电力变压器有源降噪方法的研究

第一篇：电力变压器有源降噪方法的研究

电力变压器有源降噪方法的研究

1.1 研究背景及意义

随着社会经济的发展，环境问题越来越受到关注。噪声作为环境污染的第三大公害，一直让人们困扰。在日常生活中，人们经常会受到各种噪声的干扰。研究表明，噪声在55～60dB 范围，会让人感觉烦恼；在60～65dB 范围，会使烦恼度大大增加；在65dB 以上时，人体健康有可能受到危害。对于厂矿企业的工作人员，应保证噪声不超过85dB。噪声影响人们的身心健康、损伤听力以及相关的系统、降低工作效率,严重的甚至造成安全事故。为了消除或减少这些危害和污染，必须采取先进有效的噪声控制措施对日益严重的噪声进行控制，由于完全消除噪声是不可能的，而且也是不经济的，所以最佳的控制措施是通过噪声控制技术消除或减少产生噪声的根源。

从策略上讲，噪声控制可以从以下三个方面入手：噪声源、噪声传播途径和噪声接受者。传统的噪声控制技术主要是以研究噪声的声学控制方法为主，主要技术途径包括隔声处理、吸声处理、使用消声器、振动的隔离、阻尼减振等。这些噪声控制方法的机理是通过噪声声波与声学材料或声学结构的相互作用消耗声能，达到降低噪声的目的，属于无源或被动式的控制方法，可称为“无源”噪声控制(passive noise control)。这一方法对控制中、高频噪声较为有效，而对控制低频噪声效果不好。这是由于无源材料的声衰减性能随频率降低而变差，要取得与中、高频同样的降噪效果，就要增加材料的厚度或容重，从而使实际治理趋于庞大化，有时甚至难以实现。为此，需要采用有源噪声控制(active noise control)技术，它对低频噪声的控制效果很好，理论上消声量可达到很高，相对无源噪声控制技术而言，还具有系统小、重量轻、控制易等优点。随着现代控制技术和DSP 技术的迅猛发展，有源噪声控制技术不再仅限于实验室的研究，而是越来越容易实现，已经成为当前乃至今后长期研究的重要课题之一。

本文主要研究的是电力变压器的噪声控制。随着电力事业的发展，城市用电量逐年增加，在各大城市建设的大容量变电站也越来越多，这将不可避免的带来变压器噪声问题，它不仅污染了人们的居住环境和工作环境，而且给人们的生活和身心健康带来了巨大的损害，因而变压器噪声带来的危害也越来越被人们所关注。根据我国城市环境和电力变压器噪声标准，一般中小型电力变压器的噪声基本符合环境噪声的标准,但是大型电力变压器的噪声将会超出环境噪声的标准。在电力变压器噪声问题日益突显的今天，寻求有效降低变压器噪声的措施越来越重要。从电力变压器噪声频谱分析，除有中、高频成分外，主要是以低频为主，其中主要分布在100～500Hz，因此电力变压器低频噪声的控制是极具研究价值的。

目前国内对电力变压器噪声的控制主要是从变压器产生噪声的机理出发，对变压器本体噪声和冷却设备噪声进行控制。一般的方法是对变压器铁心材料进行改进，对冷却设备进行优化，对油箱振动进行抑制，采用减振、吸声、隔声等措施。上述办法对中、高频噪声较为有效，但对低频噪声作用就不明显了。目前，有源噪声控制技术的主要应用有：管道噪声有源控制及有源消声器，有源抗噪声耳罩和送话器，变压器、电站噪声有源控制，车厢内部噪声有源控制和飞行器舱室噪声有源控制等等。因此，在三维空间中，针对电力变压器低频噪声的有源噪声控制技术就显的越来越重要了。

1.2 电力变压器的降噪方法

电力变压器的噪声主要由两部分组成：变压器本体噪声和辅助冷却装置噪声。本体噪声包括铁心、绕组、油箱(包括磁屏蔽等)等产生的噪声；冷却装置噪声包括风扇和油泵噪声。

1.2.1 变压器本体噪声的降低

由于电力变压器的本体噪声主要是由铁心产生的，所以降低电力变压器的本体噪声，就要通过减弱铁心噪声实现。具体的措施是从改进材料和设计入手，即为：(1)选用平整度完好，波浪性小的硅钢片材料；

(2)硅钢片的表面绝缘涂层厚度在50～100 微米范围内为最好；(3)选取磁致伸缩小的高导优质硅钢片作为铁心；(4)铁心采用斜接缝、阶梯接缝或多级接缝；(5)铁心加紧力在0.08～0.12MPa 最为合适；

(6)从铁心的几何尺寸、结构形式和搭接面积方面根据要求合理设计(7)合理设计绕组的安匝数和分布位置,将漏磁面积减到最小。通过对铁心的适当控制，可降低变压器本体噪声5～10dB。

1.2.2 冷却设备噪声的降低

在设计时，只要我们合理的控制冷却系统的噪声，就可以有效地降低电力变 压器的噪声，具体措施如下：(1)为了除去风扇和油泵的噪声，在设计时应尽量采用自冷式代替风冷式或强迫油循环风冷式；

(2)加强油箱与散热片之间的结构，将它们焊接在一起来减小振动；

(3)根据负荷大小运用双速风扇, 在负荷较大时开启高速风扇，在负荷较小 时开启低速风扇。

1.2.3 传播途径的降低

噪声的产生不可避免，从噪声的传播途径出发，使噪声在传播过程中衰减，从而达到降低噪声的目的，可以通过以下措施实现：(1)在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间加缓冲装置；

