《電力變壓器 第10部分：聲級(jí)測(cè)定》新舊版標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)分析

摘 要：GB/T 1094.10—2022《電力變壓器 第10部分：聲級(jí)測(cè)定》于2023年5月1日實(shí)施。新舊版標(biāo)準(zhǔn)在術(shù)語(yǔ)和定義、測(cè)量規(guī)范、計(jì)算方法等方面有較大的改變。本文對(duì)新舊版標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)性差異進(jìn)行比對(duì)分析，為各生產(chǎn)企業(yè)、檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)新版標(biāo)準(zhǔn)的理解和有效應(yīng)用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：變壓器，聲級(jí)測(cè)定，新舊版標(biāo)準(zhǔn)，比對(duì)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.08.024

0 引 言

變壓器的聲級(jí)水平是衡量制造廠產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝水平和設(shè)計(jì)能力的重要參數(shù)，變壓器的聲級(jí)通過(guò)A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)來(lái)表示。在IEC 60076-10中描述了聲壓和聲強(qiáng)兩種測(cè)量方法，以此來(lái)確定變壓器的聲功率級(jí)。我國(guó)推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1094.10-2003修改采用IEC 60076-10標(biāo)準(zhǔn)以適應(yīng)本國(guó)國(guó)情。國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2022年批準(zhǔn)發(fā)布的新版GB/T 1094.10—2022《電力變壓器 第10部分：聲級(jí)測(cè)定》替代了舊版標(biāo)準(zhǔn)GB/T1094.10—2003，于2023年5月1日實(shí)施。新版標(biāo)準(zhǔn)在術(shù)語(yǔ)和定義、測(cè)量規(guī)范、計(jì)算方法等方面做了改變，如增加了總聲級(jí)、步行測(cè)量、逐點(diǎn)測(cè)量等術(shù)語(yǔ)和定義；增加了新的聲級(jí)測(cè)量規(guī)范，如1/3倍頻程測(cè)量；統(tǒng)一了測(cè)量表面積計(jì)算公式；調(diào)整了傳聲器的位置和測(cè)量距離；規(guī)范了空間平均聲壓級(jí)和環(huán)境修正值的計(jì)算等。本文對(duì)新舊兩版標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)性差異進(jìn)行比對(duì)分析，有利于各生產(chǎn)企業(yè)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)能更好地理解和應(yīng)用新版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)和檢測(cè)。

1 術(shù)語(yǔ)和定義

新版標(biāo)準(zhǔn)新增的主要術(shù)語(yǔ)有總聲級(jí)、步行測(cè)量和逐點(diǎn)測(cè)量等。其中總聲級(jí)是指所考慮的整個(gè)頻域范圍內(nèi)的聲級(jí)，是空載聲級(jí)和負(fù)載聲級(jí)的總和。如無(wú)另行規(guī)定，則認(rèn)為聲級(jí)是空載聲級(jí)水平?？偮暭?jí)可以按照標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10088—2016等的參數(shù)來(lái)確定，也可以由生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定但必須高于相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求值。步行測(cè)量是沿規(guī)定輪廓線以穩(wěn)定的步行速度連續(xù)移動(dòng)傳聲器所進(jìn)行的測(cè)量，此時(shí)聲級(jí)測(cè)量在時(shí)間和空間上是均勻的[1]。步行測(cè)量用時(shí)短，使測(cè)量更高效，特別適用于大型變壓器。配電變壓器一般采用逐點(diǎn)測(cè)量，逐點(diǎn)測(cè)量是在規(guī)定輪廓線上設(shè)多個(gè)不連續(xù)傳聲器位置以測(cè)量聲級(jí)，各測(cè)點(diǎn)均勻分布且距離不大于1 m。當(dāng)測(cè)點(diǎn)較少并注明安全考慮，或背景噪聲頻繁受到干擾時(shí)，宜采用逐點(diǎn)測(cè)量方式。不論采用何種測(cè)量方法，測(cè)得的聲級(jí)差異可以忽略。新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)試驗(yàn)環(huán)境接近于自由場(chǎng)，例如戶外測(cè)量時(shí)，環(huán)境修正值接近零，不需要進(jìn)行修正。新版標(biāo)準(zhǔn)還給出了僅適用于GB/T 1094.10—2022的配電變壓器的定義，以滿足近年來(lái)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)快速和簡(jiǎn)單測(cè)量變壓器聲級(jí)的需求，配電變壓器是指安裝在變電站之外的額定容量典型值低于5000 kV·A的變壓器。

