3变压器噪声Word下载.docx
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即对于噪声的接收者而言，噪声是令人生厌的。
因此，可以容易理解为什么人们在舞会上感到音乐和喧闹是一种享受，而当人想入睡时，即使同样的声音也会感到是一种干扰和烦恼。
同样可以说明，为什么把诸如水从水龙头滴落时所发出的声音也归为噪声。
特别是间断的声音一般比连续的声音更加令人烦恼。
值得庆幸的是，变压器噪声不仅是连续的，而且绝大部分是属于中等音频，对人的听觉危害是最小的，不存在固有的有害性，这意味着变压器噪声引起人们的烦恼程度大概与变压器的视在音量有关，解决这一问题的最好办法是确定各种型式和规格的变压器所发出的视在响度。
3.2.1、噪声的测量方法
噪声的测量绝不像测量物理量或电气量那样简单。
正如给人造成的烦恼那样，响度在很大程度上取决于入耳听力特性的主观感觉，因此，噪声测量必须以统计为基础。
这方面的研究表明，对于一个给定的声音来说，分配到测量仪器上的平均响度取决于其声压和频率。
由于声压和声频是声级计测量出的主观特性，所以根据适当的声级计的读数获得一个与某一声音的响度成正比的值。
图10是一台声级计。
图11是一台性能更加完善的声级分析仪。
图10、声级计
图11、带有音频滤波器的声级测量仪
为了把测量仪读数与音量联系起来，必须使用一种人的听觉对不同音响反应的定量曲线。
图12是英国标准BS3383规定的标准响度曲线，这些曲线表明了中等听力水平的人的听觉灵敏度如何随声频和声压而变化的情形。
从图中可以看出，越是靠近声音频率范围的上、下限，人对声音的听觉灵敏度越是降低，因此当声音频率在16Hz～16kHz之外时，对于绝大多数人来说，这种声音是听不见的。
把声音测量仪的麦克风用作传声器是有效的。
声压一般以N／
或Pa表示，由于人耳的灵敏度与增长的声压近似成对数关系下降，所以声音测量仪一般用对数刻度定标，单位是分贝（dB）。
该标定是以20μPa声压级方均根值作为一个基准单位，该值近似等于1000Hz人耳听到的临界值。
这种噪声具有d（Pa）的方均根值[或d（N／
）]，也可相当于具有201gd／0.00002dB的声压级。
图12中的纵标表示分贝，声压级每升高20dB，表示声压增加l0倍。
图12、响应曲线等值线-罗宾逊和丹森提供
图12中的曲线代表一种纯音在自由场状态下的响度等值线。
这些等值线表明，人耳的平均听力水平在30Hz时的78dB、100Hz时的5ldB、1000Hz时的40dB、3000Hz时的34dB、6000Hz时的40dB、10000Hz时的47dB纯音响度是相等的，因此，在30Hz时人耳对声音的灵敏度要比：
1000Hz时低38dB。
任何纯音的响度在数值上近似等于1000Hz频率下相等响度的额定分贝数，据此可以推断出任何1000Hz频率下的响度都等于额定的分贝数，而在其他频率范围却并非如此，正如前面所论述的那样。
3.2.2、确定响度
响度等值线表示人耳的灵敏度如何随频率变化，但却并未指出人耳对听觉的灵敏度如何随声压级的变化而变化，因此，响度的标度已经标准化了。
任意取这种标度的参考点，40方响级为1宋，即在1000Hz时为40dB。
已经发现，响级每上升或下降10方，声音的响度则相应加倍或减半（见图13）。
由于响度标度是线性的，所以响度为2A宋的噪声是响度1A宋的两倍。
应当指出，从两个类似声源同时发出的噪声并不等于从其中一个单独声源发出的噪声的两倍，声压级仅仅增加3dB，但视在响度却增加了大约l/4。
