一种低噪声电力变压器油箱的制作方法

1.本发明涉及输变电领域，具体涉及一种低噪声电力变压器油箱。


背景技术：

2.随着经济建设的快速发展和城市化进程的加快，各类商务楼、公用配套建筑以及居民住宅群在不断的涌现，变压器作为配套的电力设施得到了广泛地应用，随着人们对生活质量的要求越来越高，变压器产生的噪声已对人们产生了严重影响。现有技术一般多考虑的是防止外物的侵入和电磁辐射，以免变压器损坏以及对周围环境的污染。变电站的主要噪声源是油浸式变压器，为了降低噪声对周边居民的干扰，对变压器噪声的要求越来越高，不仅仅局限于防止外物的侵入和电磁辐射，为此，有必要提出新的低噪声变压器降噪技术。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的变电站中采用的油浸式变压器会产生噪声，影响周边居民的生活质量，本发明提出了一种低噪声电力变压器油箱，包括油箱内层、油箱外层和设置于所述油箱内层和油箱外层之间的隔声层；
4.所述隔声层包括网格框架和布置在所述网格框架中的多种吸隔声材料，所述吸隔声材料的布置方式由所述油箱内层和所述油箱外层结构并基于壁板透射声压最小为目标确定。
5.优选的，所述吸隔声材料布置方式的确定包括：
6.将所述油箱内层和所述油箱外层的壁板厚度、间距、箱壁入射声压函数、壁板结构的折反射能量耗散利用预先确定的适应度函数，采用粒子群算法迭代计算得到以壁板透射声压最小时对应的内部吸声材料的阻抗系数；
7.基于所述内部吸声材料的阻抗系数得到所述多种吸隔声材料在所述网格框架中的排列组合方式。
8.优选的，所述适应度函数基于优化模型以及优化模型中约束条件构建的罚函数确定。
9.优选的，所述优化模型包括：
10.基于壁板透射声压最小为目标构建的目标函数；
11.为所述目标函数构建壁板厚度、间距和阻抗系数的不等式约束条件。
12.优选的，所述壁板透射声压按下式计算：
13.p
t
＝p
r-r(h1、h2、d、k....)
14.式中，p
t
为壁板透射声压；r为经过壁板结构的折反射能量耗散；pr为箱壁入射声压；h1、h2分别为两层板的厚度，d两层板的间距；k为内部填充吸隔声材料的阻抗系数。
15.优选的，所述罚函数如下式所示：
[0016][0017]
式中，f
vi
：罚函数；αi和βj为惩罚因子；a和b为约束条件范围；f
vj
：优化过程中的其中一惩罚函数；vi：第i个粒子飞行速度；i:粒子数。
[0018]
优选的，所述适应度函数计算式如下式所示：
[0019][0020]
式中，fitness(p
t
)为壁板透射声压p
t
对应的适应度；f(p
t
)为壁板透射声压；f
vi
：优化过程中的其中一罚函数；f
ui
：优化过程中的另一罚函数。
[0021]
优选的，所述网格框架采用菱形、三角形或圆形网格布置。
[0022]
优选的，所述多种吸隔声材料包括：橡胶阻尼材料、气凝胶材料、发泡陶瓷材料、泡沫铝质材料、岩棉和金属纤维薄板中的至少两种。
[0023]
优选的，所述油箱内层采用钢板；
[0024]
所述油箱外层采用钢板或铝板。
[0025]
优选的，所述油箱外层厚度小于所述油箱内层厚度。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0027]
1、本发明提供了一种低噪声电力变压器油箱，包括油箱内层、油箱外层和设置于所述油箱内层和油箱外层之间的隔声层；所述隔声层包括网格框架和布置在所述网格框架中的多种吸隔声材料，所述吸隔声材料的布置方式由所述油箱内层和所述油箱外层结构并基于壁板透射声压最小为目标确定，本发明通过在油箱内外层之间设置以排列组合方式布置的多种吸隔声材料，可有效抑制油浸式变压器产生的低频声波在箱体结构中的投射传播，降低了噪声。
[0028]