(2)在油箱钢板内放置岩棉、玻璃纤维等吸音材料作为隔音层；(3)使用隔声板将油箱做成全封闭式；(4)在油箱中安装隔音围屏；

(5)合理布放加强筋的位置，减小油箱振幅；(6)安装减振装置在油箱底部。

(7)在居民住宅区中可将变压器置于住宅楼半地下室夹层内，夹层与底层住宅间采用隔振措施。控制油箱的振动，并采取隔声、吸声等措施可降低噪声10～20dB。

1.2.4 变压器噪声的有源控制

变压器的噪声主要以低频噪声为主，通常在100～500Hz，同时具有明显的纯音成分，因此可有效地采用有源降噪系统进行控制。在变压器1米以内放置若干个噪声发声器，使它们发出的噪声与变压器发出的噪声互相抵消，利用两个声波相消性干涉或声辐射控制的原理，把变压器的噪声信号转变为电信号，然后放大激励噪声发声器，使得发出的噪声与变压器噪声振幅相等，相位相反，二者作用结果，相互抵消，从而达到降低噪声的目的。这种有源噪声控制系统具有很大的控制矩阵，可配

置许多调节器和传感器，它可将声控装置安装在油箱的任何部位。此声控系统有3个硬件，它们分别是调节器、传感器和电子控制装置。控制器通过专门设计的声音和振动调节器产生数字信号。利用振动调节器可有效停止变压器油箱的噪声传播。声音调节器在100Hz～400Hz范围内具有轻微的谐振，它们位于油箱壁表面，可有效抑制噪声[8]。有源噪声控制系统对变压器噪声的基频降噪量可达15～20dB。

目前许多文献已提出多种有源降噪的方法，有源噪声控制技术在低频降噪方是较易实现的，理论上消声量可达到很高，而且体积小，便于设计和控制。基于以上优点，本论文主要研究针对电力变压器低频噪声的自适应有源降噪方法。

1.3 国内外有源噪声控制技术的发展与成果

有源噪声控制（Active Noise Control，简称为ANC）技术，是指使用人为地、有目的地产生的次级声信号去控制原有噪声的概念和方法。它是利用两列声波相消性干涉或者声辐射控制的原理，通过次级声源产生与初级声源的声波幅值相等、相位相反的声波辐射，二者作用结果，相互抵消，从而达到降低噪声的目的。

有源噪声控制的概念是由德国物理学家Paul Leug(1898-1979)提出的。他在1933 年和1936 年分别向德国和美国的专利局提出了专利申请，此专利名称是“消除声音振荡的过程”。在这项专利中，Leug 利用了人们熟知的声学现象：两列频率相同、相位差固定的声波，叠加后会产生相加性或相消性干涉，从而使声能得到增强或减弱。因此Leug 设想，可以利用声波的相消性干涉来消除噪声。现在，人们一般都认为，Leug 的这项专利是有源噪声控制发展史上的起点[12]。所以，有源噪声控制技术的发展过程可分三个阶段：

第一阶段：继1933 年Paul Leug 提出“电子消声器”专利之后，Harry Olson 在上世纪五十年代初发表两份报告，并做出了一个“电子吸声器”实验装置。随 后不断有人进行这方面的尝试，如变压器噪声控制等。这标志着有源降噪的概念 已引起人们的重视并试图应用于实际。

第二阶段：从上世纪六十年代未至八十年代中期。这期间人们主要致力于管 道有源消声，这主要是由于在管道一阶截止频率下能产生近似的一维平面波，使 得理论分析和电路实现都比较简单。管道有源消声主要解决“声反馈”和消声频 段扩展问题，电子线路一般仅实现延迟、反相、功率放大等功能。这一时期的成 功导致出现管道有源消声器商品投入市场，并引起噪声控制人员对有源噪声控制 的极大兴趣。

第三阶段：由于高速数字信号处理芯片的出现以及信号处理技术，如自适应 滤波的进步，这一阶段有源消声的发展以自适应，三维空间有源消声为标志，这 一发展最终将导致实用的自适应有源降噪系统出现，并有可能使有源降噪成为一 种有效的噪声控制手段。关于三维封闭空间或有界空间有源消声，目前人们感兴 趣的主要有螺旋桨飞机舱室，汽车驾驶室，各类船舶舱室以及强噪声环境下工作 车间等的有源噪声控制。封闭空间有源消声从理论到技术实现上较管道有源消声 都要复杂得多。围绕这个问题，近几年来人们的研究兴趣主要集中在两个方面：(1)针对不同的噪声源和消声环境，对一定的消声空间(局部或全空间)，消

声频段，从理论上探讨消声的可能性及可行性；确定消声准则；设计优化消声所 必需的传感器阵和次级声源阵；探讨消声机理等。

(2)根据系统设计要求及噪声统计特性，设计并实现符合要求的控制器(包括控制器的结构和算法)。当前有源噪声控制技术一般应用到如下的场合：(1)管道声场；(2)自由声场（如旷野中的变电站噪声、大型电力变压器噪声、交通道路噪声、鼓风机

和抽风机等机械设备向空中辐射的噪声等）；(3)封闭空间声场（如办公室、工作间、汽车车厢、船舶、飞机舱室中的噪声）。因为有源噪声控制技术在低频范围、硬件可行性及成本等方面有着无源噪声控制技术无可比拟的优越性，所以它已经成为噪声控制界的一个研究热点。随着有源降噪技术的日趋成熟，一些工程设计也取得了良好的效果，如管道有源消声器和有源降噪耳罩等。世界各国的公司也纷纷推出自己的产品，如美国DIGSOMX 公司推出的管道有源消声系统，在40～150Hz范围内消声量为12～20dB；BOSS 公司设计的有源抗噪声耳罩在30～1000Hz 范围内获得约25dB 的降噪量。

有源噪声控制研究在20 世纪80 年代中期至90 年代中期达到高潮，其中以英国南安普敦大学声与振动研究所(ISVR)的P.A.Nelson、S.J.Elliott 等人的研究最为出色。他们的研究以抵消螺旋桨飞机舱室噪声为主要应用背景。除此之外，还研究了封闭空间声场中存在结构——声腔耦合的情况下有源控制规律、声波通过弹性结构透射进入声腔的有源控制、双层结构有源隔声、分布声源控制结构声辐射等等。他们在有源噪声控制应用方面最典型范例是：在一架BAe748 双发动机48 座螺旋桨飞机，其巡航速度发动机转速为14200r/min，因而其桨叶通过频率基频为88Hz。为了抵消此飞机的舱室噪声，他们用16 只扬声器做次级声源、32 只传声器作误差传感器，这种次级声源和误差传感器布放有效地将88Hz 的基频噪声降低了13dB。

