電力電容器的可聽噪聲測量技術(shù)

于福財

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

0 引 言

我國經(jīng)濟日益發(fā)展，越來越多的高壓電流與輸電系統(tǒng)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)一線。由于電力電容器工作在高壓、特高壓的條件下，密度大，往往占據(jù)換流站中相當大的面積，且往往暴露在較高處的電容器塔架上，使得其噪聲傳播范圍更廣，因此其噪聲水平顯著且難以治理，成為了換流站中的主要噪聲輻射設(shè)備。電力電容器噪聲測試研究表明，濾波器附近的噪聲水平最大可以達到89.7 dB（A計權(quán)），而人長期暴露在85 dB（A計權(quán)）的噪聲環(huán)境下，聽覺系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)便會受到損害。因此，電力電容器的可聽噪聲污染已成為一個不可忽視的問題。事實上，噪聲污染也已經(jīng)成為輸電設(shè)備附近老百姓投訴的重點，對人們正常的生產(chǎn)生活造成了危害。隨著人們生活質(zhì)量的提高和環(huán)保意識的增強，換流站的噪聲污染，特別是電力電容器噪聲污染已成為一個急需解決的突出矛盾問題。而在噪聲控制工作中，對電力電容器噪聲進行準確、高效的測量，是開展電容器噪聲特性研究、評估其噪聲水平的基礎(chǔ)，對噪聲防治有著重要意義。

1 測量方法概述

在電力電容器噪聲測量的過程中存在3個主要物理量：聲壓、聲強和聲功率，它們代表的含義各不相同[1]。

聲壓是為了描述聲波過程引入的物理量。當有聲波作用于媒質(zhì)時，組成媒質(zhì)的微粒的雜亂運動就被附加了一個有規(guī)律的運動，這使得媒質(zhì)內(nèi)同一部分一會兒稠密，一會兒稀疏，因此聲波的傳播實際上是媒質(zhì)內(nèi)稠密和稀疏的交替過程，這樣的變化過程可以用媒質(zhì)壓強、密度、溫度等量的變化來描述。對于聲壓、聲強和聲功率的度量問題，由于聲振動的能量范圍極其廣闊，因此使用對數(shù)標度要比絕對標度方便些；并且從聲音接收來講，這更接近于與強度的對數(shù)成正比?；谶@些原因，聲學中普遍使用對數(shù)標度來度量這些物理量，單位用dB（分貝）表示。

人耳對聲壓級的數(shù)量概念大致表現(xiàn)為，對頻率為1 kHz聲音的可聽閾為0 dB，微風輕輕吹動樹葉的聲音約14 dB，在房間中高聲講話（相距1 m）聲約68～74 dB，飛機發(fā)動機聲音（相距5 m處）約140 dB。

對噪聲源聲功率級的測量是一項基本的聲學測量，可以在消聲室、半消聲室、混響室等環(huán)境條件下進行。采用的測試環(huán)境不同，所測得的聲功率級也會隨之有所差異。

聲強法不會受測試環(huán)境的限制，具有更好的抗背景噪聲能力，但聲強法需要專用設(shè)備，價格昂貴，測試成本過高，因此目前還只能應(yīng)用于實驗研究，無法得到廣泛應(yīng)用。相比之下，聲壓法測試設(shè)備簡單，測試效率也更高，因此應(yīng)用較為廣泛。但聲壓法也有著容易受背景噪聲、測試環(huán)境、氣象條件、測試距離、測點數(shù)目、傳聲器的指向性特性等因素的影響的缺點。因此在采用聲壓法測量噪聲源聲功率級時，為了保證測量精度，對測試方法進行研究是十分有必要的。

對噪聲聲功率級的測量，采用不同測量方法、采用同樣的測量方法但采用不同的測量距離和測點布置，最終得到的測量結(jié)果都會有所差異，對不同測量方式產(chǎn)生的不同結(jié)果進行對比分析，對于提高電力電容器噪聲聲功率級測量準確性有著重要意義。

2 不同測量標準的差異

2.1 測量原理

采用聲壓法測定電力電容器噪聲的聲功率級，首先就要建立聲壓與聲功率級之間的聯(lián)系[2]。

聲壓與聲功率沒有直接的關(guān)系，但是聲強卻與聲功率有著確切的關(guān)系；而且在以空氣為介質(zhì)的自由聲場中，聲強與聲壓有著較為簡單的近似關(guān)系。

