何欣理

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200000）

1 引言

在岸橋工作中，整流電力變壓器是其十分重要的器件，而鑒于各方對(duì)岸橋工作穩(wěn)定性的要求，電力變壓器工作的振動(dòng)噪聲控制成為了岸橋工作中各方需著重開展的關(guān)鍵工作?；诖耍恼聫陌稑蛘麟娏ψ儔浩鞯墓ぷ髟沓霭l(fā)，對(duì)這一電力變壓器的振動(dòng)產(chǎn)生原理和影響作用展開了詳細(xì)分析，繼而通過數(shù)據(jù)計(jì)算的方式，測(cè)試了岸橋整流電力變壓器的振動(dòng)以及噪聲情況，并根據(jù)相應(yīng)測(cè)試結(jié)果提出了三點(diǎn)切實(shí)可行的振動(dòng)噪聲控制措施。

2 岸橋整流電力變壓器工作原理

岸橋整流電力變壓器即在岸橋上使用的整流電力變壓器，是岸橋電力電子設(shè)備中最為主要的元部件之一，使用十分廣泛。在整流電力變壓器的結(jié)構(gòu)上和一般的電力變壓器基本一致，都是由兩個(gè)或兩個(gè)以上繞在鐵芯上的繞組所組成。從整流電力變壓器的工作原理上觀察，也是在法拉第電磁感應(yīng)定律下所進(jìn)行的電能傳遞和變換作業(yè)，通過交變磁場(chǎng)將以一次組和二次繞組之間進(jìn)行連接，繼而變換電流、電壓并傳遞電能。整流電力變壓器的獨(dú)特之處在于繞組的結(jié)構(gòu)，在其二次側(cè)處是移相繞組。較為常見的移相繞組的移相方式主要有移相繞組移相、星角繞組移相以及自耦移相變壓器移相三種[1]。

3 岸橋整流電力變壓器振動(dòng)噪聲產(chǎn)生原理及作用影響

3.1 產(chǎn)生原理

在岸橋整流電力變壓器的振動(dòng)產(chǎn)生原理上，其主要集中在三個(gè)方面：①鐵芯的電磁吸力，從電磁場(chǎng)理論可知，在三相交流電磁場(chǎng)鐵芯硅鋼片的接縫處會(huì)存在很大的電磁吸力，而如果岸橋整流電力變壓器中鐵芯存在松動(dòng)的情況，便會(huì)在此作用力下出現(xiàn)強(qiáng)烈的周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生。②鐵芯磁致伸縮效應(yīng)。即在岸橋整流電力變壓器的運(yùn)作中鐵芯硅鋼片會(huì)在電磁場(chǎng)的作用下，沿著磁力線的方向在尺寸上發(fā)生變化，在勵(lì)磁消失后又復(fù)原，在此過程中產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。③繞組的電動(dòng)力，岸橋整流電力變壓器繞組中電流會(huì)在磁場(chǎng)的影響下產(chǎn)生電磁力，繼而繞組中的漏磁場(chǎng)和電流之間的分量彼此間產(chǎn)生作用，會(huì)使繞組產(chǎn)生軸向動(dòng)力，繼而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲[2]。

3.2 作用影響

變壓器振動(dòng)主要來自鐵芯和繞組兩者，兩者彼此傳遞。另外由于岸橋是整體隨船運(yùn)輸，為加強(qiáng)變壓器的整體強(qiáng)度，變壓器底部通常會(huì)焊接固定，這樣可能會(huì)引起共振進(jìn)一步加劇振動(dòng)。在持續(xù)的振動(dòng)下，會(huì)引起變壓器的三相繞組間隙的不等，引起異響，影響相間電壓和三相平衡，造成無功功率較大。

表1 岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)

4 岸橋整流電力變壓器振動(dòng)噪聲測(cè)試

4.1 振動(dòng)測(cè)試

岸橋整流電力變壓器振動(dòng)測(cè)試主要是對(duì)其表面振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，分別在負(fù)載和空載的工況下對(duì)岸橋整流電力變壓器的箱體振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，使用壓電式加速度傳感器將瞬間振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，然后再通過數(shù)據(jù)采集器完成振動(dòng)信號(hào)的采集，完成測(cè)試數(shù)據(jù)的收集：

負(fù)載振動(dòng)測(cè)試。分別選擇岸橋整流電力變壓器額定電流的100%、90%、80%以及70%進(jìn)行測(cè)試。

從測(cè)試結(jié)果得知，以時(shí)間為軸觀察，岸橋整流電力變壓器滿負(fù)載箱體振動(dòng)信號(hào)為一個(gè)正弦函數(shù)，可視作諧波信號(hào)。100Hz為振動(dòng)最為明顯的頻率，此外還存在少量200Hz的振動(dòng)頻率。