从国内情况看，从事有源噪声控制技术比较早的单位有南京大学、上海交通大学和中科院声学所。另外，海军工程学院振动与噪声控制室、西北工业大学声学所也在这方面做了大量工作。上海交通大学的孙旭提出了基于FLMS 算法的次级通道模型误差下的性能分析。张玉磷等人在传统的LMS 算法基础上利用小波变换原理提出了小波变换自适应算法(WLMS)对噪声进行控制，这种算法通过仿真实验验证了，它在收敛速度和稳态失调量方面都优于传统的LMS 算法。利用多层神经网络原理，针对三维空间传播的宽频带空调噪声，张菊香等人运用多层感知神经网络的有源降噪控制系统，可以取得良好的降噪效果。从上世纪八十年代就开始研究有源噪声控制技术的陈克安、马远良等人在详细总结归纳了自适应有源噪声控制的基本原理、算法和结构的基础上，提出并推导了滤波-X 型最小均方算法、滤波-X 型最小二乘算法、间歇自适应LMS 算法、间歇自适应RLS 算法和滤波-U 算法。

1.4 自适应有源噪声控制发展的状况

在20 世纪80 年代以前，有源噪声控制系统中的控制电路均采用模拟电路。随着研究的深入以及研究领域的扩大，人们在应用这种电路时碰到了越来越多的 困难，主要原因在于：

(l)待抵消的噪声（初级噪声）特性几乎总是时变的；

(2)控制系统（控制器、初级传感器和误差传感器）传递函数、消声空间中的一些非可控参数经常随时间发生变化（以上两点要求控制器传递函数具有时变特性，而模拟电路难以胜任）；

(3)对于复杂的初级声源，以及谋求扩大消声空间时均要求采用多通道系统（指系统中包含多个次级声源和误差传感器），这种控制器的传递函数十分复杂，用模拟电路无法实现。

因此，需要一种具有自动跟踪初级噪声统计特性，控制器特性可随时间而变化的自适应有源噪声控制（Adaptive Active Noise Control，简称为AANC)系统。20 世纪80 年代初，C.F.Ross 和A.Roure 等人提出了具有“自适应”功能的有源控制系统[16~18]，但这种“自适应”与我们目前指称的自适应在基本原理和系统实现上均有

根本差异。真正意义的自适应有源控制是在自适应滤波理论得到充分发展以后提出来的。我们现在所说的自适应有源噪声控制系统一般指的是B.Widrow 等人提出的自适应抵消器(adaptive noise canceller)应用于有源噪声控制时构成的系统。自适应有源噪声控制系统的核心是自适应滤波器和相应的自适应算法。自适应滤波器可以按某种事先设定的准则，由自适应算法调节其本身的系统特性以达到所需要的输出。1981 年，J.C.Burgress 首次将自适应滤波理论应用于有源噪声控制，并对系统的构成及算法作了计算机仿真研究，提出了著名的滤波-X LMS算法。

自适应有源噪声控制主要内容包括：(1)控制方式(前馈控制和反馈控制)的选择；(2)次级声反馈的影响及其解决方法；

(3)次级通道(主要指次级源到误差传感器之间的声传递通道)传递函数对系统性能的影响；

(4)次级通道传递函数的自适应建模；

(5)单通道自适应有源控制算法瞬态和稳态性能分析；(6)多通道自适应算法性能分析及快速实现；(7)不同目标函数下自适应算法的改进；(8)自适应滤波器的硬件实现。

自适应滤波器的结构按单位采样响应时间可以分为：有限脉冲响应(Finiteduration Impulse Response，简称FIR)滤波器和无限脉冲响应(Infiniteduration Impulse Response，简称IIR)滤波器。由于横向滤波器(FIR)的瞬态和稳态误差性能已经得到了充分证实，而且其滤波器的结构仅包含零点，因而是无条件稳定的，并能提供线性相位特性。

自适应有源噪声控制系统的关键在于其控制算法，最为常用的是LMS、FLMS、RLS、滤波-U、多误差LMS 等算法。而FLMS 算法的运算量相对较低、易于系统实现，因而在自适应有源降噪的控制系统实现中得到了广泛应用。但也存在一些不足：采用常数步长，因而收敛较慢，当初级噪声为有色噪声时，算法的收敛性较差；由于收敛较慢，宽带消声效果差，难以跟踪时变噪声。为此提出了很多经典的改进型算法，例如：归一化FLMS 算法、泄露FLMS 算法、FRLS 算法等等。另外，为了消除次级声反馈的影响，改善FLMS 算法的稳定性的收敛性能，许多学者提出了基于不同结构及自适应算法的自适应滤波器，如许多研究者提出了消除次级声反馈的IIR 自适应滤波器。拓宽消声频带改善收敛性能的递推最小二乘法以及格型滤波算法等等。

1.5 本文所作的工作

针对电力变压器的低频噪声问题，本论文首先介绍了的自适应有源噪声控制技术的原理与结构，并对单通道滤波-X LMS 算法和多通道滤波-X LMS 算法进行了研究，其次详细分析比较了三种经典的有源前馈控制算法——归一化FLMS 算法、泄露FLMS 算法和FRLS 算法，并在传统的FLMS 算法基础上提出了改进的FLMS算法。最后在对自适应滤波器结构和算法研究的基础上，基于改进的FLMS 算法运用MATLAB 软件编程和SIMULINK 工具建模，分别对输入初级噪声为单频正弦信号和窄带信号情况下进行仿真分析实验。通过系统的仿真实验，验证了改进的FLMS 算法理论分析、系统结构和算法的可行性与正确性。论文共分五章：

