磁致伸縮引起的電力變壓器振動噪聲基礎及拓展研究

《磁致伸縮引起的電力變壓器振動噪聲基礎及拓展研究》是依託清華大學，由李勁松擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：磁致伸縮引起的電力變壓器振動噪聲基礎及拓展研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：李勁松
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

電力變壓器是輸變電系統的重要裝備，其鐵心和繞組受磁致伸縮效應、麥克斯韋力和洛倫茲力的共同作用，會產生振動噪聲，其中鐵心的磁致伸縮被認為是輻射噪聲的主導振動源。在一些場合這些噪聲已是關鍵的環境污染源，其減振降噪已成為亟待解決的難題。.鐵心磁致伸縮、接縫型式、繞組結構等，以及振動噪聲特性測試、建模和試驗測量的局限性，都給其振動噪聲分析帶來困難。本項目擬研究電力變壓器鐵心磁致伸縮的基礎理論、基本試驗及拓展、模擬驗證以及減振降噪的新途徑，研究過程主要從以下方面展開：1、磁致伸縮引起振動的磁-力-變形建模；2、鐵心磁致伸縮的基本試驗驗證及拓展研究；3、電力變壓器減振降噪的研究。研究成果可為開發大容量、高性能、低噪聲的電力變壓器提供強有力的設計參考依據和技術支撐。

結題摘要

隨著人們環保意識的增強，降低變電站、換流站等電力設施中電力變壓器、電抗器所產生的噪聲污染成為亟待解決的難題。基於電力變壓器鐵芯振動和噪聲的主要來源，以電工鋼片為基本對象，研究磁致伸縮引起的變形與疊置鋼片結構受力之間的相互作用，並拓展到包括接縫的麥克斯韋力及繞組的洛倫茲力，探尋整體結構的主動減振降噪新方法且加以試驗驗證。主要成果包括：將電磁力的頻率和空間分布與結構的固有頻率和模態振型相一致，探究結構形變的共振現象，並以此為基礎建立磁致伸縮引起的磁-力-變形模型，逐步延伸考慮麥克斯韋應力及繞組受力振動影響。採用結構有限元法計算鐵芯的振動與噪聲，通過單片級和多片級方型與環型鋼片循序漸進的試驗測試進行驗證，提出了鐵芯與繞組位置互換的新型鐵芯結構設計，有效地降低了電力變壓器的振動和噪聲，試製了全新的電工鋼片磁致伸縮測量裝置。基於有限元與邊界元相結合的方法，建立了三維全尺寸電力變壓器多物理場電磁-力-結構-聲耦合模型，旨在提高計算精度和效率。通過數值計算與試驗對比，在擴展平面和三維區域分別進行了近場和遠場剖面分析，以表征外部聲場，結果表明電力變壓器空間聲壓級水平在頻域中的多個層面，可用於有效的外部聲場測量和周圍的聲域規劃，以及指導變電站和換流站內吸聲結構的差異化設計。在諧回響分析的基礎上，利用結構網路對乾式空心電抗器進行電磁力映射，描述正弦波電流激勵下的結構振動譜，結果表明，電抗器的整體結構振動以軸向為主，徑向振動較小，並提出了基於線圈與上下撐條結構最佳化與改進的主動減振降噪方法。最後，延展性研究了高頻旋轉激磁條件下電工鋼片的渦流集膚效應，提出了改進的渦流損耗近似表達式。上述基礎理論與綜合試驗相結合的方法與研析可為開發大容量、高性能、低噪聲電力變壓器和電抗器提供強有力的設計參考依據和技術支撐。