2、本发明采用智能算法对多种吸隔声材料进行优化组合，更好的克服变压器箱体表面振动和噪声辐射情况。
附图说明
[0029]
图1为本发明的低噪声电力变压器油箱整体结构示意图；
[0030]
图2为本发明的低噪声电力变压器油箱剖面示意图；
[0031]
图3(a)为本发明的隔声层内部网络框架填充不同吸隔声材料间隔排列第一种组合示意图；
[0032]
图3(b)为本发明的隔声层内部网络框架填充不同吸隔声材料间隔排列第二种组合示意图；
[0033]
图4为本发明采用粒子群智能算法确定隔声层内部网络框架填充吸隔声材料排列组合方法流程图；
[0034]
其中，1、油箱外层；2、油箱内层，3、网格框架，4、气凝胶材料；5、阻尼材料。
具体实施方式
[0035]
本发明公开了针对目前油浸式变压器降噪措施的不足，结合油浸式电力设备噪声传递路径，提出的一种低噪声电力变压器油箱，该技术通过合理设计，材料、结构安全可靠，可长期使用、免维护，特别适用于油浸式变压器、电抗器等油浸式电力设备油箱的噪声控制，而且降噪效果明显。
[0036]
本发明在变压器油箱内外壁中间增加矩形框架夹层结构，配以一定的附加橡胶材料和气凝胶材料，起到抑制低频声波在变压器箱体结构中的透射传播作用。该方法可以有效的提高变压器油箱壁的隔声量，降低变压器的辐射噪声。
[0037]
实施例1：一种低噪声电力变压器油箱，如图1和图2所示，包括油箱内层、油箱外层、网格框架及内部填充材料。
[0038]
所述油箱内层为钢板，内层直接与变压器绝缘油接触，内层钢板表面需按常规变压器进行涂装。
[0039]
所述油箱外层为钢板或铝板，外层表面与空气接触，需按常规变压器进行外部涂装，防止金属板和焊接处锈蚀。
[0040]
所述网格框架安装在油箱内外层中间，框架主体可选择金属材质，也可采用非金属材质，呈矩形网格状布置，也可采用菱形、三角形或圆形网格布置，如图3(a)和图3(b)所示，依据内部填充吸隔声材料的阻抗系数k的取值确定不同填充吸隔声材料的排列组合方式，图3(a)为气凝胶材料4和阻尼材料5依次间隔设置；而图3(b)中气凝胶材料4和阻尼材料5也是间隔设置，但是阻尼材料5和气凝胶材料4均位于同一列。
[0041]
所述网格框架中每个单元填充吸隔声材料，主要为气凝胶材料和橡胶阻尼材料。
[0042]
所述网格框架中填充的两种材料分布排列组合需专门设计，根据变压器箱体表面振动和噪声辐射情况，采用智能算法进行优化排列组合，得出最优的排列组合，如图4所示：
[0043]
(1)设定变压器箱体壁隔声性能参数；
[0044]
(2)初始化粒子群速度和位置；
[0045]
(3)声学有限元软件计算透射声压p
t
下的优化目标函数；
[0046]
(4)建立罚函数和适应度函数；
[0047]
(5)计算粒子群个体极值与全局极值；
[0048]
(6)透射声压p
t
是否为最优值，是最优值时进入步骤(7)，否则返回步骤(3)；
[0049]
(7)输出透射声压p
t
和所述透射声压p
t
对应的适应度。
[0050]
具体如下：
[0051]
变压器箱体壁板隔声性能优化归结为目标函数的多约束优化问题。利用粒子群算法进行箱壁声学性能优化，最重要的是建立优化数学模型，进而构建适应度函数，作为初始化粒子的寻优方向。现以透射声压最小法为例构建声学性能优化粒子群算法的适应度函数。壁板透射声压为p
t
，表达式见公式1，箱壁入射声压函数pr，经过壁板结构的折反射能量耗散r，当公式1取得最小值时，表明壁板的隔声量最佳。壁板结构具有阻抗特性，定义函数r，影响参数包括两层板的厚度h1、h2，两层板的间距d，以及内部填充吸隔声材料的阻抗系数k，该系数k取决于填充材料的特性、大小、分布方式及材料厚度。
[0052]
p
t
＝p
r-r(h1、h2、d、k....)
