电力变压器噪声超标的原因及措施

电力变压器噪声超标的原因及措施 

一、 噪声超标的主要原因

  就变压器铁心而言，导致产品噪声超标，主要有以下四个方面的问题。

1.在设计上，磁通密度数据选用过高

 变压器工作时，铁心磁化，取向硅钢片结晶格重新排列，从而导致产生磁致伸缩，使铁心出现激磁振动现象，即产生噪声。这一现象与取向硅钢片的磁通密度性能有着密切的联系，在设计上过高的选用磁通密度数据会造成噪声超标。

 2.铁心结构不合理

 从铁心结构方面看，关系到变压器噪声的主要有铁心接缝形式，接缝等级以及片间搭接距离，还有铁心的整体紧固形式。这几个环节上的缺陷，同样会使噪声超标。

  3.硅钢片选用不合理

  取向硅钢片生产制造变压器铁心的主要材料。取向硅钢片的技术性能指标，除了铁损值和磁通密度值之外，其平整度，厚度均匀性，表面绝缘膜质量及退火质量都会对变压器噪声产生不可忽略的影响。

 4.铁心生产制造过程中操作，工艺技术上的缺陷

 铁心生产制造过程中最容易造成噪声超标的环节有：①硅钢片的剪切;②铁心叠装;③铁心MO尺寸中间夹件绝缘厚度的调整控制;④铁心起立前的夹紧与绑扎;⑤铁心起立前的装配和器身装配。

二、 解决变压器噪声超标的有关措施

  围绕铁心来解决变压器噪声超标的问题，首先要结合产品实际按上述四个方面进行认真得分析，抓住主要矛盾，发现问题，逐个攻克。

1.产品设计时，要正确选用磁通密度数据

  硅钢片有磁饱和特性，磁通与产生磁通的电流之间不是按线性关系变化的。所以产品设计时，磁通密度数据应该选在实际使用的硅钢片的磁饱和点以下。目前变压器制造用的取向硅钢片的最大磁通密度值都能达到1.8T以上，所以大型变压器的设计数据通常选在1.75T以下，中小型变压器的设计数据选在1.7T以下。这样在保证产品低损耗的同时也降低了噪声。有关试验表明，额定磁通密度在1.4-1.8T范围内，磁通密度每降低0.1T，产品噪声相应地降低2-3dB左右。

  必须指出的是，如果硅钢片的使用没有按照原设计要求，而是采用替代品时，请务必由设计人员做合理的调整审定。

 2.采用先进的铁心结构技术

 ①叠铁心接缝有直接缝和斜接缝两种。自取向硅钢片出现以后，电力变压器制造中已不采用直接缝。在斜接缝中，目前普遍采用110方向导磁的45°斜接缝。随着技术进步，斜接缝又分为交错接缝和阶梯接缝两种，企业应该结合实际情况合理采用。

②铁心接缝还可以分为多级接缝，下面我们以六台20000KVA∕110KV产品的生产实例来说明问题。我们把六台产品分成三组（每二台一组），铁心接缝等级分别选用了二级，四级和六级，并把铁心片间搭接距离（带尖角尺寸）选用了5、10、15三种。产品完工后，在同等试验条件下，试验结果如下（注：沈变厂在1996年做过产品试验，选用一个工作号六台产品，用同一牌号的硅钢片制作铁心做试验）。

2万KVA∕110KV产品：

空载损耗：六级接缝的比四级接缝的降低了2%，比二级接缝的降低了5%。

空载电流：六级接缝的比四级接缝的降低了10%，比二级接缝的降低了25%。

铁心噪声：六级接缝的比四级接缝的降低了3%，比二级接缝的降低了6%。

所以目前大型变压器的铁心接缝通常采用六级，在国外的有些企业甚至采用了十四级接缝。

③片间搭接距离通常是根据产品的容量选定的。≤40000KVA的产品选用5、10、15为宜，≥50000KVA的产品选用5、15、25为好。这里考虑的主要因素是控制铁心的出尖角尺寸，一般是外部尖角多大，内部空缺就有多大，内部的一个空缺，就涉及到该块的空气导磁，即使把这一块补上了，铁心片也是横向导磁，它的磁阻也会不一样，所造成的结果也不会一样。据日本某杂志刊登的试验报道，这部位的空气导磁，它的温度会相差8℃，空载电流增加50%，上海人民广场地下变电所某国生产的90000kvA∕220kv变压器，因内部空缺太大，磁通是走近路的，越靠近铁芯内窗框拐角处，磁密越高，且是空气导磁，电流温升很大，产生局部过热，不但促使油老化，产生有害气体，且长期满荷载运行，导致该变压器烧毁。再说尖角太大，还容易造成尖角处片间短路及局放的问题。以上问题对于控制噪声超标同样至关重要。 

3.合理选用硅钢片

目前电力变压器的铁心全部采用高导磁取向硅钢片做材料。

取向硅钢片按生产技术的不同大致分为四类：一是激光照射（刻痕）产品；二是机械压痕产品；三是高导磁产品；四是普通取向产品。前两种优质产品目前只有日本和美国、中国武钢、宝钢能生产。以上各类产品常见的厚度尺寸规格分别有0.23mm;0.27mm;0.30mm;0.35mm几种。在同类产品中，其综合质量厚度小的产品要比厚度大的产品电磁性能好。但太薄了铁心片加工困难，劳动生产率低，厚度合理选用。