對(duì)比舊版標(biāo)準(zhǔn)，新版標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的術(shù)語(yǔ)和定義更加全面豐富，解釋更加詳細(xì)具體，便于企業(yè)和各檢測(cè)機(jī)構(gòu)的理解和應(yīng)用。

2 聲級(jí)測(cè)量規(guī)范

新版標(biāo)準(zhǔn)在第5章新增的聲級(jí)測(cè)量規(guī)范中，給出了不同負(fù)載條件下的聲級(jí)規(guī)定和試驗(yàn)，以及如何通過(guò)試驗(yàn)來(lái)評(píng)估聲級(jí)。按照規(guī)范要求，應(yīng)規(guī)定變壓器在無(wú)分接繞組的空載勵(lì)磁條件下施加額定頻率和額定電壓時(shí)的聲功率級(jí)。如果變壓器裝有風(fēng)扇或油泵等冷卻裝置，則應(yīng)規(guī)定與變壓器的額定容量相對(duì)應(yīng)的冷卻裝置的聲功率級(jí)，用戶可以規(guī)定不同于額定容量時(shí)的聲級(jí)，也可以規(guī)定變壓器空載勵(lì)磁和冷卻裝置的組合聲功率級(jí)。

新版標(biāo)準(zhǔn)明確了試驗(yàn)的環(huán)境要求，除非用戶規(guī)定聲級(jí)測(cè)量在接近運(yùn)行溫度下進(jìn)行，否則應(yīng)盡量在變壓器的溫度與試驗(yàn)室環(huán)境溫度接近時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。新增的規(guī)范中配電變壓器通常不需要考慮由負(fù)載電流引起的聲功率級(jí)，相比舊版標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化了計(jì)算步驟。測(cè)量規(guī)范中還規(guī)定了除本標(biāo)準(zhǔn)定義的配電變壓器以外的其他變壓器應(yīng)執(zhí)行1/3倍頻程測(cè)量，對(duì)聲級(jí)測(cè)量?jī)x器提出了新的功能要求，也反映了近年來(lái)規(guī)劃設(shè)計(jì)單位對(duì)用戶新的需求?？梢杂妙l帶來(lái)形容人耳聽(tīng)音頻率的分辨能力，而1/3倍頻程被認(rèn)為是比較符合人耳特性的頻帶劃分方法。因此，在聲級(jí)測(cè)量中，采用1/3倍頻程頻譜分析能更加詳細(xì)地反映出變壓器的頻譜特性，便于較全面地了解聲源產(chǎn)生機(jī)理并提出最佳的降噪對(duì)策[2]。

3 測(cè)量表面積計(jì)算公式和示意圖修改

新版標(biāo)準(zhǔn)中將測(cè)量距離不大于30 m的測(cè)量表面面積統(tǒng)一為單一公式：

S =（h +x）l m （ 1）

式中：S 為測(cè)量表面面積，m2；h為基準(zhǔn)發(fā)射面的高度，m；x為基準(zhǔn)發(fā)射面到規(guī)定輪廓線的測(cè)量距離，m；l m為規(guī)定輪廓線的長(zhǎng)度，m。

