摘要：对铁心进行模态分析，并与经验公式进行对比，验证经验公式计算的可靠性。然后通过理论计算确定铁心叠片数量对磁密的影响，同时结合人因工程学，将环氧树脂浇注干式变压器铁心叠装方式调整为五级步进七级接缝，在不增加制造成本和改变铁心结构设计方案的前提下，实现噪声质量管控，满足JB/T10088-2016 6kV～1000kV级电力变压器声级标准。
关键词：环氧树脂浇注干式变压器；噪声；铁心;人体工程学
1 引言
近些年我国城市化建设规模逐年扩大，城乡居住的小区、商业区安装的变电站、变压器等输变电设备也随之增加。环氧树脂浇注干式变压器（以下简称干式变压器）因具有可靠性高、运行安全性高、维护简单、又能深入负载中心等优势，越来越受到客户的青睐。但是由于城市规划与用地的限制，很多干式变压器直接安置于居民小区内，离居民住宅很近。干式变压器不同于油浸式变压器，是依靠空气循环冷却，这样部分的噪声就直接通过空气传播到人耳，影响小区居民的正常生活。甚至会导致认得神经系统、消化系统及耳腔的不适。因此对人口密集型场所运行的变压器噪声提出了更高的要求。
2 铁心结构设计方案可靠性分析
众所周知，干式变压器噪声产生的主要原因是硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动。噪声大小与铁心的设计有着直接的关系，首先采用设计原则中的经验公式（1）和（2）来计算铁心的固有频率。但是因为变压器电源频率为50Hz，而磁致伸缩是以二倍电源频率为基频振动，即100 Hz、200 Hz、300 Hz、400 Hz。所以为避免铁心产生共振，设计时铁心固有频率要躲避开表1中的共振频率带。以一台型号为SCB10-2500kVA/10/0.4干式变压器为例，将铁心各个参数带入经验公式（2）和（1）中，经计算得到铁心固有频率为530.46Hz，避开共振频率带。
fc——铁心固有振动频率,Hz
Hc——铁心窗高,cm
Be——铁轭最大片宽，cm
Bc——铁心心柱最大片宽,cm
M——铁心窗口宽度,cm
kc——系数
表1
其次对上述型号的干式变压器铁心进行模态分析，通过仿真提取前六阶可能产生共振的模态振型，如图1所示，及对应的频率，如表2所示，与设计原则中的经验公式进行对比,来验证铁心计算的合理性。
根据干式变压器实际运行状况来看，第六阶模态与实际铁心振动情况最为接近，对比经验公式与模态分析结果，误差为
误差很小，可以说明利用经验公式来计算铁心固有频率是较为可靠的，上述型号干式变压器的铁心结构设计合理，再想通过设计方面调整干式变压器噪声，不仅投入成本高，而且取得的效果也不会很理想，因此考虑从工艺方面进行改进。
除硅钢片的磁致伸缩外，铁心接缝处的磁场集中和叠片间因漏磁产生电磁吸引力也会引起铁心的振动。采用步进式多级接缝叠片方式可以有效地降低铁心接缝处的局部磁密，目前，行业上干式变压器铁心叠片大多采用五级步进五级接缝的叠积方式，我公司也是如此。但是自执行JB10088-2016新的声级标准以来，采用五级步进五级接缝的叠积方式的产品陆续出现声级超标的现象，因此需要重新制定工艺方案。
3 工艺方案制定
随着我国工业水平的不断发展与提高，企业越来越注重员工体力作业、技能作业和脑力作业时的生理和心里反应，生产作业时合理的负荷及能量消耗等。根据《人因工程学》中的研究表明，随着活动持续时间的增加，人体力量出现下降，人体力量与持续时间之间存在一种非线性的反比关系，如图2所示，人体仅能在几秒钟内保持最大的力量，若用力持续时间较长，则只能使出最大力量的15%-20%，力量随时间下降的现象是肌肉产生疲劳的必然结果。所以考虑铁心具体选择几级接缝，还需要考虑操作者操作的可持续性。考虑到严苛性仍以第二章节中的2500kVA干式变压器铁心为例，表4中给出在不同接缝级数的情况下，上铁轭重力情况。
4 样机制造
经理论联系实际，确定实施铁心五步进七级接缝的叠装方式来提高产品声级试验合格率及提高铁心叠片生产效率，准备进行样机制作。在样机制造过程中，使用过程失效模式及后果分析，提前对风险点进行排查。再根据风险系数对需要重点监控的风险源进行，重点控制点的制定控制计划。通过全生产过程的管控，确保试制样机符合前期设计、工艺要求。能够为后期产品的改进做出有力保障。
在型号为SCB10-2500/10.5/0.4两台干式变压器上分别采用五级步进五级接缝和五级步进七级接缝的方式进行裁剪、叠装。经过铁心整理，线圈装配等工序完成干式变压器的装配工作，并转入试验站进行相关电气性能及声级试验。在上述两台干式变压器的制造过程中，除了接缝级数不同外，其余工艺参数及操作均保持一致。在试制过程中发现采用五级步进七级接缝方式（7张长度逐级递减的硅钢片为一组）插上铁轭时，硅钢片的弯曲程度可以满足插铁要求。员工可以实际完成改善操作，能够实现改进要求。
5 改进后效果
在干式变压器铁心叠装效率方面，同一班组生产同型号产品，采用五级步进五级接缝方式叠装，所用时间为65分钟，而采用五级步进七级接方式缝叠装，所用时间为45分钟，单台铁心叠装可以节约0.3个工时，生产效率可以提高30%。以上结果均能够证明此次改进的有效性，为进一步确认产品改进的稳定性，我们通过在公司内部，产品小批量试制后，将制造工艺形成标准化作业指导书（SOP）并完善PFMEA的标准化。实现全面推广铁心五级步进七级接的叠装方式。
目前截止到2018年10月份，共计生产4539台采用五级步进七级接方式制造的干式变压器，其声级试验合格率为均100%，可以为企业降低产品质量成本数十万元。能够说明这一改进项目的实现其预期。不仅实现了噪音的降低，而且将成本进一步进行降低，有力保障了产品的市场占有率。
6 结束语
本文则是通过调整铁心制造工艺来实现干式变压器的噪声质量管控，在不需要调整铁心材质和结构设计方案的前提下，不仅声级满足JB/T10088-2016标准要求，而且生产效率得到了显著提升，为同行业解决噪声问题提供了一种思路和方法。为了后期其她改进也提供了改进思路及管控方式，能够有力支持后续其它改进的实现。
参考文献
[1]李光谱，张建新.SCB型干式变压器振动与噪声的有限元分析[J].电力学报，2010，25（6）：487-489.
[2]顺特电气有限公司.干式变压器和电抗器.中国电力出版社，2005.
论文作者:陈鹏宇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/6
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