第一章概述了本课题的研究背景和意义以及当前电力变压器的传统降噪方法，评述了针对电力变压器低频噪声的有源噪声控制技术的发展和成果，并对自适应有

源噪声控制发展的状况进行了简要介绍。

第二章主要介绍了有源噪声控制中的自适应滤波原理、结构与算法，在重点研究了自适应有源前馈控制系统模型的基础上对单通道滤波-X LMS 算法的性能进行了详细分析，并对多通道滤波-X LMS 算法做了简要介绍。8

第三章分析比较了三种经典的有源前馈控制算法——归一化FLMS 算法、泄露FLMS 算法和FRLS 算法，并在传统的FLMS 算法基础上提出了改进的FLMS 算法。

第四章主要通过一系列的仿真实验定性定量的分析噪声的频率、滤波器的长度和收敛因子的大小对各种算法的收敛特性和稳态误差特性以及降噪量的影响；运用MATLAB 软件计算机仿真，将对输入信号分别为正弦信号和窄带信号两种情况下进行仿真实验。并针对各种不同的算法将在两种不同输入情况下对不同参数进行计算机仿真实验，从理论上分析验证FLMS 类算法和FLRS 类算法主要参数对算法性能的影响。最后基于改进的FLMS 算法利用SIMULINK 工具建立一个自适应有源噪声控制系统模型，分别对单频噪声和窄带噪声信号激励下自适应有源噪声控制系统的降噪效果进行研究，验证改进的FLMS 算法的可行性与正确性。

第五章概括性的总结了本文所作的主要工作，得出了主要结论，并展望了有源噪声控制技术有待进一步研究和解决的主要问题。

论文大纲

第一章 绪 论.1.1 研究背景及意义

1.2 电力变压器的降噪方法

1.3 国内外有源噪声控制技术的发展与成果 1.4 自适应有源噪声控制发展的状况 1.5 本文所作的工作

第二章 有源噪声控制中的自适应滤波原理与算法.2.1 有源噪声控制原理

有源噪声控制又称反声（antisound）、有源噪声抵消（active noise concellation）、有源降噪（active noise reduction）、有源吸收（active sound absorption）等。以主动产生一个声场来抵消另一个现有声场的技术。1947年奥尔森（H.F.Olosn）就提出有源噪声控制技术，但进展不大，直到80年代以来，由于信号处理技术和电子技术的高度发展才有了明显的进展。现代有源噪声技术是声学、信号处理技术、控制工程学和电子学的交叉综合运用。其基本过程为：用传声器提取现有噪声的信息，经“实时”分析后筹建一反声信号，再用扬声器（次级声源）“实时”播放反声信号。反声信号与现有噪声产生相消干涉，从而使该区域内的噪声得以降低。现有噪声的能量可能被次级声源吸收，也可能仅仅被转移到其它区域。有效噪声控制的效果与“实时”很有关系。对低频噪声做到“实时”较容易，故有源技术对控制低频噪声特别有效。现代有源噪声控制的内容有两个方面：一是噪声源抑制（或全空间消声），二是局部声吸收；二者原理相同，只是次级声源的布置不同。有源噪声控制有局限性，主要是有效频带很窄。但使用自适应技术和高速计算机则可部分克服这些缺点而提高效益。有源噪声控制的应用目前还不广泛，但有潜在前景，可望用于各中风机、汽轮机、内燃机、压缩机的进排气管道噪声、变压器等室外空间噪声源和机舱、燃烧室等封闭噪声场的抑制，还可做成抗噪声送、受话器。

有源噪声控制（ANC）技术依靠现存的初级噪声和由电子控制器产生的反相位次

级噪声间的相互干涉来实现（Nelson and Elliott，1992年；Hansen and Snyder，1997年；Kuo and Morgan，1996年）。简单的自适应有源噪声控制系统通过处理参考信号产生控制信号来驱动次级声源，用误差信号来反映系统控制性能。自适应滤波器需要推算从声场参考传感器和误差传感器（初级反馈）到补偿声源和误差传感器（次级反馈）间的传递函数。由于有源噪声控制系统适用于低频噪声的控制，所以，有源控制方法只能作为传统无源控制的补充。2.2 自适应滤波原理与算法.2.3 自适应有源前馈控制系统模型.2.4 滤波-X LMS 算法.2.5 次级通路自适应建模.2.6 多通道滤波-X LMS 算法.第三章 有源前馈控制算法及传统FLMS 算法的改进.3.1 FLMS 类算法

3.2 RLS 类有源控制算法.3.3 基于传统的FLMS 算法的改进算法 第四章 有源噪声控制系统的仿真实验 4.1 实验条件 4.2 实验方法.4.3 正弦信号激励下有源噪声控制系统的仿真实验.4.4 窄带信号激励下有源噪声控制系统的仿真实验.4.5 基于改进的FLMS 算法的SIMULINK 仿真实验 4.6 本章小结.第五章 结论与展望 参考文献

参考文献

[1] 徐永成,温熙森,陈循等.有源消声技术与应用述评[J].国防科技大学学报,2001,23(2): 119-124.[2] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社,2002.[3] 方丹群,王文奇,孙家麒.噪声控制[M].北京：北京出版社,1986.[4] 吕玉恒,王庭佛.噪声与振动控制设备及材料选用手册[M].北京：机械工业出版社,1999.[5] 董志刚.变压器的噪声[J].变压器,1995,32(12):37-41.[6] 顾晓安,沈荣瀛,徐基泰.国外变压器噪声研究的动向[J].变压器,2002,39(6)：33-38.[7] 虞兴邦,姜在秀,韩涛.变压器的噪声及其降低[J].噪声与振动控制，2001，(5):35-38.[8] 余尤好,陈宝志.大型电力变压器的噪声分析与控制[J].变压器,2007,44(6):23-27.[9] 蒋长庆.关于变压器噪音的分析及其降低方法[J].南京师大学报（自然科学版）,1995,(2):19-21.[10] 张珂,俞国华.有源降噪技术的应用与系统实现[J].机电工程,2000,17(3):27-29.[11] 陈克安,马远良.自适应有源噪声控制——原理,算法及实现[M].西安：西北工