高度h 均從試品所在地面算起，而不管試品下方是否有支撐，除非試品安裝在一個(gè)足夠大的支撐結(jié)構(gòu)上，該支撐結(jié)構(gòu)的表面才可作為反射面。

測(cè)量距離大于30 m的測(cè)量表面（半球）面積計(jì)算公式為：

S =2×π×R （ 2）

式中：S 為測(cè)量表面（半球）面積，m2；R為變壓器及冷卻設(shè)備的幾何中心到遠(yuǎn)場(chǎng)中考慮位置的距離，m。

舊版標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)量表面積計(jì)算公式比較復(fù)雜，公式的復(fù)雜性往往導(dǎo)致結(jié)果差異小于1 dB。新版標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整后統(tǒng)一為單一公式，使得測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

新版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)所有描述基準(zhǔn)發(fā)射面和測(cè)量表面積的圖都按照確定聲功率級(jí)的包絡(luò)法進(jìn)行了修改。高度h 應(yīng)從被試變壓器所在的地面算起。如果試品下方有支撐，包括車(chē)輪、運(yùn)輸車(chē)和托盤(pán)等支撐結(jié)構(gòu)，除非支撐結(jié)構(gòu)足夠大，提供的聲音特性可視為反射面，才可將此支撐結(jié)構(gòu)視為地面。新版標(biāo)準(zhǔn)中還增加了示意圖，解釋了干式空心電抗器確定基準(zhǔn)發(fā)射面、測(cè)量表面積和規(guī)定輪廓線的方法。

4 傳聲器的位置和測(cè)量距離

新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)于步行測(cè)量方式，傳聲器沿試品規(guī)定輪廓線的最大移動(dòng)速度為1 m/s，且以固定速度移動(dòng)。對(duì)于逐點(diǎn)測(cè)量方式，沿規(guī)定輪廓線上至少應(yīng)設(shè)置8個(gè)傳聲器位置，且彼此間距大致相等，間隔不大于1 m。在每個(gè)位置應(yīng)盡量保持相同的測(cè)量時(shí)間，不低于3 s。對(duì)比舊版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的至少應(yīng)設(shè)置6個(gè)傳聲器位置[3]，新版標(biāo)準(zhǔn)增加了測(cè)點(diǎn)以及采用不同測(cè)量方式的具體測(cè)試要求，提高了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

測(cè)量距離定義為基準(zhǔn)發(fā)射面與測(cè)量表面之間的水平距離。新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，為了減輕近場(chǎng)效應(yīng)的影響，提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，測(cè)量距離調(diào)至1 m。但對(duì)于配電變壓器和試驗(yàn)場(chǎng)地受限、信噪比低的情況和為了健康和安全考慮時(shí)，測(cè)量距離仍維持在0.3 m。

5 空間平均聲壓級(jí)計(jì)算

總的空間平均A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)可通過(guò)公式計(jì)算：

式中： 為傳聲器位置總數(shù)； LpAi為在第i個(gè)傳聲器位置測(cè)得的總的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。

舊版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)各"LpAi值間的差別不大于5時(shí)，可用簡(jiǎn)單的算數(shù)平均值來(lái)計(jì)算，此平均值與按公式計(jì)算出的值之差在0.7 dB范圍內(nèi)，新版標(biāo)準(zhǔn)取消了算數(shù)平均值計(jì)算方法，統(tǒng)一采用公式（3）計(jì)算，提高了計(jì)算結(jié)果的可靠性。

以400 kVA油浸式配電變壓器為例，舉例說(shuō)明按照新版標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定變壓器聲級(jí)時(shí)傳聲器和測(cè)量距離的布置方法，并對(duì)比聲壓級(jí)計(jì)算兩種方法的差異說(shuō)明新版標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法的合理性。

聲級(jí)測(cè)量點(diǎn)布置圖如圖1所示，測(cè)量點(diǎn)布置10個(gè)，測(cè)量點(diǎn)間的平均距離為0.7 m，與基準(zhǔn)發(fā)射面平均距離為0.3 m。

