CN110059398A - 一种低噪声油浸式配电变压器设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低噪声油浸式配电变压器设计方法，本发明基于油浸式配电变压器中各个部件的噪声权重确定设计优化对象设计油浸式配电变压器，并对设计优化对象选择至少一种部件备选方案，最终针对由各种设计优化对象的部件备选方案构成的组合降噪方案，从所有的组合降噪方案中选择至少一种最优的组合降噪方案作为最终的设计方案，从而能够从源头上降低配电变压器噪声水平，具有设计成本低、周期短、降噪效果显著的优点。
Description
技术领域
本发明涉及变压器设计制造领域，具体涉及一种低噪声油浸式配电变压器设计方法。
背景技术
配电变压器数量众多，与居民区距离较近，因其噪声引起的居民纠纷与投诉多有发生，造成了严重的社会影响。配电变压器噪声主要来源于铁心磁致伸缩振动与绕组电磁力振动。铁心与绕组振动相互耦合，一部分振动通过铁心底部垫脚传递至变压器油箱，另一部分振动通过绝缘油传递至变压器油箱，进而引起油箱振动辐射噪声。目前，配电变压器成本与制造门槛低、生产厂家众多，往往忽视了噪声设计问题，从而导致运行后噪声超标，造成配电变压器噪声投诉与纠纷事件，影响电力发展与社会和谐。对于投入运行后的配电变压器噪声超标问题，以安装减振垫、加装隔声罩等控制方法为主，施工前需要变压器退出运行，存在施工过程较为繁琐、施工与降噪减振装置费用高等问题，造成配电变压器运行成本大幅增加且降噪效果不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种低噪声油浸式配电变压器设计方法，本发明具有设计成本低、周期短、降噪效果显著的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种低噪声油浸式配电变压器设计方法，实施步骤包括：
1）确定设计优化对象；
2）设计油浸式配电变压器，并对设计优化对象选择至少一种部件备选方案；
3）针对由各种设计优化对象的部件备选方案构成的组合降噪方案，从所有的组合降噪方案中选择至少一种最优的组合降噪方案作为最终的设计方案。
优选地，步骤1）中确定设计优化对象具体是指首先确定油浸式配电变压器中各个部件的噪声权重，然后根据各个部件的噪声权重选择权重最大的至少一个部件作为设计优化对象。
优选地，所述确定油浸式配电变压器中各个部件的噪声权重的详细步骤包括：
1.1）在半消声室内分别针对不同额定容量的油浸式配电变压器进行至少一种工况运行条件下的噪声水平测试获得各个部件噪声值，所述各个部件包括铁心、绕组以及油箱；
1.2）根据各个部件噪声值获得各个部件的噪声权重。
优选地，步骤1）中确定的设计优化对象为铁心和油箱。
优选地，步骤2）中对设计优化对象设置至少一种部件备选方案时包括选择铁心备选方案的步骤：针对铁心从铁心结构、硅钢片材料、硅钢片叠片工艺、硅钢片剪切工艺角度分别至少一种铁心备选方案。
优选地，步骤2）中对设计优化对象设置至少一种部件备选方案时包括选择油箱备选方案的步骤：建立包含变压器铁心、绕组、绝缘油、油箱在内的变压器整体有限元分析模型，并通过该变压器整体有限元分析模型进行模态分析，计算出不同变压器方案中铁心、绕组、油箱固有特征频率，通过改变油箱结构参数消除其固有特征频率中的50Hz及其倍频带振动频率，从而得到至少一种油箱备选方案。
优选地，步骤2）设计油浸式配电变压器时还包括变压器振动传递过程进行降噪处理的步骤，其详细步骤包括：建立油浸式配电变压器的电磁-结构-声多物理场耦合数值分析模型，所述电磁-结构-声多物理场耦合数值分析模型为包含油浸式配电变压器的电场、磁场、噪声源的有限元分析结构模型；确定油浸式配电变压器的振动传递过程的关键环节与振动较大位置；针对振动传递过程的关键环节与振动较大位置进行降噪处理，所述降噪处理包括增加降噪部件或者改变局部结构参数。