ꢀꢀ
(1)
[0053]
其优化不等式约束条件为：(1)壁板厚度h：h≤[h
max
]；(2)间距d：d≤[d
max
]；(3)阻
抗系数：k≤[k
max
]；其数学模型可以表达为：
[0054][0055]
其中f(p
t
)为壁板声学性能优化函数，gj(p
t
)为第j个不等式约束条件约束条件。目标函数和约束函数一般为设计变量的非线性函数，因此本文采用罚函数的方法将有约束的结构优化问题转化为只含边界约束的结构优化问题，即算法包含不可行解，但通过在目标函数后面加上罚函数以惩罚不可行解的出现，使得不可行解不能成为最优解。根据不同约束条件，会设计多个罚函数，一旦超过约束条件，罚函数起作用，自动淘汰超标取值。罚函数f
vi
可以表达为：
[0056][0057]
其中αi和βj为惩罚因子，a和b为约束条件范围，对满足约束条件的取值不惩罚f
vi
＝0，不满足约束条件的取值，函数值均会被放大，在优化过程中遭淘汰。多个约束条件构建多个罚函数项，最终得到适应度fitness(p
t
)作为粒子群算法的输入函数：
[0058][0059]
式中，fitness(p
t
)为壁板透射声压p
t
对应的适应度；f(p
t
)为壁板透射声压；f
vi
：优化过程中的其中一罚函数；f
ui
：优化过程中的另一罚函数。
[0060]
不同的吸隔声材料的排列组合直接影响到板材的隔声效果，改变不同频段噪声的分布特性，引起板材透射出得声压函数发生变化，这种变化通过适应度函数可以体现出来，经过寻优算法，可以找出最佳隔声效果的分布方式。
[0061]
通过声学有限元软件计算得到透射声压为p
t
，并计算出适应度fitness(p
t
)，将计算结果返回给粒子群算法中进行优化计算，根据适应度值的取值随机产生新的一组约束条件输出给声学有限元软件进行下一次的计算，直至结果收敛得到最优解。
[0062]
所述油箱内层轮廓尺寸及厚度与常规变压器一致，应满足变压器出厂、运输、吊装等结构受力变形条件。
[0063]
所述油箱外层与内层之间间距控制在2cm之内，油箱外层轮廓尺寸应考虑油管法兰等设备安装，因外层不承受变压器主体结构受力，厚度可小于内壁厚度，但不得小于4mm。
[0064]
所述油箱外层所用材质为金属材料，例如碳素钢材、不锈钢、铝合金材料等；也可采用非金属材料，如碳纤维复合板、有机玻璃等。
[0065]
所述网状框架与变压器油箱内外层通过粘接连接，内部填充吸隔声材料。
[0066]
所述吸隔声材料可采用气凝胶材料和橡胶阻尼材料等相关衍生材料，具备良好的吸隔声性能，单元网格面积不宜过大，一般有效边长不超过变压器辐射噪声波长的1％。
[0067]
所述吸隔声材料布置排列方法根据粒子群智能算法、拓扑优化等方法进行计算得到最优排列方式，形成周期性的降噪特性。
[0068]
大型油浸式变压器铁心绕组振动产生的噪声。由于绝缘和油箱结构耦合较好，产生的噪声通过油箱壁向外辐射。如果在油箱壁内部中央增加一层吸隔声材料，通过不同的排列组合方式，形成周期性的降噪特性。本发明提出的低噪声电力变压器油箱，油箱内层采用常规变压器设计，仅增加外层起保护内部网格框架结构，成本低且不影响箱壁外观整体形状，可以免维护长期使用。
[0069]
实施例2
[0070]
油浸式变压器油箱内层为厚度10mm钢板，外层箱壁为厚度4mm铝板，中间夹层的网格框架为200mm(长)
×
10mm(宽)
×
2mm(厚)铝合金条，矩形网格尺寸为200mm
×
200mm，填充吸隔声材料厚度为10mm，采用气凝胶和橡胶阻尼两种材料相互交替布置方式，油箱内外层双板彼此压紧粘接，边缘接缝处采用焊接方式密封。
[0071]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。