观察变压器油面温度，一旦升到75℃时，应立即开启冷却器。下一步继续调节电源电压，使其达到1.1倍额定电压值，并连续正常运行10min，整个过程无任何异常现象，再调节电压值。若具备耐压试验条件，可对变压器进行耐压测试。变压器空载合闸试验，要确保负荷开关处于断开状态。变压器空载合闸冲击一般为3~5次的试验过程，变压器空载运行通过设备声响初步判断，倘若变压器发出连续的嗡嗡响声，表明负荷调试满足标准要求，变压器运行处于正常状态。冲击实验注意记录变压器一二次电压变化、冲击电流变化以及空载电流变化情况，同时记录变压器油温的变化过程，另一方面查看保护装置的动作状态。经过空载冲击3~5次试验过程，继续空载运行24h以上进行考核，这个过程要记录和观察变压器温度变化，一旦超过温度限值应及时处理，并重新进行空载考核。确认无异常情况后可带半负荷运行，半负荷运行满足安全运行考核后，进一步启动满负荷投入运行，满足48h考核合格后方可正式投入运行。

4有源降噪电力变压器实验验证

该ANC系统采用TMS320F28379D款数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）作为主控芯片进行次级声波驱动，主要包含外部硬件系统、内部控制算法。外部硬件系统包括声压信号采集电路、功率放大电路、芯片驱动扬声器电路等。考虑到初级声源以及周围环境的声特性时刻变化，为减小周围环境的干扰，ANC系统采用基于最小方均（Least Mean Square,LMS）滤波的双喇叭降噪算法，并引入误差传感器实时校正初级声源信号。通过实时调试扬声器发出信号的频率与幅值来达到最优化对抗噪声效果。引入常用机器学习算法，使得扬声器输出收敛性较高，减小由于初级声源的非线性导致的扬声器输出值出现削顶削底失真的发生概率。研究了两个声源的声场分布特性，本文在其基础上设立两个扬声器作为次级声源输出。采用噪声测量仪对降噪前后测试点5~点11进行噪声分贝测量，验证有源降噪的可行性，具体结果见表1。

表1点5~点11声压级参数

结束语

总体来讲，在进行高压试验时，必须要提高谨慎性，注意众多细小的环节，特别要加强对温度、湿度等条件的把控，尽可能避免相关因素给试验所造成的干扰性。从事试验工作的人员需要搞清楚产生数据偏差的原因，同时还要对相关试验方法了熟于心，在排除各种干扰措施后，展开精确的测量工作，并对测得的数据进行分析处理，从而保障设备的正常运行。

参考文献

[1]钟思翀,祝丽花,王前超,张建功,王延召.电力变压器振动噪声分析及其有源降噪[J].电工技术学报,2022,37(S1):11-21.

[2]姚航.不同应力及直流偏磁下电力变压器振动噪声研究[D].沈阳工业大学,2022.

[3]张壮壮,祝令瑜,王磊磊,王东晖,吴晓文,张嵩阳.新型电力系统下负载因素对三相油浸式变压器振动噪声特性影响的试验研究[J/OL].高压电器:1-9[2022-08-12].

[4]崔佳嘉,马宏忠,李楠,程龙.基于COMSOL的变压器铁心振动声场分布的有限元仿真[J].电子测量与仪器学报,2022,36(04):48-55

[5]李冰,王泽忠,刘海波,李海明,刘健犇.直流偏磁下500kV单相变压器振动噪声的试验研究[J].电工技术学报,2021,36(13):2801-2811.