图13、响度和响级间的关系
3.3、声级测量仪
利用图12所示的响度等值线，可以构成测量声级水平仪的加权网络。
声级可以定义为加权的声压级。
图14示出了声级测量仪的构成框图。
以往利用A、B、C加权网络分别模拟人耳对低、中、高声级的响应，大量试验已经表明，在许多情况下，A加权声级最适合于主观噪声额定值，所以目前仅采用A加权网络。
当然，较复杂的声级测量仪仍保留C加权网络，B加权网络已经不再使用了。
图14、声级测量仪框图
图11所示的声级测量仪和图14所示的声级测量仪具有一按电钮便可进行A、C加权的功能，具有频率分析的线性（非加权的）选择，还可以测出实际的声压级。
声级测量仪中的扩音器是没有方向性的。
A加权频率特性与声级测量仪的动态响应与人耳的响应十分接近，由于人耳对接收声音的范围是140dB左右，而所示的声级测量仪仅仅有30dB的线性标度，所以需要采用衰减器来满足整个测量范围的需要，可以调节量程开关，直到获得合适的读数。
噪声的声级水平是声级测量仪读数和衰减器读数之和。
如果噪声起伏非常快，在噪声快速衰减之前，声级测量仪的响应不可能快到捕捉到实际的噪声峰值，尽管如此，声级测量仪仍可以在一按电钮的情况下便可得到噪声水平的最大有效值。
声级测量仪能够有效地以分贝值将噪声累加在一起。
虽然声级测量仪可以满足许多要求，但它的这种累计仅仅提供了噪声特性的有关信息，因为它仅仅代表噪声的大小。
为了确定噪声的特性，必须利用图15所示的声频分析仪来测量噪声频谱。
这种仪器实际上是一个变频滤波器，它可以抑制所有所需频带之外的噪声。
由于它可以转变成音频，所以在特定频率下的明显噪声均可以通过仪器读数的突然增大来显示出来，根据仪器读数可以获得连续频谱。
图15、声频分析仪
在很低的分辨率情况下，可以采用宽带滤波器累加一定频率范围的所有噪声分量，尽管1/3倍频滤波器较为常用，但最普遍的带宽是l倍频滤波器。
国际上已经对中频进行了标准化规定：
对于倍频滤波器来说，中频是31.5Hz、63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz。
精度较高的仪器（1级）所用频率还要更高，例如，250Hz带宽则包括了180～360Hz倍频。
一般应采用标定装置周期性检查声级测量仪的日常性能。
声级标定装置可以准确地调整声级测量仪的声级准确度。
为了保证标定装置不受外.部噪声的影响，标定仪通常安装在传声器上方，以便形成一个闭合的空腔，这样不仅可以极大的降低环境噪声，而且还可以保证每次标定过程申的声源与传声器的空间相同。
3.4、变压器的声级测量
正如以上所述，在一个特定空间位置，利用传声器测量噪声时，所测出的参数称为声压级。
此参数用分贝表示，通常采用A加权网络，并且标注为dB（A）。
多年以来，变压器用户和厂家均根据传声器读数对变压器噪声进行分析，因为传声器读数可提供表面声压级的平均值或表面噪声级平均值。
具体做法是在距油箱表面0.3m处画一圆周，然后以近似lm的间距测取声压读数并取平均值。
对分析单台变压器噪声来说，它是一种十分理想的分析方法。
显然，一台表面平均噪声级（简称为噪声级）为65dB（A）的变压器要比具有70dB（A）噪声级的变压器安静得多。
但随着目前环境保护对噪声规定值的降低，需要预测出离变电站100m处的变压器声压级，最关键的是应当知道变压器的声功率级，可用变压器同心圆表面的声压积分来表示声功率级。
测量单位仍采用分贝。
