[科普中国]-变压器噪音

变压器噪音是由本体结构设计、选型布局、安装、使用过程中，变压器本体及冷却系统产生的不规则、间歇、连续或随机引起的机械噪音及空气噪音总和。变压器所产生的噪音广泛影响住宅小区、商业中心、轻站、机场、厂矿、企业、医院、学校等场所。

来源变压器噪音共有三个声源，一是铁心，二是绕组，三是冷却器，即空载、负载和冷却系统引起噪音之和。铁心产生噪音原因是构成铁心硅钢片交变磁场作用下，会发生微小变化即磁致伸缩，磁致伸缩使铁心随励磁频率变化做周期性振动，铁心磁致伸缩变形和绕组、油箱及磁屏蔽内电磁力所引起。绕组产生振动原因是电流绕组中产生电磁力，漏磁场也能使结构件产生振动。电磁噪音产生原因是磁场诱发铁心叠片沿纵向振动产生噪音，该振动幅值与铁心叠片中磁通密度及铁心材质磁性能有关，而与负载电流关系不大。 电磁力(和振动幅值)与电流平方成正比，而发射声功率与振动幅值平方成正比。

变压器的噪音来源于变压器本体和冷却系统两个方面。国内外的研究结果表明，变压器本体振动产生噪音的根源在于：

（1） 硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动。

（2） 硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引力而引起铁心的振动。

（3） 当绕组中有负载电流通过时，负载电流产生的漏磁引起线圈、油箱壁的振动。近年来，由于铁心叠积方式的改进和心柱及铁轭都用环氧玻璃丝粘带绑扎，硅钢片接缝处和叠片之间的电磁吸引力引起的铁心振动，比硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动要小得多，可以忽略。而变压器的额定工作磁密通常取1.5~1.8T，国内外研究和试验均证明，在这样的磁密范围之内，负载电流产生的漏瓷引起的线圈、箱壁的振动比硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动要小得多，也可以忽略。这就是说变压器本体的振动完全取决于铁心的振动，而铁心的振动可以看作完全是由硅钢片的磁致伸缩引起的。

变压器噪音的另一个主要来源是冷却器。风扇在500Hz至2000Hz频率会产生噪音，人耳对这种宽带谐波当然比对铁心在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。音功率级取决于风扇的数量以及转速。

与变压器本体噪音的机理一样，冷却装置的噪音也是由于它们的振动而产生的，其振动的根源在于：

（1） 冷却风扇和油泵在运行时产生的振动。

（2） 变压器本体的振动通过绝缘油、管接头及其装配零件传递给冷却装置，使冷却装置的振动加剧，噪音加大。另外，当铁心加热以后，由于谐振频率和机械应力的变化，其噪音会随温度的升高而增大。而运行现场的环境（如周围的墙壁、建筑物及安装基础等）对噪音也有影响。

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音源。

危害噪音对人的危害很大，长期处于噪音影响下的人往往会出现如下症状：一是影响听力。听力的损伤程度与人耳在噪音环境中暴露的时间有关，长期处于85dB以上的噪音环境中噪音性耳聋发病率可达5%。二是影响学习工作，干扰睡眠。特别是对于面临学习考试压力的学生来说，噪音会影响他们的精神集中程度，每年临近高考、中考时，政府都会安排相应的人员专门整治噪音问题，让噪音不影响学生的考试状态。三是影响心血管功能和内分泌系统。这主要表现在心跳过快、心律不齐、血压过高等。四是危害中枢神经系统。人们长期处于噪音环境中会出现头痛、耳痛多梦、记忆力减退、全身乏力等症状。五是影响儿童的智力发展。有报告指出，在噪音环境下的儿童的智力比在安静环境下的儿童低20%，噪音对胎儿的成长也有影响。

大多数变压器噪音不属于高分贝的强噪音，但其绝大多数情况下产生的低频噪音会对人体产生慢性损伤，容易使人烦躁、易怒，有时甚至失去理智，长期受袭扰的话，还可能造成神经衰弱、失眠等神经系统疾病，如果孕妇长期处于低频噪音中也会影响到腹中胎儿的发育。中国疾控中心环境影响评价室的专家指出，低频噪音对生理的影响虽然没有高频噪音那么明显，但它可以直达人的耳骨，使人的交感神经紧张，导致心跳过速、血压升高、内分泌失调等症状。由于低频噪音主要是通过结构传音的，所以很容易引起人的感觉共鸣。一般而言，人对低频噪音的忍耐程度相对也较低。正常情况下，30至35分贝一般人还能接受，35分贝以上就会有人明显感觉到心慌、烦躁等不舒服情况。

治理措施运行中变压器的噪音通常是指变压器的本体噪音和冷却装置噪声合成的噪声。因此，为了降低变压器的噪音，也应从这两个方面来采取有效的技术措施。目前，国内变压器噪声检测机构有清华大学建筑物理实验室，专业降噪厂商。

