電力變壓器強磁振動發(fā)生傳播機理與有源降噪研究

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力變壓器的等級逐漸提高，相應的振動噪聲問題日益嚴重。變壓器在運行中產生的振動不但會影響電力設備的正常運行及使用壽命，亦會對周邊人們的工作和生活產生不良影響，因此科學并合理的解決電力變壓器的振動噪聲問題已經成為變壓器制造業(yè)與使用部門亟需解決的問題。本課題從變壓器振動機理、變壓器有源降噪和交直流疊加配電網中變壓器噪聲抑制三個方面進行研究并取得了相應的成果。 機理研究方面，從變壓器硅鋼片的微觀磁疇結構變化出發(fā)，基于Gibbs自由能的展開，并利用晶粒取向性硅鋼片磁致伸縮的物理發(fā)生機理進行簡化，從物理本質上建立晶粒取向性硅鋼片磁致伸縮的本質模型；基于磁致伸縮本質模型，考慮磁場和結構場之間的耦合作用，建立變壓器鐵芯 n 利用大型通用有限元軟件ANSYS，建立10kV/400V三相三柱式變壓器鐵芯的仿真模型，分析了磁致伸縮對變壓器鐵芯振動的影響。 有源降噪方面以實地采集不同運行狀態(tài)的電力變壓器噪聲為基礎，分析得出變壓器噪聲的一般規(guī)律，據(jù)此抽象出大功率電力變壓器智能化有源降噪系統(tǒng)的數(shù)學模型；有源降噪系統(tǒng)的核心控制部分是采用LMS算法的自適應濾波器，該算法具有良好的收斂性和穩(wěn)定性；基于LabVIEW編寫了自適應算法的仿真程序，探究收斂系數(shù)、濾波階數(shù)、系統(tǒng)采樣率和次級通道延遲對算法收斂性和穩(wěn)態(tài)誤差性能的影響，并設計了完整的大功率電力變壓器智能化有源降噪系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)。實測中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以使噪聲下降5~10dB左右，尤其是低頻噪聲幅值下降明顯。 如今分布式發(fā)電的并網方式一直是研究的熱點，交直流電能配送方式相對于傳統(tǒng)的直流并網具有靈活性強、可靠性高、控制方便、節(jié)約投資等眾多優(yōu)勢。但由于交直流的耦合使得電力變壓器鐵芯飽和，造成電壓、電流波形發(fā)生畸變，使變壓器鐵芯振動加強，產生嚴重的噪聲。為配合分布式發(fā)電的新潮流，利用Z型變壓器實現(xiàn)分布式發(fā)電的并網與解耦，從理論和仿真分析Z型變壓器避免直流接入導致鐵芯飽和現(xiàn)象發(fā)生的機理，分析發(fā)現(xiàn)采用Z變壓器后能夠避免直流偏磁現(xiàn)象，很好的抑制噪聲，并在在一定程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質量。 基于上述研究提出了一種新型變壓器鐵芯振動模型，建立了一種普遍適用的有源降噪系統(tǒng)，并提出了一種Z型變壓器在交直流疊加配電網中變壓器噪聲抑制新方法。這對于變壓器噪聲的抑制具有重要的指導意義。

本申請項目重點針對電力變壓器強磁振動發(fā)生傳播機理與有源降噪研究存在的難點問題，開展理論探索與技術創(chuàng)新研究。建立強磁環(huán)境下包含力磁耦合關系并可用于數(shù)值計算的磁致伸縮本構模型；考慮力磁耦合效應，建立精確的可應用于數(shù)值計算的鐵芯振動數(shù)學模型，揭示鐵芯強磁振動發(fā)生機理；獲取鐵芯與箱體之間的振動傳播特性，分析變壓器多重介質對振動傳播特性的影響，明確變壓器鐵芯與箱體之間的振動傳播機理；提出變壓器箱體振動單元劃分方法，提高遠場輻射噪聲計算準確性；將變壓器箱體作為初級聲源，分析有源降噪系統(tǒng)次級聲源各參數(shù)的相互影響，提出有效的次級聲源參數(shù)優(yōu)化策略。本項目研究結果將豐富發(fā)展變壓器振動機理與有源降噪研究的基礎理論與分析方法，具有重要的理論意義與應用價值。

有源降噪系統(tǒng)在理想的條件下所能達到的降噪效果。但環(huán)境中的噪聲頻率的成分很復雜且強度隨時間起伏，往往在某些頻段和位置上的噪聲被抵銷,而在另外一些頻段和位置上卻有所增加,難以達到理想的效果。

利用電子線路和擴聲設備產生與噪聲的相位相反的聲音──反聲，來抵銷原有的噪聲而達到降噪目的的技術，也稱為反聲技術。用于有源降噪的儀器設備稱為電子吸聲器或電子消聲器。有源降噪技術和利用吸聲材料將聲能轉變?yōu)闊崮艿慕翟爰夹g相比，其原理截然不同。

從本質上來講，有源降噪相當于在原系統(tǒng)中引入了一部分負反饋的電路（開環(huán)或者閉環(huán)都有），從而在實際輸出時可以大幅削弱原來噪聲信號的幅度、功率與分貝，達到實際降噪的目的。原理核心思想就是反饋與系統(tǒng)的自穩(wěn)定原理。

有源降噪技術自1947年H.F.奧爾森首次提出后，引起很多人的興趣。除在較小范圍內用于降低低頻噪聲（如機床旁工人耳邊、飛機座艙駕駛員頭部附近等），或在較大范圍內用于降低簡單聲源（如大變壓器站、大加壓站等）的噪聲以外，并未普遍應用。把有源降噪技術應用到較大范圍內的問題尚在探討。例如，有人利用惠更斯原理，在噪聲源的近場區(qū)產生惠更斯子波，以期在遠場區(qū)達到降聲的目的 。

負反饋的原理不但可用來控制噪聲，還可用于控制振動和混響。