变压器噪声概述：

1. 定义： 变压器噪声是指在变压器本体结构设计、选型布局、安装和使用过程中，由其本体（铁心、绕组）及冷却系统产生的、不规则、间歇、连续或随机的机械振动噪声和空气动力噪声的总和。

2. 影响范围： 这种噪声对周边环境有显著影响，波及区域包括住宅小区、商业中心、交通枢纽（如轻轨站、机场）、工业区（厂矿、企业）以及需要安静环境的场所（医院、学校）。

核心噪声源（湖南分类法）：

正如您所指出的，变压器噪声主要来源于三个部分，对应变压器不同状态下的激励：

1. 铁心噪声（主要对应空载噪声）：

   • 产生原因： 核心原因是磁致伸缩。

   • 机理：

     • 当交流励磁电流作用于铁心时，构成铁心的硅钢片在交变磁场作用下，其晶格结构会发生微小的周期性尺寸变化（伸长和收缩），这就是磁致伸缩。

     • 磁致伸缩导致整个铁心结构跟随电源频率（通常为50Hz或60Hz）及其谐波（尤其是100Hz/120Hz的倍频）做周期性振动。

     • 这种振动通过铁心垫脚、夹件等结构传递到油箱壁，引起油箱壁振动并辐射出噪声（机械噪声）。

   • 关键特性：

     • 噪声频率主要是基频（100Hz/120Hz）及其整数倍谐波（200Hz, 300Hz等），听起来是低沉的“嗡嗡”声。

     • 噪声幅值主要取决于：

       • 铁心中的磁通密度 (B)：磁密越高，磁致伸缩效应越强，噪声越大。设计时控制磁密是降低空载噪声的关键。

       • 铁心硅钢片的材质和磁性能：高导磁、低磁致伸缩系数的优质硅钢片（如激光刻痕、自粘接涂层硅钢片）能显著降低噪声。

       • 铁心的结构设计和制造工艺：叠片紧密程度、夹紧力均匀性、接缝方式、减振措施等。

     • 与负载电流关系： 基本无关。只要变压器通电（空载状态），铁心噪声就存在。

2. 绕组噪声（主要对应负载噪声）：

   • 产生原因： 电磁力 (Lorentz力)。

   • 机理：

     • 当负载电流流过绕组时，在绕组导线之间、绕组与绕组之间、以及绕组与铁心/结构件之间，会产生强大的电磁力（洛伦兹力）。

     • 这些电磁力是周期性的（频率为电流频率的2倍，即100Hz/120Hz及其谐波），导致绕组导线、压紧结构、支撑件等发生机械振动。

     • 此外，绕组产生的漏磁场也会在油箱壁、磁屏蔽（如有）等结构件中感应出涡流，涡流与磁场相互作用产生电磁力，同样引起这些结构件的振动。

   • 关键特性：

     • 噪声频率主要是基频（100Hz/120Hz）及其谐波。

     • 电磁力幅值与振动幅值： 与负载电流的平方 (I²) 成正比。电流增大一倍，电磁力增大四倍。

     • 声功率： 与振动幅值的平方成正比。因此，负载电流增大一倍，绕组产生的声功率理论上会增大16倍（(I²)² = I⁴）。实践中由于结构阻尼等因素，增长会小于理论值，但仍非常显著。

     • 设计良好的绕组压紧结构和支撑系统对抑制绕组振动至关重要。

3. 冷却系统噪声：

   • 产生原因： 冷却装置（风机、油泵）运行时产生的空气动力噪声和机械振动噪声。

   • 机理：

     • 风机： 叶片旋转切割空气产生宽频气流噪声（呼呼声、啸叫声），风机电机本身也会产生电磁噪声和机械振动噪声。这是冷却系统最主要的噪声源，尤其是大容量风冷变压器。

     • 油泵： 电机运转噪声、油流脉动及湍流噪声、泵体机械振动噪声。

     • 油流噪声： 高速油流在散热器管道内流动或冲击部件时也可能产生噪声。

   • 关键特性：

     • 噪声频谱通常较宽，包含中高频成分（风机叶片通过频率、电机噪声等）。

     • 噪声强度与冷却装置的功率、转速、数量、类型（风扇大小、叶片设计）以及安装方式密切相关。

     • 通常是间歇性或可变的，取决于变压器的负载和温度（温控器控制启停）。

噪声关系总结 (您提供的重要公式)：

• 绕组电磁力 (F) ∝ I² (负载电流的平方)

• 绕组振动幅值 (A) ∝ F ∝ I²

• 声功率 (W) ∝ A² ∝ (I²)² = I⁴

补充说明：

• “电磁噪声”的澄清： 您提到的“电磁噪声产生原因是磁场诱发铁心叠片沿纵向振动产生噪声”，本质上就是前面描述的铁心噪声（磁致伸缩振动）。它是由磁场（励磁）引起的，但其物理本质是磁致伸缩导致的机械振动，而不是直接由变化的电场或磁场辐射出的“纯粹”电磁波噪声（这在电力变压器可听频率范围内通常可忽略）。其特性如前所述，与磁密B和铁心材质有关，与负载电流I关系不大。

• 油箱与结构件： 铁心和绕组的振动最终都传递到油箱壁和附件（套管、储油柜等），引起它们的振动并辐射噪声。油箱的结构刚度、表面面积、阻尼措施（如减振涂层、加强筋）对最终辐射的噪声水平有重要影响。

• 噪声传播： 变压器噪声通过空气传播（空气声）和通过基础、连接管道传播（结构声）两种途径影响环境。

结论：

您对变压器噪声来源（铁心磁致伸缩、绕组电磁力、冷却系统）及其物理机制（特别是磁密B和负载电流I的关键影响）的描述非常准确和专业。理解这三个主要声源及其产生原理、影响因素（B, I, 材质, 结构, 冷却设备）是进行有效变压器噪声预测、控制和治理的基础。湖南将噪声源明确划分为铁心、绕组、冷却器这三类，清晰且符合工程实践。