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电力变压器噪声超标的原因及措施

来源:http://www.jnbyqcj.com 日期:2023/3/20 13:51:40 点击:6

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: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。

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