一方面，对变压器的本体噪音，可通过减小铁心的振动和降低噪声的发散能力来控制；也可通过减振及隔声、吸声等措施，使噪声在传播途径中得以衰减。

另一方面，对冷却系统的噪声加以控制，使其噪声接近或低于本体噪声水平，也能有效降低变压器噪音。

降低变压器本体噪音

（1）铁心采取的技术措施

① 选用磁致伸缩ε小的优质硅钢片优质硅钢片提高了结晶方位的完整度，特殊涂层增加了其抗张力，从而降低了其磁致伸缩ε。在磁通密度为1.5T时，高晶粒取向硅钢片的磁致伸缩ε只有一般硅钢片的60%。因此，在相同磁密下，优质硅钢片的磁致伸缩ε较小，产生的振动也相应较小，噪声可降低2~4dB(A)。

② 降低铁心的磁通密度B 铁心的额定工作磁密B通常取决于噪声及空载损耗的要求值。

③ 采用全斜交错接缝的铁心结构在传统的心柱和铁轭交错接缝结构中，磁力线在接缝处横向穿越附近的硅钢片，会产生涡流和磁饱和，导致噪声和空载损耗增大。而采用全斜交错接缝，保证了心柱和铁轭搭接，减小了磁通畸变，保证了铁心整体机械强度。实践证明，当磁密为1.7T时，铁心采用全斜交错接缝噪声能降低3~5dB(A)。

④ 增大铁轭面积以减少铁轭中的磁通密度由于变压器心柱产生的噪声能通过线圈和围屏得到有效的衰减，因此，本体噪声大部分来源于铁轭的振动。在变压器设计时，应保证每级铁轭与心柱的片宽比应与它们截面积之比完全相同。这样才能避免磁通由心柱进入铁轭时，由于产生垂直硅钢片表面的漏磁通而引起的噪声增大。

⑤ 增加铁心接缝有试验表明，当变压器铁心由两级接缝变为三级接缝时，其噪声可降低3~6dB(A)。这是因为在两级接缝中，对应的两个接缝间隙只跨越一层叠片，而三级接缝则跨越两层叠片，通过每层跨接叠片末端处的磁密降低，故而导致噪声降低。

⑥ 控制铁心夹紧力有资料表明，当铁心夹紧力在压强为0.08~0.12Mpa时，变压器噪声最低。在铁心制造过程中可通过力矩扳手合理控制夹紧力；同时也可在心柱级间放置绝缘棒，使心柱绑扎受力均匀，防止因铁心受力不均匀而导致磁致伸缩ε增大。使用以上措施，能降低本体噪声3~6dB(A)。

⑦ 采用先进的加工工艺磁致伸缩ε对应力极为敏感。在相同磁密条件下，有较大应力的硅钢片与应力较小的硅钢片相比，ε随应力的增加而急剧增大。因此，采用先进、合理的加工措施如：采用自动化的横、竖剪切线，控制硅钢片堆放高度，不叠上铁轭，对油道和夹件绝缘等使用的纸板进行预压密化处理等措施都可减少硅钢片的应力增加，从而降低变压器噪声。

⑧ 在铁心垫脚与箱底之间放置减振橡胶如前所述，铁心的磁致伸缩振动分别是通过垫脚和绝缘油这两条途径传给油箱的。在铁心垫脚与箱底之间放置减振橡胶，能使器身与油箱间的刚性接触变为弹性接触。从而，阻断部分振动的传递，减小本体噪声。

（2）油箱采取的技术措施

① 增加箱壁强度，减小箱壁振幅 为减小箱壁振幅，必须增加油箱整体的刚性。为此，可适当增加箱壁厚度或合理布置加强筋，控制筋间距。同时，辅以合理的焊接工艺，减小箱壁焊接变形，减少制造过程中的残留应力。这样，就能提高箱壁强度，减小箱壁振幅，降低噪声。

② 增加油箱阻尼 可在油箱内壁设置橡胶板。对有磁屏蔽的变压器，可将橡胶板放置在箱壁与磁屏蔽之间。在加强筋间焊接普通工业钢板网，网上涂刷2-3mm厚的阻尼材料，这样既不影响箱壁散热，又减小了箱壁的振动，降低了噪声。

③ 在油箱底部与基础间设置减振器 在油箱底部与基础间设置减振器，避免箱底与基础间的刚性连接，使振动通过减振器发生衰减，以达到降低噪声的目的。通常采用的是橡胶减振器和弹簧胶减振器。

加隔声层降低噪声

油箱结构，分为组合式与高效式两种。组合式为：可油箱外部结构情况将隔音板做成若干件，钢板内放吸音材料。吸音材料有：岩棉、玻璃纤维等。隔音壁能把变压器本体发射部分噪声反射回去；当噪声穿过隔声壁时，也能被吸收一些，起到降低噪声作用。单件隔音板用螺栓分别固定油箱加强铁上，采用这种隔音板可降低噪声10-15db。也可采用高效隔音板，放两个加强铁之间，薄弹簧钢板固定。框形附加重物调整高效隔音板振动特性，使它振幅明显低于加强铁振幅，有效屏蔽住变压器本体发出噪声，可降低噪声l0-5db(a)。

