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電力變壓器具有電壓調(diào)節(jié)、電氣隔離、能量傳遞等功能，能夠達(dá)到遠(yuǎn)距離輸出的目的，目前已在城市配電網(wǎng)、高壓交流輸電/直流輸電等工程中取得廣泛應(yīng)用，是電力系統(tǒng)中不可或缺的電力裝備。高壓條件下，由于諧波干擾的存在，電力變壓器的振動(dòng)噪聲比正常工頻下要高出20dB左右。其運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)噪聲不僅會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境帶來(lái)負(fù)面影響，還會(huì)對(duì)變壓器本體造成不可逆的影響。電工裝備的異常將影響整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此電力變壓器在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中要著重考慮抗諧波干擾，監(jiān)管部門(mén)也要對(duì)變壓器安全運(yùn)行指標(biāo)做出嚴(yán)格考量。

為了模擬電網(wǎng)中存在諧波的情況，需要在工頻正弦激勵(lì)中疊加諧波激勵(lì)。為了分析評(píng)估電網(wǎng)中存在諧波干擾下電力變壓器工作狀態(tài)的電磁振動(dòng)噪聲水平，探究電力變壓器在諧波激勵(lì)下的服役磁特性、電磁振動(dòng)與聲場(chǎng)分布，天津工業(yè)大學(xué)、天津理工大學(xué)、電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司武漢分院）的研究人員鐘思翀、祝麗花、王前超、張建功、王延召，在2022年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1上撰文，改進(jìn)了磁特性測(cè)量裝置，改進(jìn)磁致伸縮測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)了不同激勵(lì)下硅鋼片的磁特性測(cè)量和電磁振動(dòng)噪聲分析。其研究成果可以為電力變壓器在電網(wǎng)含諧波條件下運(yùn)行狀況的預(yù)估提供理論支持與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為研究變壓器抗諧波設(shè)計(jì)和裝備新產(chǎn)品提供技術(shù)支持。

圖1 有源降噪實(shí)驗(yàn)

研究人員開(kāi)展了不同諧波下鐵心硅鋼片磁化特性與磁致伸縮特性的測(cè)量，并基于測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)電力變壓器進(jìn)行電磁振動(dòng)數(shù)值計(jì)算分析。他們考慮鐵心磁致伸縮效應(yīng)，對(duì)電力變壓器進(jìn)行諧波激勵(lì)下磁場(chǎng)、機(jī)械場(chǎng)、聲場(chǎng)的計(jì)算，得到磁場(chǎng)、聲場(chǎng)、鐵心振動(dòng)結(jié)果，并與工頻正弦激勵(lì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)諧波輸入對(duì)鐵心電磁振動(dòng)的影響；采用有源降噪分析方法，研究降噪后電力變壓器周?chē)晥?chǎng)分布與頻率特性。

研究人員指出，直流偏磁對(duì)硅鋼片的磁化特性影響較小，但對(duì)磁致伸縮特性影響較大。諧波對(duì)硅鋼片的磁化特性、磁致伸縮特性影響較大。特別是3次諧波，比直流分量和其他諧波分量影響更劇烈。

另外，研究人員發(fā)現(xiàn)諧波輸入使得鐵心磁致伸縮加劇，應(yīng)力分布不均勻，鐵心柱點(diǎn)3與鐵心中間部分點(diǎn)1處存在應(yīng)力突變極大點(diǎn)，對(duì)本體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定產(chǎn)生威脅，但諧波對(duì)鐵心整體振動(dòng)趨勢(shì)影響不大，數(shù)值上體現(xiàn)為振動(dòng)加劇。繞組應(yīng)力隨磁通密度流向逐步增大。

他們進(jìn)一步指出，諧波的存在使得鐵心振動(dòng)及周?chē)晧杭?jí)分布明顯增大，表明在相同工作條件下，諧波引起的振動(dòng)噪聲增加。而有源降噪在一定程度上能夠減小電力變壓器運(yùn)行噪聲，可以實(shí)現(xiàn)低頻噪聲的降低，但周?chē)窂皆肼暱赡懿糠衷龃蟆?/p>

研究人員表示，該研究結(jié)果表明，在電力變壓器設(shè)計(jì)和振動(dòng)噪聲預(yù)估時(shí)，特別是電力變壓器應(yīng)用于高壓輸電線(xiàn)路中時(shí)需要考慮諧波。諧波使得鐵心應(yīng)力分布不均勻、噪聲加大，生產(chǎn)時(shí)可著重加固器件相應(yīng)部位。為了減小振動(dòng)噪聲對(duì)周邊環(huán)境的影響，可進(jìn)一步采取有源降噪的方法。

本文編自2022年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1，論文標(biāo)題為“電力變壓器振動(dòng)噪聲分析及其有源降噪”。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大資助項(xiàng)目的支持。