这种方法的好处是可使噪声分布从被分析变压器到任何位置，可将不同的声源声级水平相加（距离负平方定律并取对数和）。
目前，这是一种较受变压器噪声专家欢迎的一种测量噪声级的方法，然而，两个声级之间会产生一种混乱和干扰，它不同于在同一台变压器测两次的声级水平，许多变压器用户在订购变压器或期望声功率级在数值上与表面平均噪声级相同时，仍需要规定表面平均噪声级。
实际上，声功率级要比表面平均声压级高20dB左右，以下将论述它们间的实际关系。
在英国，按照英国标准BS、EN6055l“变压器和电抗器声级的确定”来测量变压器噪声。
这一标准根据欧洲标准EN60551。
它需要采用1型声级测量仪按照IEC651国际标准进行测量。
这一标准对应英国标准BS5969“声级测量仪的技术规定”。
在测量前后，应当采用标定的噪声源进行测量仪的检查和标定。
测量变压器空载噪声采用A加权记录测量值。
如果需要倍频分析，可以采用线性响应档。
如果变压器在主分接位置并在额定电压和频率下被励磁，应当进行预先的检查试验，以便检查不同分接位置之间的噪声是否有明显变化。
如果变压器油箱高度低于2.5m，应当在油箱一半高度的位置进行测量，若变压器油箱高度大于或等于2.5m，那么则要在油箱1/3和2/3的位置进行测量。
应当在油箱四周布置测量点，但间距不应当超过lm远。
对于没有强迫冷却的变压器、带外壳的干式变压器或强迫冷却装置以独立结构安装在距主油箱至少3m处的变压器来说，将传声器放在变压器的外围轮廓线大约0.3m处（见图16）较合适。
图16所示的变压器外轮廓线也称为变压器主辐射面，它包括油箱安装的所有冷却设备及油箱加强筋、电缆盒、分接开关等，但却不包括任何强风冷却辅助装置以及套管、油路、阀门、千斤顶和运输用吊攀或高度超出油箱的任何突出部分。
此外，还要测量变压器的背景噪声。
如果背景噪声比变压器本体噪声加背景噪声低许多，即不少于10dB，可仅仅在一点测量，不需要修正测量值；
如果单独的背景噪声和背景与变压器合并噪声的差异在3～l0dB之间，那么则需要采取综合测量方法以便求出变压器的单独噪声水平，但必须在每个传声器位置测量背景噪声。
表2列出了噪声修正值。
表2、消除背景噪声的影响（单位：
dB）
实测运行设备和背景声压级之差
从实测运行设备中减去背景声压值，得到设备的实际声压值
3
4～5
2
6～8
1
9～10
0.5
对于冷却器直接安装在油箱上或者距主油箱至少为3m的强迫冷却变压器来说，要进行两组测量。
两组测量都要在变压器空载状态下进行：
第一组测量在强迫冷却装置停止运行状态下进行；
第二组测量在强迫冷却方式下，当泵和风扇都处于运行的状态下进行。
对自冷变压器的第一组测量来说，传声器与主辐射面的距离为0.3m，第二组测量时，传声器与主辐射面的距离应当为2m（见图16）。
单独的冷却结构应当安装在与主油箱至少3m之处，可将它看成是完全独立的结构，在与主辐射面2m之处进行测量，让泵和风扇运行，但变压器却处于非励磁状态。
图17示出了主辐射表面和传声器的位置。
对不到4m高的冷却装置来说，传声器放置位置应在冷却器高度的一半，对等于或大于4m高的冷却装置来说，传声器摆放位置应在1/3和2/3高度。
表面的平均声压水平取所有测量位置的读数算术平均值，确切地说，是对数平均值。
此外，数值的大小不能超出5dB，取算术平均值时将有低于0.7dB的误差。
实际的平均值可用下式表达：
（1）
式中
——A加权的表面声压（dB）；
——在i个测量位置A加权的声压，已根据表2的背景噪声值进行了校正（dB）；
N——测量位置的总数；
K——对试验位置的环境校正值