业大学出版社,1993.[12] 陈克安.有源噪声控制[M].北京：国防工业出版社,2003.10.[13] 陈克安,马远良,孙进才.有源消声的理论进展和发展趋势[J].噪声与振动控制,1992,(4):28-33.[14] 韩秀苓.有源噪声控制技术分析[J].电声技术,1994,(7):7-13.[15] 邓艳,王礼信.有源噪声控制的进展与展望[J].北京轻工业学院学报,1997,15(2):1-5.[16] 马远良,陈克安.自适应有源噪声控制研究的若干进展[J].自然科学进展,1995,5(2):177-180.[17] Ross C F.An adaptive digital filter for a broadband active sound control system.Journal of Sound and Vibration,1982,80(3):381-388.[18] Roure A.Self-adaptive broadband active sound control system.Journal of Sound and Vibration,1985,101(3):429-441.[19] Fuller C R, Elliott S J, Nelson P A.Active control of vibration.Academic Press.San Dieg,1996.[20] Hansen C H.Active noise control: from laboratory to industrial implementation, Proceedings of NOISE-CON 97,3-39,Stata College,Pennsylvania,1997.[21] 顾仲权,马扣根,陈卫东.振动主动控制[M].北京：国防工业出版社,1997.[22] 许肖梅.声学基础[M].北京：科学出版社,2003.8.[23] 张贤达.现代信号处理[M].北京：清华大学出版社,2002.10.

第二篇：电力变压器故障原因及处理方法

电力变压器故障原因及处理方法

【摘要】随着社会经济的快速发展，人们物质生活水平的不断提高，人们对生活质量的需求也在急剧提升，作为与人们日常生活息息相关的电力系统领域，其电力资源供应的质量、安全及稳定性，对于提升人们生活质量，有着积极意义。电力变压器是电力系统中最为核心的电力设备之一，电力变压器能够安全高效运行，对于保障人们日常生活其企业生产用电的质量及安全性，有着重要作用，因此加大对电力变压器存在故障的原因及处理方法的相关研究，有着积极意义。本文将就电力变压器存在的主要故障原因及处理方法进行详细探讨。

【关键词】电力变压器；故障原因；处理方法

引言

随着社会经济的迅猛的发展，社会各领域建设事业也取得了长足的进步，尤其是在作为我国重要能源领域的电力系统，其近年来也获得了蓬勃的发展，不仅在电力资源供应生产力及生产效率的提高方面，在电力资源供应质量及安全性方面，也取得了极大的突破，其对于保障人们的日常生活及企业生产用电供应，及提升人们生活质量的过程中，发挥关键作用。然而在电力领域快速发展的过程中，其存在的问题也不断显现出来，其中尤以电力变压器故障引发的问题最为严峻，由于电力变压器是电力系统中的核心设备，其主要负责电力能源的转化，其在电力系统中的地位十分重要，因而其一旦出现故障，将极大的影响着电力系统的正常运转，甚至由此引发一系列的安全事故等，因此定期对电力变压器进行检查维护，及时排查其存在的故障，并采取相应的处理，对于保障电力系统的安全高效运转，有着重要意义。下文将就电力变压器存在的主要故障原因及处理方法进行详细探讨。

1、电力变压器故障原因分析及处理方法

1.1变压器油质下降

在电力变压器中，通常要加入适量相应的油，以保障电力变压器的高效运转，然而由于电力变压器在长期使用的过程中，如果不对其中的油进行定期检验及更换的话，由于其会混入潮气，及水分等，其会对油的质量产生极大的影响，加之电力变压器在长期使用过程中，其产生的高温也会使得油的质量出现下降，甚至使油质变坏，而油质一旦变坏后，其就会影响到电力变压器的绝缘性能，变压器绝缘性能一旦出现问题，就很容易引发一系列的变压器故障，甚至引发安全事故。因此相关工作人员应定期对变压器中的油质进行定期检测，通常来说刚使用的变压器中，其油质颜色是浅黄色的，随着电力变压器的不断使用，其颜色会逐渐变深，变为浅红色，而当油的颜色变为黑色时，说明油质已经变坏了，在这样的情况下，为了避免线圈绕组间等元件，出现被电流击穿的情况，就需要对变压器中的油进行更换处理了。因此定期对变压器中的油进行化验，及时发现油质下降的油，根据油质下降的程度，分别采取过滤及再生处理，提升油质后，再投入使用，或者对于不能恢复油质的油进行更换处理，对于保障电力变压器的安全高效运转，有着积极作用[1]。

1.2内部声音异常

由于电力变压器在正常运转时，其电磁交流声频率，通常会保持在较为稳定的水平，因而其不会出现异常声音，而一旦变压器非正常运转时，其内部就会产生异常声音，因此工作人员可以根据变压器运转时是否存在异常声音来判断变压器是否存在故障。通常来说，变压器运转时内部出现异常声音，其原因很多，具体来说主要有以下几种：一是变压器发生短路情况，由于短路电流的存在，其会导致异常声音的出现，处理方法就是关闭电源的，对变压器的电路接线及接地情况进行检查，并予以修复；二是内部电压过高。由于其内部电压过高，会导致铁芯在接地时，引发其断路，由此使得外壳及铁芯同时感受到过高电压，最终导致异常声音，处理方法就是定期对变压器电压进行检测，对于出现过高电压情况，要及时予以降低处理；三是零件松动。变压器中零件松动，也会使得其在运转时出现异常声音，处理方法是关闭电源，查找出现松动的零件并予以扭紧处理，同时要加强对变压器零件状态的定期检查；四是过载运行。该原因是变压器出现异常声音的最为常见的一种故障之一，由于变压器过载，其会导致沉重声音的出现，处理方法就是检查变压器用电器情况，并关闭部分用电器[2]。