取向硅钢片的表面都有两层涂膜，底层是以硅酸镁为主的涂膜，厚度为2µm.底层上面涂有磷酸盐绝缘膜，厚度为3µm,这两层涂膜在高温下烧结，冷却时因热膨胀系数的差别产生差值，从而对钢片施加张力，这样在降低铁损值的同时也降低了硅钢片的磁致伸缩，有效地降低产品的噪声。

理想的铁心是一个致密性极好的整体，其致密性越高，产品的噪声就越小，而硅钢片的平整度，厚度均匀性的好坏直接影响铁心的致密度，这也是硅钢片选用中的一个不可忽略的因素。

目前世界上能生产取向硅钢片的国家主要有日本、美国、韩国、中国、巴西、英国、法国、德国、意大利、俄罗斯、捷克、波兰等不多的国家，除了日、美、中国武钢、宝钢的生产技术领先外，其他国家的产品各有特点，我国变压器生产所用的取向硅钢片还有一部分需要进口解决。所以不同国家生产的不同产品，价格差异也较大。为此，我们必须对各种取向硅钢片的材质性能有较好的了解，在实际生产中积累使用经验。

  从总体上讲，选用铁损值低，磁通密度值好的优质硅钢片所生产的变压器，其噪声自然也小。但企业往往要从降低产品成本，增加经济效益考虑，选用合适的材料。只要我们认真地对待上述的问题。相应地采取必要的措施，即使使用廉价的材料，同样可以生产出合格的产品。

 4.在铁心生产制造过程中，采用先进工艺技术，严肃工艺纪律，有效地控制噪声超标

 ①剪切后的硅钢片尺寸公差必须符合技术要求，其中纵、横剪毛刺要严格控制在小于0.02mm,

 ②铁心叠装时，片间接缝尺寸，水平度尺寸必须符合技术要求，严格控制在公差规定尺寸以内。

 ③由于铁心片剪切毛刺的客观存在，铁心片叠装接缝处的厚度必然增大，相对MO中间区域的厚度就小，所以必须调整夹件绝缘的厚度，使铁心各处的夹紧厚度保持一致（即铁轭硅钢片与夹件绝缘不存在空处），以保证夹件对铁心夹紧时铁心处受力均匀。 

④铁心叠装后，起立前的夹紧绑扎工艺是降低产品噪声的关键环节。绑扎材料可用规格为19 mm×1.27 mm的塑料带，其抗拉力可以达到1000kg左右。绑扎工作可先用宽50mm，长5M的尼龙带收紧工具把铁心柱收紧，然后再用“气动塑料带打包机”绑扎，该机的拉紧力可达到360kg.远远大于人工拉力，这是目前较为理想的绑扎工艺方法，大型、特大型铁心最理想的是起立之前绑扎。

⑤铁心上、下夹件装配时，必须先检测夹件对铁轭的间隙，用0.5 mm～1.0 mm的绝缘纸板条对间隙进行填充处理，消除间隙后用“C”型卡具夹紧铁心，然后再进行夹件上的部件（包括铁心垫脚，侧梁。拉紧带等）装配。

⑥铁心夹紧装配全部完成以后，在铁心柱的两个端面和下铁轭的两个端面必须刷上快干绝缘漆，上軛不刷漆，然后再起立铁心。

⑦器身装配后，也要用“C”型夹具把上夹件夹紧的状态下进行部件装配。上鉄轭的端面同样要进行刷快干绝缘漆的处理，试验新产品例外。

⑧<φ600铁心柱中间加垫一层0.5耐油绝缘橡胶，≥φ800铁心柱中间加三层0.5橡胶垫，减少铁心的噪音及涡流损耗。

⑨铁芯夹紧力宜大不宜小，目前设计工艺技术一般选择，对铁芯柱的夹紧力为1.5kg∕cm²,对轭的夹紧力为2.5 kg∕cm²,原沈变厂对铁芯夹紧力进行方圈电磁性能试验，在施加5 kg∕cm²压力时，铁芯损耗毫无增加，但对噪音明显改善，所以对铁芯夹得越紧，它的噪音也会越小。

⑩对大型、特大型电力变压器产品，在产品设计上采用环氧玻璃丝粘带绑扎铁芯的，在生产工艺技术上更加注意，在器身入炉干燥前，环氧玻璃丝粘带必须全部固化方可入炉，如不固化，入炉加热时，环氧玻璃丝粘带受热变软，此时已对铁芯的夹紧力变成反弹膨胀力，造成铁芯松，这样事先对铁芯夹得再紧也毫无意义，其结果造成变压器噪音增大。

 结束语：变压器产品的噪声，实际上是一个众多因素综合反应的结果，在实际工作中，只要我们紧紧抓住铁心这一主要矛盾，认真对待每一个有关技术环节，解决好所有问题，那么噪声超标问题是能够解决的。