图16、带油箱的变压器平面图--油箱上安装的散热器示出了主要的声辐射面，图中还示出了自冷和强风冷却变压器的传声器布置距离
图17、与变压器油箱主辐射面距离不少于3m的强风冷却设备上安装的典型传声器布置图
理想的情况是，试验环境应基本上没有背景噪声，在变压器3m范围内一般不应有声音反射物或声音辐射面。
在早期对变压器噪声的调研中，变压器厂家一般是利用图l8所示的隔音室进行噪声测量。
这种隔音室尺寸有限，一般不适于高压大型变压器。
BSEN60551规定，允许在工厂试验隔问进行噪声试验，可采用环境校正系数K对墙壁和天花板反射的噪声进行校正，其附录A介绍了确定K值的方法。
一般来说，K是2～5dB，它取决于与变压器尺寸有关的试验间的容积。
图18、在隔音室中正在进行噪声试验的变压器
声功率级计算如下所述。
根据有关的测量方法及相关标准计算有效测量面积的声压级后可计算出声功率级：
声功率级与每平方米有关。
A加权声功率级如下：
式中
——A加权声功率级，
等于1分贝（dR）；
S——测量表面积，
=1
。
测量表面积具有以下数值：
自冷变压器或带有无励磁强冷装置的强冷变压器，在距主油箱辐射面0.3m处测量噪声时,
（2）
h——变压器油箱高度（m）；
——测量线路长度（m）；
l.25——在没有测量噪声的变压器上部辐射的声音能量经验因数。
对具有强冷装置并励磁的强冷变压器来说
（3）
式中2——测量距离（m）。
对单独的冷却装置来说
（4）
式中H——冷却装置的高度（m）（包括风扇在内）（见图19）。
图19、带强风冷却装置的冷却器主辐射面边界
3.5、变压器噪声说明
图20、变压器辐射噪声的典型分析曲线
图20重新示出了变压器典型的噪声辐射曲线，可把此图看成是大量实测数据的组合。
图中的纵坐标代表噪声的大小，而横坐标代表噪声频率。
噪声分量最突出的点位是100Hz或两倍变压器正常频率时。
由于变压器铁心的磁致应力产生磁致伸缩，从而使叠片中产生轴向振动，而这恰好是噪声测量的频率。
然而磁致应力特性不是正弦曲线，因此会导致谐波分量，如图20所示。
背离“平方律”的磁致伸缩特性将导致偶次谐波（在200Hz、400Hz、600Hz频率时），由于磁通密度的增加或下降，会使磁致应力值各不相同--一种假磁滞效应--从而导致产生奇次谐波（在300Hz、500Hz、700Hz频率时）。
图12表明，人耳对噪声的感知度在100Hz以上时迅速增加。
以40方响度等值线为例，在100Hz时需要增加12dB的声强才能使声音达到与1000Hz同样的声音，因此，变压器噪声中的谐波对人有明显的影响，即使噪声比100Hz基本频率低10dB或更多也是如此。
图21、由磁致伸缩引起的振动
a）纵向振动；
b）横向振动
虽然铁心叠片的纵向振动是磁致伸缩的必然后果，但是为了限制铁心叠片产生振动而采取夹紧的方式，又会使铁心产生横向振动。
图21说明了这种影响。
已对这种影响进行了测量，认为横向振动所给予总噪声的声音能量与纵向振动产生的一样多。
正如前面指出的那样，两个类似声源发出的声音仅比一个声源发出的声音响度高25%。
同理，完全消除横向振动，只能使变压器噪声响度降低l/5。
虽然这种降低噪声的方法在技术上和经济上都可行，但它不如将纵向和横向噪声降低10dB从而使噪声响度降低一半的效果明显。
变压器铁心噪声的其他来源是由于叠片问磁场的相互吸引力和排斥力所致，这两种力由磁通穿过柱铁和铁轭及铁轭接缝气隙所致。
通过专业的制造和设计技术，即最广泛采用的阶梯形叠铁心结构可使这种力降低。