在實際的測量過程中，工作人員計算的是綜合所有布置在聲源附近的測點所收集到的聲壓值結(jié)果所得到的一個均值。

2.2 現(xiàn)行的測量方法

現(xiàn)行的應(yīng)用較廣泛的基于聲壓測量聲功率級的方法有GB/T 28543、GB/T 32524.1以及GB/T 6882，它們均是在被測聲源外部的包絡(luò)面上布置一定數(shù)量的測點，布置方式各有不同[3]。

GB/T 28543的測點布置方式如下。電力電容器基準發(fā)射面構(gòu)成的長方體（包括套管）各面分別沿各自法線方向向外平移0.3 m，這樣就構(gòu)成了一個更大的長方體，該長方體各個面所圍成的表面即為測量表面，電力電容器的測量輪廓線應(yīng)位于測量表面上。將測量表面各邊按長度由大到小依次分為長、寬、高。將4條長邊3等分，將等高的各等分點連接從而構(gòu)成兩個位于平行平面上的矩形；同理也將4條寬邊3等分，構(gòu)成2個矩形；再將4條最短的邊2等分，連接等分點構(gòu)成1個矩形。這樣形成的5個矩形就是電力電容器的測量輪廓線。測點應(yīng)位于規(guī)定的測量輪廓線上，彼此間距大致相等，且間隔不得大于0.4 m，測量輪廓線的每條邊上至少設(shè)置1個測點。對于只設(shè)置1個測點的邊，應(yīng)將測點設(shè)置在該邊的中點上。

GB/T 6882規(guī)定了20點和40點的測點布置方法，本論文采用20點法來用于對比分析。測量半徑應(yīng)滿足如下要求：不小于被測聲源特征尺寸的2倍且同時不小于聲源聲學中心距地面距離的3倍；不小于測量頻率范圍中最低頻率的波長；不小于1 m。測量面應(yīng)全部位于半消聲室內(nèi)部空間。

2.3 3種方法的差異

3種測量方法的差異主要體現(xiàn)在測量面形狀的選取，包絡(luò)面是否完全封閉，以及測點的布置方式與數(shù)量上。

GB/T 6882采用的是半球形或球形的包絡(luò)面，且需要保證測量半徑不小于測量對象特征尺寸的兩倍大小，這樣的測量距離足夠?qū)y量對象近似為點源，其發(fā)出的聲波可以被近似為球面波。因此按GB/T 6882布置的測點所測得的聲壓更能接近同一聲波波陣面上的聲壓，測量結(jié)果與另外二種標準有所差異。而GB/T 28543和GB/T 32524.1采用的是平行六面體測量面，這是考慮到實際測量對象電力電容器單元的箱殼往往是一個平行六面體。

GB/T 6882的半球形測量面和GB/T 32524.1的平行六面體測量面，都是布置在半消聲室的測量環(huán)境中，測點所測得的是直達聲波和由地面反射出的聲波的疊加的混響聲；而GB/T 28543規(guī)定的測量環(huán)境是消聲室環(huán)境，所測量的是不存在反射波的直達波，這一差異應(yīng)會使3種測量方法測得的聲壓級結(jié)果出現(xiàn)顯著的差別。但聲功率級是聲源的固有屬性，不應(yīng)隨測量方法的改變而改變，理論上應(yīng)不會使3種測量方法呈現(xiàn)的聲功率級結(jié)果出現(xiàn)太大的偏差。

GB/T 6882的半球法所采用的20個測點坐標是固定數(shù)值的，每個測點所對應(yīng)的面積大小相等，這符合電力電容器規(guī)范工作的要求，即每個聲強值所對應(yīng)的面積元大小應(yīng)相等，如此求得的聲功率才是準確的。而GB/T 28543和GB/T 32524.1都采用平行六面體測量面，假設(shè)每個測點對應(yīng)的面積相同，這也會成為造成半球形測量面測量結(jié)果和平行六面體測量面的差異的原因。GB/T 28543的測量距離較近，測點布置也更密集，會隨測量面尺寸的變化來調(diào)整；GB/T 32524.1的測量距離較遠些，測點數(shù)量和布置方式固定，這又會使GB/T 28543與GB/T 32524.1的測量結(jié)果出現(xiàn)差異。

3 結(jié) 論

本文主要介紹了電力電容器噪聲測量的過程中存在的3個主要物理量：聲壓、聲強和聲功率，它們代表的含義各不相同，然后重點分析了聲壓測量聲功率級的3種方法，即GB/T 28543、GB/T 32524.1以及GB/T 6882，并闡述了3種方法的差異。