1.3自动跳闸故障

在变压器故障中，一种十分常见的故障就是变压器自动跳闸，其引发原因主要有外部因素及内部因素，在出现变压器自动跳闸故障时，工作人员首先要对其引发因素进行分析排查，如果是由于人为操作不当引发的跳闸，则可以直接采取送电操作，跳过内部因素排查阶段。若是有内部因素引发的自动跳闸，工作人员就需要进行全方位彻底的检查。由于变压器中有较多可燃性物质，因而其一旦发生故障，很可能引发火灾等安全事故。变压器着火的主要原因有内部故障方面，内部故障引发变压器散热器出现损毁，导致其中的油溢出，从而引发火灾，处理方法就是定期对变压器内部元件进行检查，及时排除老旧磨损的元件，避免火灾事故的发生。此外，还有油枕压力过大，也会引发变压器火灾[3]。

1.4变压器油温激增

此种故障其引发主要原因有过载运转，及冷却装置失灵等，其处理方法主要有，为了有效控制变压器上层油温，可在其中配备温度计，实时监控其温度，并予以有效控制。如果是由于变压器过载所导致的油温激增，可以采取减少变压器负荷的方式，予以处理。若减轻其负载后，其油温仍难以下降，需关闭变压器，并查找其故障原因。若是冷却装置失灵引发的油温激增，可以终止变压器运转，并核查其冷却装置，排查故障并予以修复。

结语

由以上可以看出，电力变压器在保障电力系统的正常运转过程中，发挥关键作用，因此加大对电力变压器故障原因及处理方法的相关研究，有着积极意义。

参考文献

[1]王勇.电力变压器故障原因及处理方法[J].中国电力教育，2011，（27）：116-117.[2]宋文超.电力变压器故障原因及处理方法[J].科技传播，2013，（09）：172-173.[3]潘忠.电力变压器故障原因及处理方法分析[J].城市建筑，2013，（10）：131-132.

第三篇：电力变压器故障类型及处理方法

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电力变压器故障类型及处理方法

变压器在运行中常见的故障是绕组、套管、和电压分接开关的故障，而铁芯、油箱及其它附件的故障较少。武汉鼎升电力有限责任公司对变压器的故障进行了分析研究。

一、变压器故障类型

1、绕组故障：主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等，产生这些故障的原因主要有在制造或检修时局部绝缘收到损害，遗留下缺陷；在运行中因散热不良或长期过载，绕组内有杂物落入，使温度过高绝缘老化；制造工艺不良，压制不紧，机械强度不能经手短路冲击，使绕组变形绝缘损坏；绕组受潮，绝缘膨胀堵塞油道，引起局部过热；绝缘油内混入水分而劣化或与空气接触面积过大使油的酸介过高，绝缘水平下降或油面太低，部分绕组露在空气中未能及时处理。

2、套管故障：这种故障常见的是炸毁、闪落和漏雨，器原因是密封不良，绝缘手插劣化；呼吸器配置不当或者吸入水分未及时处理。

3、分接开关故障：常见的分接开关故障有接触不良引起发热烧坏，分接开关相接触头放电或各触头放电，引起上述故障的原因是连接螺丝松动，制造工艺不良，弹簧压力不足、触头表面脏污氧化使触头接触电阻增大，油的酸值过高、www.xiexiebang.com

大电流是发热烧坏，分接头绝缘受潮绝缘不良，在过电压时引起击穿分接开关故障严重会引起瓦斯、过流、差动保护动作。

4、铁芯故障：铁芯故障大部分铁芯叠片造成分原因是铁芯柱的穿心螺杆或者铁轮夹紧螺杆的绝缘损坏引起的，其后果可能使穿心螺杆与铁芯叠片造成2点连接，出现环流引起局部发热，甚至引起铁芯的局部熔毁，也可能造成铁芯叠片局部短路，产生涡流过热，引起叠片间绝缘层损坏，使变压器空载损失增大，绝缘油恶化。

5、瓦斯保护故障：瓦斯保护是变压器的主保护。轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸。轻瓦斯保护动作后发出信号，器原因是变压器内部有轻微故障（如存有空气、二期回路故障等）。瓦斯保护动作跳闸时，可能变压器内部发生严重故障，引起油分接出大量气体，也可能二次回路故障等。

6、变压器着火：这也是危险事故。变压器有许多可燃物质，处理不及时可能发生爆炸或者使火宅扩大。变压器着火的主要原因是套管的破损和闪落，油在油枕的压力下流出并且在顶盖上燃烧、变压器内部故障使外壳或者散热器破裂，使燃烧着的变压器油溢出。

二、电力变压器故障处理

电力变压器是电力系统中最挂念的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务。变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、www.xiexiebang.com

必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。武汉鼎升电力自动化有限责任公司对变压器的常见故障处理进行了研究总结，并重新研发了一款DCBX-S变压器绕组测试仪。

三、变压器自行跳闸后的处理

当变压器的断路器自动跳闸后，要详细记录事故发生的时间及现象、跳闸断路器的名称、编号、继电保护和自动装置的动作情况及表针摆动、频率、电压的变化等。

操作事项：将直接对人员生命有威胁的设备停电；将已损坏的设备隔离；运行中的设备有受损威胁时停用或隔离；在用电气设备恢复电源；电压互感器保险熔断或二次开关掉闸时，将有关保护停用；现场规程中明确规定的操作，变电站当值运行人员可自行处理，但事后必须立即向值班调度员汇报。

www.xiexiebang.com 如有备用变压器立即将其投入，以恢复向用户供电，然后再查明故障变压器的跳闸原因；如无备用变压器则尽快根据掉牌指示查明保护动作的原因，同时检查有无部短路、线路故障、过负荷和火光、怪声、喷油等明显的异常现象。

如确实查明变压器两侧断路器跳闸不是由于内部故障引起，而是由于过负荷、外部短路或保护装置二次回路误动造成，则变压器可不经外部检查重新投入运行。如果不能确定变压器跳闸是由于上述外部原因造成的，则必须对变压器进行内部绝缘电阻、直流电阻的检查。经检查判断变压器无内部故障时，将瓦斯保护投入到跳闸位置，变压器重新合闸，整个过程慎重行事。如经绝缘电阻、直流电阻检查判断变压器有内部故障，则需对变压器进行吊芯检查。

