電力變壓器強磁振動發生傳播機理與有源降噪研究

《電力變壓器強磁振動發生傳播機理與有源降噪研究》是依託山東大學，由張黎擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電力變壓器強磁振動發生傳播機理與有源降噪研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張黎
• 依託單位：山東大學

中文摘要

本申請項目重點針對電力變壓器強磁振動發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新研究。建立強磁環境下包含力磁耦合關係並可用於數值計算的磁致伸縮本構模型；考慮力磁耦合效應，建立精確的可套用於數值計算的鐵芯振動數學模型，揭示鐵芯強磁振動發生機理；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，分析有源降噪系統次級聲源各參數的相互影響，提出有效的次級聲源參數最佳化策略。本項目研究結果將豐富發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套用價值。

結題摘要

隨著電力工業的發展，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，因此科學併合理的解決電力變壓器的振動噪聲問題已經成為變壓器製造業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並取得了相應的成果。 機理研究方面，從變壓器矽鋼片的微觀磁疇結構變化出發，基於Gibbs自由能的展開，並利用晶粒取向性矽鋼片磁致伸縮的物理髮生機理進行簡化，從物理本質上建立晶粒取向性矽鋼片磁致伸縮的本質模型；基於磁致伸縮本質模型，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體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採集不同運行狀態的電力變壓器噪聲為基礎，分析得出變壓器噪聲的一般規律，據此抽象出大功率電力變壓器智慧型化有源降噪系統的數學模型；有源降噪系統的核心控制部分是採用LMS算法的自適應濾波器，該算法具有良好的收斂性和穩定性；基於LabVIEW編寫了自適應算法的仿真程式，探究收斂係數、濾波階數、系統採樣率和次級通道延遲對算法收斂性和穩態誤差性能的影響，並設計了完整的大功率電力變壓器智慧型化有源降噪系統的軟硬體系統。實測中發現該系統可以使噪聲下降5~10dB左右，尤其是低頻噪聲幅值下降明顯。 如今分散式發電的併網方式一直是研究的熱點，交直流電能配送方式相對於傳統的直流併網具有靈活性強、可靠性高、控制方便、節約投資等眾多優勢。但由於交直流的耦合使得電力變壓器鐵芯飽和，造成電壓、電流波形發生畸變，使變壓器鐵芯振動加強，產生嚴重的噪聲。為配合分散式發電的新潮流，利用Z型變壓器實現分散式發電的併網與解耦，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象發生的機理，分析發現採用Z變壓器後能夠避免直流偏磁現象，很好的抑制噪聲，並在在一定程度上提高了系統的穩定性和電能質量。 基於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，並提出了一種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。這對於變壓器噪聲的抑制具有重要的指導意義。