Page 193 - 《应用声学》2023年第4期

第 42 卷 第 4 期 王革鹏等： 考虑铁芯接缝的电力变压器空载噪声计算 855

对应力求散度即可得铁芯磁致伸缩力F： ڍ-ڍ͜᤬ ڍ-๯͜᤬
∇ · σ = −F. (4) ڍ-๯͜᤬

1.2 铁芯接缝的等效方法 ڍ-๯͜᤬
设接缝区某一点磁感应强度为 B，磁场强度为
H，则结合有限元原理：
[( (e) ) 2 ( (e) ) ]
2 1/2
1 ∑ (e) (e) B RD B TD
H = B Ω + ,
ΩB µ RD µ TD
e ڍ-ڍ͜᤬
(5)
图 1 铁芯振动传递路径
2
2
B = B 2 RD + B TD , (6) Fig. 1 Vibration transmission path of core
其中，B TD 、B RD 分别为轧制方向及横向的磁感应 2 不同接缝变压器空载噪声计算
强度分量，µ RD 及µ TD 分别为轧制方向与横向的磁
导率，Ω 为分析区域的面积。接缝处硅钢片的非线 2.1 计算模型
性磁化特性可由爱泼斯坦方圈实验测得，气隙的相 图 2 为一台 110 kV 单相三柱变压器三维模型
对磁导率为1。 及样机外形，包括油箱、铁芯、线圈等。由于铁芯是
对磁致伸缩特性采用能量等效的方法，考虑材 以单片厚度为 0.3 mm 的硅钢片叠积而成，难以按
料各向异性，接缝处磁致伸缩能量为 实际制造情况分单片建模。为尽可能模拟铁芯的叠
∫ 片结构，使模型截面与样机截面一致，铁芯心柱、旁
E ε = − (F ε · u)dΩ, (7)
Ω 柱及铁轭均按级建模，在心柱与铁轭接缝处、旁柱与
◦
F RD · u RD + F TD · u TD = F ε · u, (8) 旁轭接缝处两侧分别建立 45 斜接缝区，如图 2 中
红圈标记位置。为研究接缝结构的影响，样机设计
u = (r 2 RD + r 2 ) 1/2 · ε eqv , (9) 为两种铁芯方案，分别采用不同的接缝结构，如图 3
TD
其中，E ε 是磁致伸缩能量，F RD 和 F TD 分别是轧制 所示，分别包括二级接缝和六级接缝。
方向和横向的磁致伸缩力，u RD 和 u TD 分别是轧制
方向和横向的磁致伸缩变形量，r RD 和 r TD 分别是
积分域在轧制方向和横向的尺寸。
由式 (7)∼ 式 (9)，通过对不同磁密下的磁场及
机械场进行仿真分析并进行等效，即可获得不同磁
密 B 对应的等效磁致伸缩率 ε eqv ，从而可创建接缝
处的等效材料，使其磁致伸缩能量与含有接缝的结
构相同。 ZC

1.3 铁芯振动的传递路径 XC
变压器的铁芯通过器身紧固装置及定位结构 YC
与变压器油箱连接，其振动传播规律满足固体力学
的基本方程，属于机械振动直接传递，即固-固传递； 图 2 模型
此外，由于铁芯浸没于绝缘油中，流固耦合面间会以 Fig. 2 Model
声波的形式实现振动传递，继而通过绝缘油传递至 变压器样机的工作频率为 50 Hz，额定容量为
变压器油箱表面，即固 -液传递。铁芯振动经其与油 10500 kVA，电压比为 110 kV/10 kV，总质量约为
箱连接位置及绝缘油传递至油箱后，表现为油箱表 40500 kg。样机油箱材料为 Q355 钢，铁芯硅钢片牌
面的法向振动及向外的噪声辐射，铁芯振动的传递 号为 B30P100，线圈材料为铜，其余结构件如夹件、
路径见图1。 拉板、垫脚等均采用Q355钢。