有源抵销消声法

采用消声法降低噪声。即变压器lm以内放置若干个噪声发声器，使它们发出噪声与变压器发出噪声互相抵消。它原理是首先把变压器噪声信号转变为电信号，然后放大激励噪声发声器，使各噪声发出来噪声，振幅相等，相位相反，使变压器噪声受到破坏性干扰，可降低噪声15db(a)左右。

降低冷却系统噪声

（1）采用合理的冷却方式在满足设计要求的前提下，在低噪声变压器的设计中，应选用自冷片式散热器替代风冷散热器或强油循环风冷却器，这从根本上杜绝了冷却器的噪声源，能有效降低噪声8~15dB(A)。

（2）选用低噪声的冷却装置在冷却装置的选用过程中，应选用低噪声的冷却装置。用多台流量适中的新型低噪声风扇替代大流量高噪声风扇具有以下优点：第一，风扇布置均匀，能提供均匀冷却；第二，一组风扇出现故障，其余风扇仍能正常运行，提高了冷却系统的可靠性；第三，在总的冷却风量不变的前提下，其电机功率仅为大流量风扇的70%~75%，噪声降低了2~3dB(A)。

（3）采用减振装置 变压器本体的噪声通过箱壁和油引起冷却装置的振动，采用以下措施能有效控制其振动。第一，在油箱与散热器之间采用防振头。防振头可由耐腐蚀的防振橡胶或不锈钢制作。试验结果表明，防振头通常能使自冷片式散热器的振动噪声降低5~8dB(A)。第二，对于侧吹或底吹片式散热器冷却方式，为避免风扇加剧冷却系统的振动，风扇支架不能直接固定在散热器上，而应固定在箱壁上，并应设置减振橡胶垫。第三，冷却系统和本体分别安装的变压器，风扇应固定在专用基础上。

其它方法

(1)设计低空载噪声变压器时，尽量采用自冷式，这样可去除风扇和油泵噪声叠加。当容量难以满足需要时，满足大容量变压器散热，尽量选用低噪声潜油泵和低转数风扇冷却器。采用低速风扇，能使自冷变压器容量提高33%，噪声达到69db(a)。具体情况，也可采用双速风扇。负荷较小时开动低速风扇，噪声可相应降低；负荷较大时开动高速风扇，能使自冷变压器容量提高67%，但此时噪声较大，达到75db(a)。

(2)室内布置变压器时，应考虑由噪声墙面反射时可能导致噪声增加。该增值是变压器表面积与变压器室表面积之比函数，并与墙面和天花板吸声系数有关。采用矿渣棉或类似材料对墙面涂覆处理，可增加吸声系数，使噪声明显降低。

工程实践在吸收声能减振方面

由于铁心产生的噪音有一部分是通过箱底和基础传出去的。所以在安装变压器的时候,如果能在器身和油箱之间或在油箱和基础之间加减振器,通常采用的是橡胶减振器和弹簧胶减振器,能使声音通过减振器衰减。此外,也可在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间放置防振胶垫,使铁心和磁屏蔽的振动传到油箱时,由钢性连接变为弹性 连接,从而达 到减 少振 动, 防止共振,达到降低噪音的目的。实践证明此方法可以降低噪音1到2分贝。还可以在油箱加强铁内放隔声材料,可以将油箱振动的能量吸收一部分,从而达到降低本体噪音的目的,可以降低噪音2到3分贝。

加隔音层降低噪音

组合式油箱可根据油箱外部结构情况将隔音板做成若干件,钢板内放吸音材料比如岩棉、玻璃纤维等。隔音材料能把变压器本体产生的噪音部分反射回去;而且当噪音穿过隔声材料时,也能被吸收一些,起到降低噪音的作用。单件的隔音板可用螺栓分别固定在油箱上,采用这种隔音板可降低噪音9到16分贝。当然也可采用高效隔音板,放在两个加强铁之间,通过薄弹簧钢板来固定从而使得噪音降低更多。5. 3 噪音抵消法在变压器l米以内放置若干个噪音发声器,使它们发出的噪音与变压器发出的噪音互相抵消。该方法的原理是首先把变压器的噪音信号转变为电信号,然后放大激励噪音发声器,使各噪音发出来的噪音,振幅相等,相位相反,使变压器噪音受到破坏性干扰,实践证明该方法可降低噪音大小约16分贝。

降低冷却系统噪音

这是从外部条件入手来降低噪音的,降低冷却系统噪音的技术措施有:一,采用合理 的 冷却 方 式在 满 足设 计 要求 的 前 提下,在低噪音变压器的设计中,应选用自冷片式散热器替代风冷散热器或强油循环风冷却器,这从根本上杜绝了冷却器的噪音源,能有效降低噪音8到15分贝。二,选用低噪音 的 冷却 装 置在 冷 却装 置 的选 用 过 程中,应选用低噪音的冷却装置。用多台流量适中的新型低噪音风扇替代大流量高噪音风扇具能提高了冷却系统的可靠性也能在保持总的冷却风量不变的前提下,其电机功率降低70%～75%,从而使得噪音降低了2～3分贝1。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学