空載振動(dòng)測(cè)試。通過測(cè)試得知，在空載和負(fù)載狀態(tài)下岸橋整流電力變壓器滿負(fù)載箱體振動(dòng)信號(hào)時(shí)域一致。在空載工況下，岸橋整流電力變壓器空載箱體振動(dòng)300Hz的占比最大，此外也存在100Hz和200Hz的頻率段，說明在空載工況下振動(dòng)更為明顯。

4.2 噪聲測(cè)試

在岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲的測(cè)試上，基于岸橋整流電力變壓器尺寸的差異確定振動(dòng)加速度傳感器的安裝位置，并形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀，再使用多通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)變壓器振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。在噪聲測(cè)試部分，于變壓器輪廓30cm處包絡(luò)線上1/3、2/3處進(jìn)行噪聲測(cè)量。選擇空載工況為測(cè)試工況，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1所揭示信息可知在0.3m處岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲最大值達(dá)到67.3dB，整體水平還是偏高，需要采取措施將噪聲進(jìn)一步降低。

將所獲得信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，可和上文已經(jīng)分析出的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)直接建立聯(lián)系，得到岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲0.3m處噪聲信號(hào)的頻譜情況。

從測(cè)試結(jié)果得知，岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲和振動(dòng)之間存在很大的相似性，集中在1000Hz以內(nèi)，其在300Hz時(shí)出現(xiàn)峰值，整體上和岸橋整流電力變壓器空載箱體振動(dòng)情況相匹配。

5 岸橋整流電力變壓器振動(dòng)噪聲控制措施

上文就岸橋整流電力變壓器振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生機(jī)制、影響作用、程度和兩者的相干性進(jìn)行了分析，本章從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)提出幾點(diǎn)控制振動(dòng)和噪聲的措施。抑制振動(dòng)向傳播，即是對(duì)變壓器內(nèi)部器身的振動(dòng)進(jìn)行控制。在變壓器的運(yùn)作中，繞組和鐵芯所產(chǎn)生的振動(dòng)是在墊腳這一固體介質(zhì)下完成傳遞的。因此，可在繞組和墊腳之間連接處通過加入一些減振墊的方式，將原來繞組和墊腳之間的剛性接觸轉(zhuǎn)化為彈性接觸，繼而繞組和鐵心傳導(dǎo)到底座上的振動(dòng)會(huì)大大減少，降低整體振動(dòng)，變壓器底座與底盤結(jié)構(gòu)連接采用螺栓連接取代傳統(tǒng)焊接固定，從而也就起到了降振降噪的目的；此外還可以抑制箱體向外輻射噪聲，通過上文的分析可知，100Hz和300Hz是最為主要的振動(dòng)頻率，可針對(duì)于這兩個(gè)頻段，在岸橋整流電力變壓器箱體外壁上附加空氣薄膜阻尼結(jié)構(gòu)，依托于特性頻率的阻尼特性，完成箱體表面振動(dòng)的衰減。同時(shí)通過上文的分析可知，箱體的噪聲和箱體振動(dòng)之間存在著很大的相關(guān)性，300Hz是主要的噪聲產(chǎn)生頻率，因此100Hz和300Hz振動(dòng)衰減，同時(shí)也就起到了衰減噪聲的效果。

6 結(jié)語

綜上所述，通過計(jì)算測(cè)試的方式，就岸橋整流電力變壓器空載箱體的噪聲振動(dòng)情況進(jìn)行了揭示，并提出切實(shí)可行的控制措施，得出以下幾點(diǎn)研究結(jié)論：鐵芯的電磁吸力、鐵芯磁致伸縮效應(yīng)、繞組的電動(dòng)力是振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的主要機(jī)制，鐵芯、繞組、固定底座是振動(dòng)產(chǎn)生的主要部分，噪聲包括主體噪聲和冷卻系統(tǒng)噪聲兩個(gè)組成。岸橋整流電力變壓器滿負(fù)載箱體振動(dòng)信號(hào)時(shí)域波形可視作諧波信號(hào)，頻率波形在變壓器滿載時(shí)，100Hz振動(dòng)占比最大，空載時(shí)200Hz最大。在空載時(shí)振動(dòng)和噪聲頻譜存在很大的相干性，0.3m處最大噪聲為67.3dB，可采取抑制振動(dòng)向罩殼傳播、抑制箱體振動(dòng)、抑制箱體向外輻射噪聲等措施進(jìn)行振動(dòng)和噪聲的控制。