优选地，步骤3）的详细步骤包括：
3.1）将各种设计优化对象的部件备选方案构成组合降噪方案；
3.2）针对每一种组合降噪方案，通过有限元分析仿真计算该组合降噪方案的降噪水平，并从加工成本、材料成本、时间成本等方面综合计算该组合降噪方案的降噪成本，并根据销售价格确定该组合降噪方案的销售利润；
3.3）根据不同组合降噪方案计算出的降噪水平、降噪成本、销售利润数值拟合出降噪成本、降噪水平、销售利润之间的三维函数关系；
3.4）根据所述三维函数关系确定降噪成本、降噪水平、销售利润三者的优先选择级别，并根据运行现场噪声水平限值要求以及配电变压器成本的允许值选择至少一种最佳的组合降噪方案作为最终的设计方案，从而完成低噪声油浸式配电变压器设计。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明低噪声油浸式配电变压器设计方法基于油浸式配电变压器中各个部件的噪声权重确定设计优化对象设计油浸式配电变压器，并对设计优化对象选择至少一种部件备选方案，最终针对由各种设计优化对象的部件备选方案构成的组合降噪方案，从所有的组合降噪方案中选择至少一种最优的组合降噪方案作为最终的设计方案，从而能够从源头上降低配电变压器噪声水平，具有设计成本低、周期短、降噪效果显著的优点。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例低噪声油浸式配电变压器设计方法的实施步骤包括：
1）确定设计优化对象；
2）设计油浸式配电变压器，并对设计优化对象选择至少一种部件备选方案；
3）针对由各种设计优化对象的部件备选方案构成的组合降噪方案，从所有的组合降噪方案中选择至少一种最优的组合降噪方案作为最终的设计方案。
本实施例中，步骤1）中确定设计优化对象具体是指首先确定油浸式配电变压器中各个部件的噪声权重，然后根据各个部件的噪声权重选择权重最大的至少一个部件作为设计优化对象。
本实施例中，确定油浸式配电变压器中各个部件的噪声权重的详细步骤包括：
1.1）在半消声室内分别针对不同额定容量的油浸式配电变压器进行至少一种工况运行条件下的噪声水平测试获得各个部件噪声值，各个部件包括铁心、绕组以及油箱；
1.2）根据各个部件噪声值获得各个部件的噪声权重。
确定油浸式配电变压器中各个部件的噪声权重时，可测量空载条件下不同厂家、不同容量配电变压器的铁心与绕组噪声值以及低压侧短路负载条件下不同厂家、不同容量配电变压器的绕组噪声值，统计分析铁心与绕组的噪声值比重分布。本实施例中，步骤1.1）利用本底噪声为6dB(A)的半消声室内配电变压器噪声与振动试验平台进行额定容量分别为100kVA、200kVA、400kVA的3台油浸式配电变压器空载条件下变压器铁心噪声值、低压侧短路负载条件下变压器绕组噪声值，统计分析铁心与绕组的噪声值比重分布，发现铁心噪声为绕组噪声的1.5倍以上，且可能存在油箱与铁心、绕组共振现象，进而确定以优化油箱、铁心设计为降低变压器噪声的主要方法。因此，步骤1）中确定的设计优化对象为铁心和油箱。
本实施例中，步骤2）中对设计优化对象设置至少一种部件备选方案时包括选择铁心备选方案的步骤：针对铁心从铁心结构（例如采用“心形”结构等）、硅钢片材料（例如选用85R065型硅钢片等）、硅钢片叠片工艺（例如采用5级步进叠片方式并涂覆阻尼减振材料等）、硅钢片剪切工艺（例如采用普通硅钢片剪切工艺等）角度分别至少一种铁心备选方案。