四、变压器气体保护动作后的处理

变压器运行中如果局部发热，在很多情况下不会表现出电气方面的异常，而首先表现出的是油气分解的异常，即油在局部高温作用下分解为气体，逐渐集聚在变压器顶盖上端及瓦斯继电器内。区别气体产生的速度和产气量的大小，即是区别过热故障的大小。

1、轻瓦斯动作后的处理：轻瓦斯动作发出信号后，首先停止音箱信号，并检查瓦斯继电器内气体的多少。

2、重瓦斯保护动作后的处理：运行中的变压器发生瓦斯保护动作跳闸，或者瓦斯信号和瓦斯跳闸同时动作，则首先考虑该变压器有内部故障的可能，对这

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故障变压器内产生的气体是由变压器内不同部位根据瓦斯继电器内气体性质、集聚数量级速度来判明的，判断变压器故障的性质及严重程度对变压器故障处理至关重要。若集聚的气体是无色无臭且不可燃的，则瓦斯动作原因是因油中分离出来的空气引起的，可判定属于非变压器故障原因，变压器可继续运行；若气体是可燃的，则极可能是变压器内部故障所致。对这类变压器，在未经检查并试验合格前不允许投入运行。变压器瓦斯保护动作是内部事故的前兆或本身就是1次内部事故，因此对这类变压器的强送、试送和监督运行都应特别小心，事故原因未查明前不得强送。

3、变压器差动保护动作后的处理：差动保护是为了保证变压器安全可靠的运行，即当变压器本身发生电气方面的层间、匝间短路故障时尽快将其退出，减少事故情况下变压器损坏的程度。规程规定，对容量较大的变压器，如并列运行6300KVA及以上、单独运行10000KVA及以上的变压器要设置差动保护装置。与瓦斯保护相同之处是这两种保护动作都比较灵敏、迅速，是变压器本身的主要保护。不同之处在于瓦斯保护主要是反映变压器内部过热引起油气分离的故障，差动保护则是反映变压器内部（差动保护范围内）电器方面的故障。差动保护动作，则变压器两侧（三绕组变压器则是三侧）的断路器同时跳闸。

4、其它保护动作后的处理：除上述变压器两种保护外还有定时限过电流保护、零序保护等。主变压器定时限过电流保护动作跳闸时首先应解除音响，然后详细检查有我越级跳闸的可能，即检查各出现开关保护装置的动作情况，各信号

www.xiexiebang.com 各操作机构有无卡死等现象。如查明是因某一出线故障引起的超级跳闸，则拉开出线开关，将变压器投入运行，并恢复向其余各线路送电；如果查不出是否超级跳闸，则应将所有出线开关全部拉开，并检查主变压器其他侧母线及本体有无异常情况，若查不出明显的故障，则变压器可以空载试投送1此，运行正常后再逐路恢复送电。当在送某一路出线开关时又出线越级跳主变压器开关，则应将其停用，恢复主变压器和其余出线的供电。若检查中发现某侧母线有明显故障征象，而主变压器本体无明显故障，则可切除故障母线后再试合闸送电，若检查时发现主变压器本体有明显的故障征兆时不允许合闸送电，应汇报上级听候处理。零序保护动作一把是系统发生单相接地故障引起的，事故发生后立即汇报调度。

武汉鼎升电力研发中心研发的DCBX-S变压器绕组测试仪根据对变压器内部绕组特征参数的测量，采用完善的内部故障频率响应分析(FRA)方法，能对变压

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变压器设计制造完成后，其线圈和内部结构就确定下来，因此对一台多绕组的变压器线圈而言，如果电压等级相同、绕制方法相同，则每个线圈对应参数(Ci、Li)就应该是确定的。因此每个线圈的频域特征响应也随之确定，对应的三相线圈之间其频率图谱具有一定可比性。

变压器在试验过程中发生匝间、相间短路，或在运输过程中发生冲撞，造成线圈相对位移，以及运行过程中在短路和故障状态下因电磁拉力造成线圈变形，就会使变压器绕组的分布参数发生变化。进而影响并改变变压器原有的频域特征，即频率响应发生幅度变化和谐振频点偏移等。根据响应分析方法研制开发的DCBX-S变压器绕组测试仪，就是这样一种新颖的变压器内部故障无损检测设备。DCBX-S变压器绕组测试仪适用于63kV～500kV电力变压器的内部结构故障检测。

第四篇：试述电力变压器故障原因及处理方法

试述电力变压器故障原因及处理方法

摘要：电力变压器作为一种能量的转化的设备，它在电压的转变以及电流的运输过程中有着不可取代的地位，是电力系统运行中的核心设备。采用正确、合理的故障分析和排除方法，对于变压器设备的正常运行起到十分重要的促进作用。本文针对电力变压器在运行中产生的故障的原因以及排除的方法等做出了简要的分析。并提出了故障处理得有效方法。

关键词：电力变压器；故障；原因；处理方法

变压器产生故障的原因主要是由于其内部的组成、电路等方面出现了电力损耗而造成的，但外在的人为因素或者是其他方面也有可能造成故障的产生。电力变压器发生故障，会导致电力的供应发生中断，甚至会引发火灾等，将会对社会及经济发展造成重大的损失。因此，要加强电力变压器的故障分析，确保变压器安全的、稳定的、高效的运作，确保生产的井然有序。

一、常见故障发生的原因和处理

1、变压器油质变坏

在运行中变压器中的油，如果长时间使用而没有更换，或其中漏进了雨水和受潮，再加上其中的油温经常过热，这就容易造成油质的变坏。而油质变坏则导致变压器的绝缘性能受到损害，这种情况下就极易引起变压器发生故障。如果发现油色开始变黑，就要立刻进行取样化验。以防止外壳与绕组之间或线圈绕组间发生电流击穿，可对不合格绝缘油进行过滤和再生处理，以便再进行使用。

