电力变压器噪声分析与有源降噪研究

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随着国民经济发展和城市电网的不断扩大,许多高压大容量变压器的安装地点正逐渐靠近甚至进入到市区内。这对人们的正常工作和生活带来了严重影响,使得大型变压器的噪声控制问题变得愈加尖锐。传统的变压器降噪措施主要基于声源处减振和传播路径中隔声的思想,其成果往往是大量工程试验的经验总结,很难进行定量分析,也不具有通用性。随着现代控制技术的发展和控制芯片成本的下降,有源降噪技术逐渐成为变压器噪声控制的研究热点。有源降噪可以根据目标降噪声场的性质,相应地设计和改变控制系统的各种特性,使系统有针对性和目标性;对低频噪声控制效果好;减少对被控制噪声源及其他物理结构和性质的影响。根据声场的空间和时间相干性以及线性叠加原理,如果次级声波与原始噪声的频率相同、相位相反,则在相同传播方向上两列声波会产生干涉相消现象。有源降噪效果则完全取决于两者的振幅关系,当两者达到等幅反相时,则可以完全抵消原始噪声。在现有研究成果的基础上,本文分析和比较了目前常用的两种噪声测量方法:声压法和声强法。针对变压器不同的噪声特性采用了相应的噪声测量方法,并根据测得的噪声数据进行了声功率分析、声压级分析和低频噪声分析。通过分析可以看出,变压器的噪声能量主要集中在低频区域,且以100Hz为基频,在100Hz、200Hz、300Hz和400Hz处有较高的噪声分贝值。变压器噪声波形相对稳定,具有周期性特征,易于有源降噪技术的应用。基于对变压器噪声的测量和分析,本文开展了电力变压器有源降噪研究,研究内容主要为变压器噪声辐射模型建立和次级声源参数优化。电力变压器有源降噪系统由误差传感器、自适应反馈控制系统和次级声源组成,基于声场相干理论和惠更斯理论而实施,次级声源的参数优化分为两类,即数目、位置与源强,并采用遗传算法进行交替渐进式优化。针对小型变压器,其本体结构对声场分布影响较小,采用半球噪声辐射模型,对次级声源参数进行优化,实现了15dB的单频降噪效果。针对大型变压器,其本体结构对声场分布影响较大,采用长方体噪声辐射模型,用24个初级点声源基于现场实测数据来模拟变压器周边声场分布,并按照由易到难的思路,实现了100Hz单频15dB的降噪效果和多频10dB的降噪效果。最后,本文在实验室环境中进行了模拟的变压器有源降噪实验,在两个误差传感器处取得了约10dB的总体降噪效果,验证了本文理论和优化算法的有效性。
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