本实施例中，步骤2）中对设计优化对象设置至少一种部件备选方案时包括选择油箱备选方案的步骤：建立包含变压器铁心、绕组、绝缘油、油箱在内的变压器整体有限元分析模型，并通过该变压器整体有限元分析模型进行模态分析，计算出不同变压器方案中铁心、绕组、油箱固有特征频率，通过改变油箱结构参数消除其固有特征频率中的50Hz及其倍频带振动频率，从而得到至少一种油箱备选方案。对于工频50Hz交流***，配电变压器的噪声频谱主要集中在2kHz范围内的50Hz及其整数倍频率上。一般而言，若配电变压器各部件的固有特征频率避开了与50Hz整数倍频率相近的共性频率成分，则可有效避免配电变压器油箱、绕组、铁心的结构共振现象。本实施例中通过建立包含变压器铁心、绕组、绝缘油、油箱在内的变压器整体有限元分析模型计算不同变压器设计方案中铁心、绕组、油箱固有特征频率，通过对变压器油箱结构进行优化设计，如改变油箱结构尺寸、加大油箱厚度、改变散热片结构与数量等方式，消除其固有特征频率中的50Hz及其倍频带振动频率，避免油箱与铁心、绕组的共振现象。
为了增大变压器内部振动传播过程的能量损失，本实施例步骤2）设计油浸式配电变压器时还包括变压器振动传递过程进行降噪处理的步骤，其详细步骤包括：建立油浸式配电变压器的电磁-结构-声多物理场耦合数值分析模型，电磁-结构-声多物理场耦合数值分析模型为包含油浸式配电变压器的电场、磁场、噪声源的有限元分析结构模型；确定油浸式配电变压器的振动传递过程的关键环节与振动较大位置；针对振动传递过程的关键环节与振动较大位置进行降噪处理，降噪处理包括增加降噪部件或者改变局部结构参数。本实施例步骤2）利用电磁-结构-声多物理场耦合数值分析模型计算变压器内部振动传播过程与规律，找出铁心与绕组振动传播过程中幅值较大的位置，并设置隔振措施。利用变压器电磁-结构-声多物理场耦合数值分析模型计算不同设计方案中变压器的噪声值，分析不同设计方案中振动噪声传播过程与规律，在变压器振动传递过程的关键环节与振动较大位置设置减振垫、改变局部结构等降噪技术措施，进一步降低变压器噪声值。本实施例中，采用在配电变压器油箱底部与铁心垫脚之间设置丁腈橡胶减振垫的措施进行隔振。
为了选择技术经济性最佳的低噪声油浸式配电变压器设计方案，本实施例中步骤3）的详细步骤包括：
3.1）将各种设计优化对象的部件备选方案构成组合降噪方案；
3.2）针对每一种组合降噪方案，通过有限元分析仿真计算该组合降噪方案的降噪水平，并从加工成本、材料成本、时间成本等方面综合计算该组合降噪方案的降噪成本，并根据销售价格确定该组合降噪方案的销售利润；
3.3）根据不同组合降噪方案计算出的降噪水平、降噪成本、销售利润数值拟合出降噪成本、降噪水平、销售利润之间的三维函数关系；
3.4）根据三维函数关系确定降噪成本、降噪水平、销售利润三者的优先选择级别，并根据运行现场噪声水平限值要求以及配电变压器成本的允许值选择至少一种最佳的组合降噪方案作为最终的设计方案，从而完成低噪声油浸式配电变压器设计。
通过上述步骤3.1）～3.4），建立配电变压器成本与噪声水平的对比模型评价不同优化设计方案的技术经济性，从而按照降噪成本、降噪水平、销售利润三个特性根据运行现场噪声水平限值要求以及配电变压器成本的允许值选择最佳设计方案，从而完成低噪声油浸式配电变压器设计。
综上所述，本实施例低噪声油浸式配电变压器设计方法通过分析油浸式配电变压器各部件噪声权重，确定需要进行优化的部件，利用有限元多物理场耦合数值优化模型，对比不同铁心结构、叠片工艺以及材料选型对变压器振动噪声水平的影响，确定铁心优化设计方案，并建立模态分析模型，计算不同变压器设计方案中铁心、绕组、油箱固有特征频率，避免变压器不同部件的结构共振问题，通过计算变压器振动噪声传播过程与规律，找出变压器振动最大位置并制定针对性的减振降噪技术措施，同时考虑技术经济因素择优选择设计方案，完成低噪声油浸式配电变压器设计。本实施例低噪声油浸式配电变压器设计方法能够用于指导低噪声油浸式配电变压器设计，无需制作配电变压器实物、设计成本低、研发周期短，由于从源头上进行降噪，因此降噪效果更为显著。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种低噪声油浸式配电变压器设计方法，其特征在于实施步骤包括：