2、内部声音异常

如果变压器的运行出现问题，就会偶尔产生不规律的声音，表现出异常现象。出现这种现象产生的原因是：变压器进行过载运行，这种情况变压器内部就会有沉重的声音产生；变压器中的零件产生松动时，在变压器运行时就会产生强烈而不均匀的噪声；变压器的铁芯最外层硅钢片未夹紧，在变压器运行时就会产生震动，同样会产生噪音；变压器的内部电压如果太高时，铁芯接地线会出现断路或外壳闪络，外壳和铁芯感应出高电压，变压器内部同样会发出噪音；变压器内部产生接触不良和击穿，会因为放电而发出异响；变压器中出现短路和接地时，绕组中出现较大的短路电流，会发出异常的声音；变压器产生谐波和连接了大容量的用电设备时，由于产生的启动电流较大，以后造成异响。

3、自动跳闸故障

在变压器的运行过程中，当突然出现自动跳闸时，要进行外部检查，查明跳闸原因。如果在检查后确定是因为操作人员的操作不当或者是因为外部故障造成的，就可越过内部检查环节，进行直接投入送电。如果是发生了差动保护动作，就要对保护范围中的设备进行全面、彻底检查。可能导致变压器着火的因素有下面几种：内部故障导致变压器散热器和外壳破裂，有油燃烧着从变压器中溢出；在油枕的压力下，变压器中的油流出然后在变压器顶盖上燃烧；若断路器因某些原因而没有自动断开，就要通过手动来完成，立刻停止冷气设备并关上电源，进行扑救火情。

4、油位过高或过低

变压器正常运行时，油位应保持在油位计的1/3到1/4之间。如果变压器的油位低于变压器上盖，则可能导致瓦斯保护及误动作，严重时，有可能使变压器引线或线圈从油中露出，造成绝缘击穿。若是油位过高，则容易产生溢油。长期漏油、温度过低、渗油或检修变压器放油之后没有进行及时补油等就是产生油位过低的主要原因。所以，在装油时，一定要根据当地气温选择合适的注油高度。值班人员要经常对变压器的油位计的指示状况做出检查，如果出现油位过低，就要查明其原因并实施相应措施，而如果出现油位过高，就适当地放油，让变压器能够安全稳定地运行。

5、瓦斯保护故障

（1）在变压器进行加油或滤油时，带入变压器内部的空气没有及时排出，导致油温在变压器运行时升高，并逐渐排出内部空气，从而引发瓦斯保护动作。

（2）变压器发生了穿越性短路或内部故障产生气体，都会让瓦斯保护动作出现。当出现瓦斯保护信号动作时，如果检查中并没有发现任何异常状况，就要立刻收集瓦斯继电器中产生的气体，并经过分析试验。如果是可燃性气体，则可表明变压器是发生了内部故障，这时就要立刻关闭变压器的电源，并进行电气测试，找出产生事故的原因，如果不能自己修理就送去检修。

（3）变压器内部的油位下降速度过快而引起瓦斯的保护动作。在变压器发生瓦斯保护动作或者跳闸后，工作人员应立即停止变压器的运行，并对变压器做出外部检查。检查变压器中油位是否正常、防爆门是否完整、绝缘油是否有喷溅现象、外壳是否鼓起等。然后进行变压器内部故障性质鉴定，在检修完成和经测验合格后，才能再次投入使用。

6、变压器油温突增

变压器油温突增的主要原因是：内部紧固螺丝接头松动、冷却装置运行不正常、变压器过负荷运行以及内部短路闪络放电等。如果油温过高，要对变压器是否过负荷以及冷却装置的运行状况进行检查。若变压器在进行超负荷运行，要立刻对变压器的负荷进行减轻，如果变压器的负荷减轻后，温度依然如此，就要立刻停止变压器运行，对其故障原因进行查找。

7、绕组故障

（1）变压器在制造和后期进行检修时，造成了绝缘局部损坏，留下了后遗症。

（2）变压器在运行中因散热不良或长期过载，温度长期过高，使绝缘产生老化。

（3）变压器的制造工艺不良，压制不紧，机械强度无法承受短路冲击，让绕组变形，绝缘损坏。

（4）变压器的绕组受潮，导致绝缘膨胀堵塞油道，致使局部过热。

（5）变压器中的绝缘油与空气接触面积太大，或混入水分出现劣化，造成油的酸价变高，绝缘能力下降或者油面过低，让绕组暴露到空气里，而没得到及时的处理。这些都可能造成绝缘击穿，从而形成短路或绕组接地故障。如果出现匝间短路，要尽快处理。

二、电力变压器日常维护

定期巡视变压器的电压、电流、上层油温等，并经常对变压器的外部进行检查。日常维护的具体工作有：对套管、磁裙的清洁程度进行检查并及时做好清理工作，以保证磁套管与绝缘子的清洁，避免闪络事故的发生；冷却装置运行时，要确认冷却器进油管和出油管的蝶阀，保证入口干净无杂物，散热器通畅进风；风扇在运行中运转是否正常，有无明显振动及异音，潜油泵的转向是否正确，冷却器有无渗漏油现象，有无异常声音及振动，分路电源自动开关闭合是否良好。

在实际现场操作中，判断故障时，必须结合电气试验、油质分析以及设备检修、运行等情况进行综合分析，对故障的原因、部位、部件或绝缘的损坏程度等做出准确判定，才能制定出合理的处理方案。

第五篇：电力更换变压器申请

申请报告

公司领导：

在xx镇xx村位于xx南侧东有4户居民，用电一直是从距该处约1.5Km小王庄80Kva配变供电，并且其中一户用10平方旧线二相搭接用电的，而且另外三户还是表内表由于线路长，线径细，电压低，几户居民经常到所里找，而且还有二户申请三相电搞电焊修理，结果在勘察时因无三相电源而被打不完整归档。根据此情况我所在xxx年项目计划中申报予以整改，但是没有批复。

我xxxx根据实际情况，计划把xxx号文xxx年农村电网专项维修项目中更换下来的sp50-80KVa变压器上一台使用，望领导予以派员勘察，给予办理为盼。

Xxx

xx年xx月xx日