变压器本体振动和噪声功率流理论及其抑制方法的研究

The control of transformer noise in a power grid is an important issue in environmental engineering. The most effective approach for this control is to reduce noise and vibration in the transformer body itself. The noise of the transformer body is caused by various vibration components and sound power flow is essentially generated by the electromagnetic input. The aim of this project is to solve the following key scientific challenges: (1) modelling and analyzing the characteristics of vibration-noise power flows in transformers; (2) developing suppression methods for transformer vibration and noise by minimizing the power flows; and (3) proposing and verifying the noise control methods for transformers based on the optimization principles. The outcomes of this project not only provide a theoretical basis and design tools for solving the practical noise problems of power transformers, but also are important for understanding some basic scientific questions in the fields of fluid–solid interaction and noise and vibration control.

变压器的噪声控制一直是电网环保工程的一个重要课题，而降低变压器本体的振动噪声是其噪声治理的最直接和有效的途径。变压器本体噪声的根本是电磁输入激发的结构振动功率流的传播和辐射。本项目拟从功率流理论的角度出发，解决下述3个关键科学问题：（1）变压器振动和噪声功率流特性分析和模型构造；（2）变压器振动和噪声功率流抑制方法的原理和仿真；（3）基于功率流抑制理论提出变压器减噪方法并验证。研究结果不仅对理解弹性边界流固耦合和结构振动控制领域中的几个基础科学问题具有重要意义，而且为解决变压器噪声问题提供理论依据和设计工具。

变压器是电网系统的重要枢纽设备，研究变压器的振动机理，对设计低噪声变压器有着重要意义。铁芯和绕组是变压器的两个主要部件，在磁场的作用下，铁芯和绕组的机械结构受到电磁激励的作用，进而产生振动，振动传递到油箱外壳进而通过噪声辐射传递出去。本项目以铁芯和绕组的振动产生机理为主要思路，分别针对磁场特性、机械结构特性和结构耦合特性这三部分研究内容，基于均质化思想，建立相应的等效计算模型或者有限元仿真模型，研究了铁芯主干区域磁场、缝隙区域磁场、铁芯机械结构、绕组机械结构以及绕组和铁芯之间的耦合作用；采用声压法、声强法及振动法对实际运行及出厂阶段的变压器等设备的表面振动和辐射噪声进行了系统的测量和分析，掌握了特高压变电站主要设备辐射源强的测量和计算方法，获得了它们的噪声频谱、分布及衰减特性。同时，采用格林函数法、等效源法等对特高压主设备的声场进行了重构，明确了各设备的噪声源模型参数，提出了一种声波干涉修正算法，进一步提高了厂界噪声的预测精度，为变压器噪声的计算和控制提供了关键技术支撑。