1）确定设计优化对象；
2）设计油浸式配电变压器，并对设计优化对象选择至少一种部件备选方案；
3）针对由各种设计优化对象的部件备选方案构成的组合降噪方案，从所有的组合降噪方案中选择至少一种最优的组合降噪方案作为最终的设计方案。
2.根据权利要求1所述的低噪声油浸式配电变压器设计方法，其特征在于，步骤1）中确定设计优化对象具体是指首先确定油浸式配电变压器中各个部件的噪声权重，然后根据各个部件的噪声权重选择权重最大的至少一个部件作为设计优化对象。
3.根据权利要求2所述的低噪声油浸式配电变压器设计方法，其特征在于，所述确定油浸式配电变压器中各个部件的噪声权重的详细步骤包括：
1.1）在半消声室内分别针对不同额定容量的油浸式配电变压器进行至少一种工况运行条件下的噪声水平测试获得各个部件噪声值，所述各个部件包括铁心、绕组以及油箱；
1.2）根据各个部件噪声值获得各个部件的噪声权重。
4.根据权利要求1所述的低噪声油浸式配电变压器设计方法，其特征在于，步骤1）中确定的设计优化对象为铁心和油箱。
5.根据权利要求1所述的低噪声油浸式配电变压器设计方法，其特征在于，步骤2）中对设计优化对象设置至少一种部件备选方案时包括选择铁心备选方案的步骤：针对铁心从铁心结构、硅钢片材料、硅钢片叠片工艺、硅钢片剪切工艺角度分别至少一种铁心备选方案。
6.根据权利要求1所述的低噪声油浸式配电变压器设计方法，其特征在于，步骤2）中对设计优化对象设置至少一种部件备选方案时包括选择油箱备选方案的步骤：建立包含变压器铁心、绕组、绝缘油、油箱在内的变压器整体有限元分析模型，并通过该变压器整体有限元分析模型进行模态分析，计算出不同变压器方案中铁心、绕组、油箱固有特征频率，通过改变油箱结构参数消除其固有特征频率中的50Hz及其倍频带振动频率，从而得到至少一种油箱备选方案。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的低噪声油浸式配电变压器设计方法，其特征在于，步骤2）设计油浸式配电变压器时还包括变压器振动传递过程进行降噪处理的步骤，其详细步骤包括：建立油浸式配电变压器的电磁-结构-声多物理场耦合数值分析模型，所述电磁-结构-声多物理场耦合数值分析模型为包含油浸式配电变压器的电场、磁场、噪声源的有限元分析结构模型；确定油浸式配电变压器的振动传递过程的关键环节与振动较大位置；针对振动传递过程的关键环节与振动较大位置进行降噪处理，所述降噪处理包括增加降噪部件或者改变局部结构参数。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述的低噪声油浸式配电变压器设计方法，其特征在于，步骤3）的详细步骤包括：
3.1）将各种设计优化对象的部件备选方案构成组合降噪方案；
3.2）针对每一种组合降噪方案，通过有限元分析仿真计算该组合降噪方案的降噪水平，并从加工成本、材料成本、时间成本等方面综合计算该组合降噪方案的降噪成本，并根据销售价格确定该组合降噪方案的销售利润；
3.3）根据不同组合降噪方案计算出的降噪水平、降噪成本、销售利润数值拟合出降噪成本、降噪水平、销售利润之间的三维函数关系；
3.4）根据所述三维函数关系确定降噪成本、降噪水平、销售利润三者的优先选择级别，并根据运行现场噪声水平限值要求以及配电变压器成本的允许值选择至少一种最佳的组合降噪方案作为最终的设计方案，从而完成低噪声油浸式配电变压器设计。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190726 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |