CN101793922B - 电力电容器可听噪声测量电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电容器可听噪声测量电路及方法，即选定一个消声测试区域，在该消声测试区域内安装被测的电力电容器，在该消声测试区域外设置陪测的电力电容器，将被测的电力电容器和陪测的电力电容器搭建成桥式电力电容器加载电路，并在桥式电力电容器加载电路的两端分别加载置高压交流电源和谐频电源，整个桥式电路在高压交流电源产生的工频电压和谐频电源产生的各次谐波电压共同作用下达到谐振状态，通过设置于被测电力电容器周围的噪声传感器测量与其噪声相关的数据，得出被测电力电容器在实际工作状态下产生的各种噪声值。本发明减少了电力电容器噪声噪声测量操作的随意性，使得测量结果更加具有可比性，并形成了一套较为系统、完整、科学、合理的电力电容器噪声测量方法。

Description

电力电容器可听噪声测量电路及方法

技术领域

本发明涉及噪声测量方法领域，具体涉及一种电力电容器可听噪声测量电路及测量方法。

背景技术

电力电容器是高压直流输电系统中的关键设备之一，由于电力电容器的使用数量众多，而成为直流换流站内的最主要的可听噪声(以下称噪声)辐射设备。随着人们环保意识的增强，人们对设备的噪声辐射性能要求越来越高。但目前对电力电容器辐射噪声的测量方法在国内外都还没有明确的规定，使得电力电容器的噪声值不具有可比性。在2002年4月的国际大电网会议上虽然给出了由电力电容器内部电场力激励下外壳表面的振动速度来计算噪声声压级的方法[1]，由于没有确定最为关键的振动-噪声辐射效率值，使得用此法计算出的声压级与实际的测量值差距较大，也不能作为电容器噪声的标称值。

实际上在高压直流换流站的建设中，各建设部门在采购电力电容器时，采用的噪声测量方法和噪声要求都是采用电容器附近噪声声压级指标，但对测量声压级的距离、测量条件和测量环境等都没有提出相应的要求。事实上，电容器的安装方式、测量点的距离、测量的仪器、以及测量的环境等都会影响电容器噪声声压级的测量结果。这些要求在GB/T3767中都已明确提出。

在噪声测量中，除了对电力电容器施加的工频(50Hz)载荷大小会影响电容器噪声外，电路中的谐频载荷(谐频频率以及谐频电流的大小)同时也极大地影响着电容器噪声的辐射量。如图2所示，某些谐频载荷引起的噪声甚至比工频载荷引起的噪声更大。另外，电力电容器的各个噪声辐射面辐射出的噪声强度都不尽相同，即电力电容器辐射的噪声还具有一定的指向性。在目前的电容器噪声测量中，都没有考虑到这些因素。

可见，对电力电容器的噪声进行测量，不能采用简单的方法。否则，会极大增加电力电容器噪声噪声测量操作的随意性，使得测量结果丧失可比性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电力电容器可听噪声测量电路、测量方法，以及考虑到工频载荷与谐频载荷共同作用时电容器总噪声的计算方法，用来减少电力电容器噪声噪声测量操作的随意性，使得测量结果具有可比性，并形成一套较为系统、完整、科学、合理的电力电容器噪声测量方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种电力电容器可听噪声测量电路，其特征在于：包括一个电力电容器，作为被测电力电容器，在所述的消声测试区域外设置三个与所述被测电力电容器的规格、型号和技术参数均相同的电力电容器，作为陪测电力电容器；通过导线将一个被测电力电容器和三个陪测电力电容器连接起来，相邻二个电力电容器之间的连线上分别设有一个节点，分别记为A、B、C、D，其中节点B、D分别位于所述消被测电力电容器的两端，且节点A与C相对，节点B与D相对，从节点A与C引出的导线之间连接一个可调电抗器后分别加载在外置的高压交流电源的正负极上，从节点B与D引出的导线之间也连接一个可调电抗器后分别加载在外置的谐频电源的两端，整个搭接电路就形成了一个桥式电力电容器加载电路；在所述被测电力电容器的周围还分别设置有数个噪声传感器，即设置有数个不同的测量点。

一种电力电容器可听噪声测量方法，其特征在于：所述电力电容器可听噪声测量方法包括以下步骤：

(1)、选定一个消声室或房间吸声系数较大的空间(环境修正值K2不大于2dB)作为消声测试区域，在所述的消声测试区域内安装(如吊装)一个电力电容器，作为被测电力电容器，在所述的消声测试区域外设置三个与所述被测电力电容器的规格、型号和技术参数均相同的电力电容器，作为陪测电力电容器；通过导线将一个被测电力电容器和三个陪测电力电容器连接起来，相邻二个电力电容器之间的连线上分别设有一个节点，分别记为A、B、C、D，其中节点B、D分别位于所述被测电力电容器的两端，且节点A与C相对，节点B与D相对，从节点A与C引出的导线之间连接一个可调电抗器后分别加载在外置的高压交流电源的上，从节点B与D引出的导线之间也连接一个可调电抗器后分别加载在外置的谐频电源的两端，整个搭接电路就形成了一个桥式电力电容器加载电路；在所述被测电力电容器的周围还分别设置有数个噪声传感器，即设置有数个不同的测量点；

(2)、桥式电力电容器加载电路的A、C的两端输入由高压交流电源提供的工频电压，频率为50Hz。桥式电力电容器加载电路的B、D的两端输入由谐频电源产生的不同频率的谐波电压f_n，加载频率为100Hz、200Hz……n×100Hz，n为正整数，不同的谐波电压下，分别调节二个可调电抗器的电感量值，使得桥式电力电容器加载电路在不同的谐波电压下分别形成谐振回路，以减小加载的能量；

其中二个可调电抗器每次可调的电感量L_n可分别按式(1-1)进行计算：

$L_n=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}{f}_n\right)}^{2}C}---(1-1)$

式中，电感量L_n的单位是H，f_n为单个桥式电力电容器加载电路B、D两端输入的谐波电压的频率，单位为Hz，n为正整数，分别对应于100Hz、200Hz……m×100Hz的谐波频率；C为单个电力电容器的电容量，单位为F。

在不断改变桥式电力电容器加载电路B、D两端输入的谐波电压的频率的同时，会出现桥式电力电容器加载电路形成的谐振回路的Q值较高，造成谐振回路的谐频频率难以准确调节的现象，这时可分别在二个可调电抗器的一端串联一个阻值较小的电阻，来降低谐振回路的Q值，从而使谐振回路的谐频频率值易于设置和调节；

(3)、设在施加50Hz工频电压后再依次施加的单个谐波电压的频率的为f_n，此时在被测电力电容器周围第i个测量点位置处测量的谐波电压频率为f_n时的A计权声压级为L_pin，则可按式(1-2)叠加计算出第i个测量点处由工频电压和各次谐波电压共同施加的噪声的叠加声压级L_pi为：

$L_{\mathrm{pi}}=10\lg \left[\underset{2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{10}^{0.1L_{\mathrm{pin}}}\right]---(1-2)$

式中，L_pi的单位为dB，L_pin为谐波电压的频率为f_n时，第i个测量点处的声压级，单位为dB；n为输入谐波电压的最高次数；

将被测电力电容器周围各测量点处由工频电压和各次谐波电压共同施加的噪声合成为被测电力电容器周围的总噪声后，再采用GB/T3767的方法，即由式(1-3)、(1-4)计算出被测电力电容器周围总噪声的平均声压级

和声功率级L_w分别为：

$\stackrel{\‾}{L_p}=10\lg \left[\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{10}^{0.1(L_{\mathrm{pi}}-K_{1i})}\right]---(1-3)$

$L_w=\stackrel{\‾}{L_p}+10\lg \frac{S}{S_0}-K_2---(1-4)$

式中：

为由工频电压和各次谐波电压共同施加时被测电力电容器的A计权平均声压级或频带声压级，单位为dB；K_1i为第i测量点处的背景噪声修正值，单位为dB；L_w为A计权声功率级或频带声功率级，单位为dB；S为由电力电容器外各测量点所在的水平面或垂直面所构成的立方体测量表面的总表面积，即测量表面面积，单位为m²；S₀为基准面积，且S₀＝1m²；K₂为环境修正值，单位为dB；

(4)、对上述步骤用指向性指数来表征被测电力电容器表面噪声辐射的主要方向，即在被测电力电容器各测量点处设置指向性的传声器，则被测电力电容器的第i个测量点方向上的指向性指数D_Ii，由式(1-5)计算：

$D_{\mathrm{Ii}}=L_{\mathrm{pi}}-\stackrel{\‾}{L_p}---(1-5)$

式中，L_pi为第i个传声器位置方向上，经背景噪声修正后的声压级，单位为dB；

为经背景噪声修正后的测量表面平均声压级，单位为dB。

所述的电力电容器可听噪声测量方法，其特征在于：所述被测电力电容器安装在所述消声测试区域中部位置，所述被测电力电容器的一个表面平行于地面且距离地面的距离不少于0.7m，所述被测电力电容器的其他表面距离消声测试区域任何一面的水平距离不少于2m。

所述的电力电容器可听噪声测量方法，其特征在于：所述各陪测电容器、可调电抗器、高压交流电源、谐频电源以及操控台都位于所述消声测试区域之外。

所述的电力电容器可听噪声测量方法，其特征在于：在对被测电容器加载的谐频电源可以是组合的能够调节频率和输出功率的电源，也可以是由各种正弦类信号发生器和功率放大器组成的分立式电源。

本发明的有益效果：

本发明减少了电力电容器噪声噪声测量操作的随意性，使得测量结果更加具有可比性，并形成了一套较为系统、完整、科学、合理的电力电容器噪声测量方法。

附图说明

图1为本发明桥式电力电容器加载电路的结构图。

图2为交流滤波器场电容器噪声频谱特性图。

具体实施方式

参见图1、2，一种电力电容器可听噪声测量电路，包括一个电力电容器，作为被测电力电容器，在所述的消声测试区域外设置三个与所述被测电力电容器的规格、型号和技术参数均相同的电力电容器，作为陪测电力电容器；通过导线将一个被测电力电容器和三个陪测电力电容器连接起来，相邻二个电力电容器之间的连线上分别设有一个节点，分别记为A、B、C、D，其中节点B、D分别位于所述消被测电力电容器的两端，且节点A与C相对，节点B与D相对，从节点A与C引出的导线之间连接一个可调电抗器后分别加载在外置的高压交流电源的正负极上，从节点B与D引出的导线之间也连接一个可调电抗器后分别加载在外置的谐频电源的两端，整个搭接电路就形成了一个桥式电力电容器加载电路；在所述被测电力电容器的周围还分别设置有数个噪声传感器，即设置有数个不同的测量点。

电力电容器可听噪声测量方法，包括以下步骤：

(1)、选定一个消声室作为消声测试区域，在所述的消声测试区域内安装(如吊装)一个电力电容器，作为被测电力电容器，在所述的消声测试区域外设置三个与所述被测电力电容器的规格、型号和技术参数均相同的电力电容器，作为陪测电力电容器；通过导线将一个被测电力电容器和三个陪测电力电容器连接起来，相邻二个电力电容器之间的连线上分别设有一个节点，分别记为A、B、C、D，其中节点B、D分别位于所述消被测电力电容器的两端，且节点A与C相对，节点B与D相对，从节点A与C引出的导线之间连接一个可调电抗器后分别加载在外置的高压交流电源的正负极上，从节点B与D引出的导线之间也连接一个可调电抗器后分别加载在外置的谐频电源的两端，整个搭接电路就形成了一个桥式电力电容器加载电路；在所述被测电力电容器的周围还分别设置有数个噪声传感器，即设置有数个不同的测量点；

(2)、桥式电力电容器加载电路的A、C的两端输入由高压交流电源提供的工频电压，频率为50Hz，桥式电力电容器加载电路的B、D的两端输入由谐频电源产生的不同频率的谐波电压f_n，加载频率分别为100Hz、200Hz……n×100Hz，n为正整数，不同的谐波电压下，分别调节二个可调电抗器的电感量值，使得桥式电力电容器加载电路在不同的谐波电压下分别形成谐振回路；

其中二个可调电抗器每次可调的电感量L_n可分别按式(1-1)进行计算：

$L_n=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}{f}_n\right)}^{2}C}---(1-1)$

式中，f_n为单个桥式电力电容器加载电路B、D两端输入的谐波电压的频率，单位为Hz，n为加载电路B、D两端输入谐波电压的次数，各次数分别对应于100Hz、200Hz……n×100Hz的谐波电压；C为单个电力电容器的电容量，单位为F。

在不断改变桥式电力电容器加载电路B、D两端输入的谐波电压的频率的同时，可能会导致桥式电力电容器加载电路形成的谐振回路的Q值较高，造成谐振回路的谐频频率难以准确调节的现象，这时可分别在二个可调电抗器的一端串联一个阻值较小的电阻，来降低谐振回路的Q值，从而使谐振回路的谐频频率值易于设置和调节；

(3)、设单个谐波电压的频率的为f_n，n为桥式电力电容器加载电路B、D两端输入谐波电压的次数，在被测电力电容器周围第i个测量点位置处测量的A计权声压级为L_pin，也就是第i个噪声传感器测量的A计权声压级为L_pin，则可按式(1-2)叠加计算出第i个测量点处由工频电压和各次谐波电压共同施加的噪声的叠加声压级L_pi为：

$L_{\mathrm{pi}}=10\lg \left[\underset{2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{10}^{0.1\mathrm{Lpin}}\right]---(1-2)$

式中，L_pi的单位为dB，L_pin为谐波电压的频率为f_n时，第i个测量点处的声压级，单位为dB；n为输入谐波电压的次数；

将被测电力电容器周围各测量点处由工频电压和各次谐波电压共同施加的噪声合成为被测电力电容器周围的总噪声后，再采用GB/T 3767的方法，即由式(1-3)、(1-4)计算出被测电力电容器周围总噪声的平均声压级

和声功率级L_w分别为：

$\stackrel{\‾}{L_p}=10\lg \left[\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{10}^{0.1(L_{\mathrm{pi}}-K_{1i})}\right]---(1-3)$

$L_w=\stackrel{\‾}{L_p}+10\lg \frac{S}{S_0}-K_2---(1-4)$

式中：为由工频电压和各次谐波电压共同施加时被测电力电容器的A计权平均声压级或频带声压级，单位为dB；K_1i为第i测量点处的背景噪声修正值，单位为dB；L_w为A计权声功率级或频带声功率级，单位为dB；S为由电力电容器外各测量点所在的水平面或垂直面所构成的立方体测量表面的总表面积，即测量表面面积，单位为m²；S₀为基准面积，且S₀＝1m²；K₂为环境修正值，单位为dB；

(4)、对上述步骤用指向性指数来表征被测电力电容器表面噪声辐射的主要方向，即在被测电力电容器各测量点处设置指向性的传声器，则被测电力电容器的第i个测量点方向上的指向性指数D_Ii由式(1-5)计算：

$D_{\mathrm{Ii}}=L_{\mathrm{pi}}-\stackrel{\‾}{L_p}---(1-5)$

式中，L_pi为第i个传声器位置方向上，经背景噪声修正后的声压级，单位为dB；

为经背景噪声修正后的测量表面平均声压级，单位为dB。

被测电力电容器吊装在所述消声测试区域中部位置，所述被测电力电容器的一个表面平行于地面且距离地面的距离不少于0.7m，所述被测电力电容器的其他表面距离消声测试区域任何一面的水平距离不少于2m。

各陪测电容器、可调电抗器、高压交流电源、谐频电源以及操控台都位于所述消声测试区域之外。

在对被测电容器加载的谐频电源可以是组合的能够调节频率和输出功率的电源，也可以是由各种正弦类信号发生器和功率放大器组成的分立式电源。

Claims (4)

1.一种电力电容器可听噪声测量电路，其特征在于：包括一个电力电容器，作为被测电力电容器，在消声测试区域外设置三个与所述被测电力电容器的规格、型号和技术参数均相同的电力电容器，作为陪测电力电容器；通过导线将一个被测电力电容器和三个陪测电力电容器连接起来，相邻二个电力电容器之间的连线上分别设有一个节点，分别记为A、B、C、D，其中节点B、D分别位于所述被测电力电容器的两端，且节点A与C相对，节点B与D相对，从节点A与C引出的导线之间连接一个可调电抗器后分别加载在外置的高压交流电源的正负极上，从节点B与D引出的导线之间也连接一个可调电抗器后分别加载在外置的谐频电源的两端，整个搭接电路就形成了一个桥式电力电容器加载电路；在所述被测电力电容器的周围还分别设置有数个噪声传感器，即设置有数个不同的测量点。

2.一种电力电容器可听噪声测量方法，其特征在于：所述电力电容器可听噪声测量方法包括以下步骤：

(1)、选定一个消声室或房间吸声系数中环境修正值K2不大于2dB的空间作为消声测试区域，在所述的消声测试区域内安装一个电力电容器，作为被测电力电容器，在所述的消声测试区域外设置三个与所述被测电力电容器的规格、型号和技术参数均相同的电力电容器，作为陪测电力电容器；通过导线将一个被测电力电容器和三个陪测电力电容器连接起来，相邻二个电力电容器之间的连线上分别设有一个节点，分别记为A、B、C、D，其中节点B、D分别位于所述被测电力电容器的两端，且节点A与C相对，节点B与D相对，从节点A与C引出的导线之间连接一个可调电抗器后分别加载在外置的高压交流电源上，从节点B与D引出的导线之间也连接一个可调电抗器后分别加载在外置的谐频电源的两端，整个搭接电路就形成了一个桥式电力电容器加载电路；在所述被测电力电容器的周围还分别设置有数个噪声传感器，即设置有数个不同的测量点；

(2)、桥式电力电容器加载电路的A、C的两端输入由高压交流电源提供的工频电压，频率为50Hz。桥式电力电容器加载电路的B、D的两端输入由谐频电源产生的不同频率的谐波电压f_n，加载频率为100Hz、200Hz……n×100Hz，n为正整数，不同的谐波电压下，分别调节二个可调电抗器的电感量值，使得桥 式电力电容器加载电路在不同的谐波电压下分别形成谐振回路，以减小加载的能量；

其中二个可调电抗器每次可调的电感量L_n可分别按式(1-1)进行计算：

式中，电感量L_n的单位是H，f_n为单个桥式电力电容器加载电路B、D两端输入的谐波电压的频率，单位为Hz，n为正整数，分别对应于100Hz、200Hz……n×100Hz的谐波频率；C为单个电力电容器的电容量，单位为F；

在不断改变桥式电力电容器加载电路B、D两端输入的谐波电压的频率的同时，会出现桥式电力电容器加载电路形成的谐振回路的Q值较高，造成谐振回路的谐频频率难以准确调节的现象，这时可分别在二个可调电抗器的一端串联一个阻值较小的电阻，来降低谐振回路的Q值，从而使谐振回路的谐频频率值易于设置和调节；

(3)、设在施加50Hz工频电压后再依次施加的单个谐波电压的频率为f_n，此时在被测电力电容器周围第i个测量点位置处测量的谐波电压频率为f_n时的A计权声压级为L_pin，则可按式(1-2)叠加计算出第i个测量点处由工频电压和各次谐波电压共同施加的噪声的叠加声压级L_pi为：

式中，L_pi的单位为dB，L_pin为谐波电压的频率为f_n时，第i个测量点处的声压级，单位为dB；n为输入谐波电压的最高次数；

将被测电力电容器周围各测量点处由工频电压和各次谐波电压共同施加的噪声合成为被测电力电容器周围的总噪声后，再采用GB/T 3767的方法，即由式(1-3)、(1-4)计算出被测电力电容器周围总噪声的平均声压级 

和声功率级L_w分别为：

式中： 

为由工频电压和各次谐波电压共同施加时被测电力电容器的A计权平均声压级或频带声压级，单位为dB；K_li为第i测量点处的背景噪声修正值，单位为dB；L_w为A计权声功率级或频带声功率级，单位为dB；S为由被测电力电容器外各测量点所在的水平面或垂直面所构成的立方体测量表面的总表面积，即测量表面面积，单位为m²；S₀为基准面积，且S₀＝1m²；K₂为环境修正值，单位为dB；

(4)、对上述步骤用指向性指数来表征被测电力电容器表面噪声辐射的主要方向，即在被测电力电容器各测量点处设置指向性的传声器，则被测电力电容器的第i个测量点方向上的指向性指数D_Ii由式(1-5)计算：

。

3.根据权利要求1所述的电力电容器可听噪声测量电路，其特征在于：所述被测电力电容器安装在所述消声测试区域中部位置，所述被测电力电容器的一个表面平行于地面且距离地面的距离不少于0.7m，所述被测电力电容器的其他表面距离消声测试区域任何一面的水平距离不少于2m。

4.根据权利要求2所述的电力电容器可听噪声测量方法，其特征在于：在对被测电力电容器加载的谐频电源是组合的能够调节频率和输出功率的电源，或是由各种正弦类信号发生器和功率放大器组成的分立式电源。 

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