图20包括了典型的冷轧叠铁心产生的磁致噪声，工作磁通密度在1.6T和1.8T。
已经表明，即使在磁通密度变化10%，而且噪声变化仅仅为2dB时，尽管噪声特点可能有明显变化，但仍可以看出，通过降低磁通密度的方式降低噪声是最不经济的。
通过借鉴冷轧电工钢片的经验可最好的说明这一点：
为了最佳发挥较新铁心材料的性能，需要将铁心磁通密度选在1.65T至1.85T之间，虽然较高的磁通密度可能会使指定尺寸的铁心产生较高的噪声，但对于额定容量的变压器来说，由于较高的磁通密度材料会使铁心体积变小，所以噪声的增加则微不足道。
要想通过合理的利用原材料和特别精心制做铁心的方式达到降低噪声，尚需要做大量努力。
在研究变压器其他可能的噪声源时，必须考虑负载时绕组单根导线间存在的电磁力。
由于这些电磁力均具有正弦特性，因此在100Hz基波下的谐波可以忽略不计。
与铁心在100Hz基波频率下产生的谐波相比之下，绕组电磁力在基波下的谐波则相形见绌，声波测量已证实了这一结论，因为大多数变压器从空载到满载时的噪声水平不超过2dB（响度升高15%）。
事实上，噪声变化大多是磁通密度变化所致，它与绕组电磁力变化关系不大。
变压器噪声的另一个主要来源是冷却器。
风扇在500Hz至2000Hz频率会产生噪声，人耳对这种宽带谐波当然比对铁心在100Hz基本频率产生的谐波敏感。
主导频率取决于多种因素，包括风扇速度，叶片数和叶片外形。
声功率级取决于风扇的数量以及转速。
对许多强风冷却变压器来说，冷却器风扇是比变压器本身更明显的噪声源。
以图16平面图所示的一台变压器为例，这台变压器容量是40MVA，油自然风冷（ONAN），额定电压为132kV/33kV。
油箱上方安装有散热器，有两台泵和8个风扇，紧急油导向强风额定值为80MVA。
通过认真设计铁心并且最佳利用高导磁（HIB）电工钢片，根据背景值修正表面平均声压，使变压器声压水平达到47dB（A）。
此台变压器在油自然风冷（ONAN）额定值下的声功率级为66dB（A）。
不过若所有泵和风扇均在油导向风冷（ODAF）额定值下运行，变压器表面声压的平均值会增加到60dB（A），声功率级增到82dB（A）。
对变压器噪声的上述评论是假定变压器中不会产生任何谐振。
一般情况下，变压器铁心和绕组的最小自然频率是1000Hz左右。
图20表明在这种频率或高于此频率时，电磁力很低，因此可以肯定地说，能够避免由谐波产生的不良影响。
变压器油箱或附件的自然频率较低，油箱出现谐振很可能是由于铁心的振动通过油传给了油箱，在特定频率下，例如，结构件在100Hz、200Hz、300Hz、400Hz的自然频率或接近此频率时出现谐振，其结果必将扩大变压器噪声。
3.6、现场降低噪声
控制由变压器产生的噪声，几乎要完全依靠变压器制造厂。
无论在哪里，厂家都立该努力按用户规定的要求去做。
但是变压器总是不可避免的产生噪声，而且十分令人生厌。
因此发运变压器之前，变压器用户必须设法保证变压器在运行时的噪声让人所接受。
图22、变压器典型的表面平均噪声水平
图23、实测的变压器噪声随距离衰减
图22示出了变压器典型的表面平均声功率级。
当然应将规定值与现场安装的变压器试验声级进行比较，以使变压器噪声达到标准。
图22所示的声功率级将为变压器噪声对比提供合理的依据。
应当看到，噪声随距离增大而降低，如果把测量点与声源距离增加一倍，那么，声音扩散的面积将是4倍。
仅仅据此便可说明，如果距离噪声源的距离增加一倍，声功率级便会下降6dB。
实际上，声音的扩散与空气本身对声音的吸收便可以使噪声得到很大降低，特别是在较高频率下。