采用逐點(diǎn)測(cè)量法，利用聲級(jí)計(jì)對(duì)每個(gè)傳感器位置逐一測(cè)量，10個(gè)測(cè)量點(diǎn)的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)（dB）為：41.5、42.6、41.0、41.2、40.9、44.3、43.2、41.3、40.1、41.2。

按照舊版標(biāo)準(zhǔn)取算數(shù)平均值，總的空間平均A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)計(jì)算結(jié)果為41.7 dB；按照公式（3）計(jì)算，聲壓級(jí)計(jì)算結(jié)果為42.2 dB。由此可見(jiàn)，兩種算法相差0.5 dB，新版標(biāo)準(zhǔn)的算法更加嚴(yán)謹(jǐn)。

6 環(huán)境修正值K

新版標(biāo)準(zhǔn)中聲壓法強(qiáng)化了對(duì)聲反射的修正，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定宜采用通過(guò)測(cè)量試驗(yàn)室混響時(shí)間獲得的與頻率有關(guān)的試驗(yàn)室吸聲面積A 的值，進(jìn)而根據(jù)新版標(biāo)準(zhǔn)中公式（12）[1]可求得環(huán)境修正值K 的值。如果K值由吸聲系數(shù)表2導(dǎo)出，則平均吸聲系數(shù)要能正確反映試驗(yàn)室或生產(chǎn)廠的表面狀況。

對(duì)比舊版標(biāo)準(zhǔn)，新版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)試驗(yàn)室吸聲面積A的計(jì)算做了如下修改：

式中：A 為試驗(yàn)室吸聲面積，單位為平方米（m2）； 為表示局部表面的吸聲系數(shù)（見(jiàn)表1）；SVi為表示與對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)室（墻壁、天棚和地面）局部表面的面積，m2。

舊版標(biāo)準(zhǔn)中吸聲面積只選取一個(gè)平均吸聲系數(shù)。新版標(biāo)準(zhǔn)中吸聲面積依據(jù)試驗(yàn)室或生產(chǎn)廠的實(shí)際情況與局部面積的總和相匹配，包括地面、墻壁等，涵蓋更加全面，對(duì)聲反射的修正結(jié)果更加準(zhǔn)確。

7 結(jié) 論

本文比對(duì)分析了GB/T 1094.10—2022《電力變壓器 第10部分：聲級(jí)測(cè)定》和GB/T 1094.10—2003《電力變壓器 第10部分：聲級(jí)測(cè)定》新舊兩版標(biāo)準(zhǔn)中內(nèi)容的變化，列舉了新版標(biāo)準(zhǔn)中增加、調(diào)整的主要內(nèi)容，可以為檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)變壓器聲級(jí)測(cè)定試驗(yàn)項(xiàng)目的檢測(cè)提供依據(jù)，也為生產(chǎn)企業(yè)提供參考。GB/T 1094.10—2022結(jié)合當(dāng)前變壓器產(chǎn)品的發(fā)展方向，進(jìn)一步滿足了能效、環(huán)境等因素的影響，滿足了當(dāng)前聲級(jí)測(cè)定試驗(yàn)項(xiàng)目的發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)

[1]全國(guó)變壓器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).電力變壓器 第10部分：聲級(jí)測(cè)定：GB/T 1094.10—2022[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2022.

[2]知乎. 計(jì)權(quán)聲級(jí)與倍頻程（Octave band） [EB/OL].（2023-11- 0 8） [2 0 2 4 - 01-10] .ht t p s： //zhua n la n .zh i hu.com /p/665416679.

[3]全國(guó)變壓器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).電力變壓器 第10部分：聲級(jí)測(cè)定：GB/ T 1094.10-2003[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介

劉嘉，通信作者，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闄z驗(yàn)檢測(cè)。

（責(zé)任編輯：袁文靜）