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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，電力變壓器的振動噪聲比正常工頻下要高出20dB左右。其運(yùn)行時的振動噪聲不僅會對周邊生態(tài)環(huán)境帶來負(fù)面影響，還會對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電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此電力變壓器在設(shè)計生產(chǎn)過程中要著重考慮抗諧波干擾，監(jiān)管部門也要對變壓器安全運(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中疊加諧波激勵。為了分析評估電網(wǎng)中存在諧波干擾下電力變壓器工作狀態(tài)的電磁振動噪聲水平，探究電力變壓器在諧波激勵下的服役磁特性、電磁振動與聲場分布，天津工業(yè)大學(xué)、天津理工大學(xué)、電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國電力科學(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》增刊1上撰文，改進(jìn)了磁特性測量裝置，改進(jìn)磁致伸縮測量裝置，實(shí)現(xiàn)了不同激勵下硅鋼片的磁特性測量和電磁振動噪聲分析。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量，并基于測量數(shù)據(jù)對電力變壓器進(jìn)行電磁振動數(shù)值計算分析。他們考慮鐵心磁致伸縮效應(yīng)，對電力變壓器進(jìn)行諧波激勵下磁場、機(jī)械場、聲場的計算，得到磁場、聲場、鐵心振動結(jié)果，并與工頻正弦激勵計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，總結(jié)諧波輸入對鐵心電磁振動的影響；采用有源降噪分析方法，研究降噪后電力變壓器周圍聲場分布與頻率特性。

研究人員指出，直流偏磁對硅鋼片的磁化特性影響較小，但對磁致伸縮特性影響較大。諧波對硅鋼片的磁化特性、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)，對本體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定產(chǎn)生威脅，但諧波對鐵心整體振動趨勢影響不大，數(shù)值上體現(xiàn)為振動加劇。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及周圍聲壓級分布明顯增大，表明在相同工作條件下，諧波引起的振動噪聲增加。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，但周圍路徑噪聲可能部分增大。

研究人員表示，該研究結(jié)果表明，在電力變壓器設(shè)計和振動噪聲預(yù)估時，特別是電力變壓器應(yīng)用于高壓輸電線路中時需要考慮諧波。諧波使得鐵心應(yīng)力分布不均勻、噪聲加大，生產(chǎn)時可著重加固器件相應(yīng)部位。為了減小振動噪聲對周邊環(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》增刊1，論文標(biāo)題為“電力變壓器振動噪聲分析及其有源降噪”。本課題得到了國家自然科學(xué)基金重大資助項(xiàng)目的支持。