图23示出了当变压器额定容量一定时，噪声随距离的增加而衰减。
假定变压器和指定建筑物问没有屏蔽，利用这些曲线可计算建筑外的噪声水平。
一般来说，没有必要将建筑物附近的噪声降到听不到的程度。
经验表明，如果夜间将变压器附近房屋的窗户打开，若听不到变压器噪声，则表明此变压器噪声符合标准。
在这样的情况下，认为房屋外面的变压器噪声便是这种位置所允许的最大噪声。
在房屋外面用声功率级测量仪测到的噪声不应大于背景噪声2dB。
室内和室外两者均采用A加权测量，室内测量的噪声水平也应小于2dB。
表3列出了根据典型合成噪声、响度等值线和声音累计曲线计算出的变压器噪声等效值，单位是方。
从表中可以看出，三种背景噪声分别代表夜晚郊区、住宅区和工业区可接受的最大噪声水平。
表3、郊区、住宅区和工业区可接受的最大噪声水平
位置
背景噪声
/dB（A）
变压器噪声
声级
/dB（A）
计算的等效声功率级/方
（在1000Hz时用dB（A））
郊区
20
22
23
住宅区
26
28
40
工业区
35
37
50
注：
本表数据来自1956年大电网会议资料，题目是：
变压器噪声限值。
表3中的数值为基准，可以确定变压器附近的住宅区噪声水平是否合乎标准。
应该寻求一个保证住宅区居民免受高噪声骚扰的安装变压器的最佳位置。
如果不这样做，只能是继续寻求降低噪声的方法，而这一时难以奏效。
所以，最好是在安装变压器之前，选择适当的安装地点。
如果运行中的变压器噪声水平低于表3中的数值，则不需要采取降低噪声的措施。
事实上，如果变压器设计合理，在市区一般额定容量为200kVA的变压器在15m外和500kVA变压器25m外所发出的噪声都可以被接受。
如果住宅的窗户不直接面对变压器，则上述距离还可以缩短2/3。
3.6.1、噪声衰减
在市区，一般不可能将变压器安装在离住宅仅仅100m的地方。
在这种情况下，额定容量不超过15MVA的变压器则需要配置噪声衰减器，这样可使噪声降低10～25dB。
最明显的衰减措施是在变压器和收听者之间安装适当的屏蔽。
最简单的屏蔽设施是屏蔽墙。
屏蔽墙的有效性将随墙的高度和密度及噪声频率变化。
一面高6m的屏蔽墙，在墙的阴影外测量噪声时，100Hz频率的噪声衰减一般在10dB以内。
这种衰减恰好达到预期值的下限。
此外采用吸音材料还可以进一步降低噪声，采用吸音材料可以使噪声衰减2dB，偶然情况下可达到6dB以上。
尽管使用吸音材料可以降低噪声，尤其是在有屏蔽墙的一侧更有效，但如果屏蔽墙不经处理即使采用吸音材料也不会有效。
图24、600MVA变压器抗震台的典型布置形式
大型变压器的噪声和振动可通过地面进行传播。
从地面产生的振动可引起相邻结构件的振动，从而扩大并传递噪声。
可以通过将变压器放在抗震台——此抗震台用橡胶条或其他弹性材料制做——衰减噪声。
材料一般宽80mm，厚40mm，材料的条数和布置方式应尽可能贴紧变压器，垂直于油箱底座主要尺寸，布置时要均匀排列或按图24所示的形式排列，其目的是使油箱底座保持平稳。
无论采用哪一种布置方式，均应封闭油箱底座四周，若封闭不良，垫圈的空隙则会成为扩大声波谐振的空间。
英国中央电力局对大型发电机变压器采用混凝土或钢隔声装置。
因为这些材料可成为独立的高噪声源。
对于输电变压器和网络配电变压器来说．通常规定变压器底座必须利于安装隔声装置，因为当变压器投入运行以后，往往发现这种隔
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