CN105508276B - 一种城区变电站主变压器风扇噪声评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城区变电站主变压器风扇噪声评价方法，步骤包括：检测变压器本体与风扇的混合噪声；将变压器本体与风扇的混合噪声滤除变电站背景噪声，得到纯净的变压器本体与风扇混合噪声；对纯净的变压器本体与风扇混合噪声进行分频段滤波，获得纯净的变压器风扇噪声；计算纯净的变压器风扇噪声的等效A声级；将纯净的变压器风扇噪声的等效A声级与其允许值进行比较，根据比较结果判断变压器风扇噪声是否超标。本发明具有安全性与可行性高、测试方便、测量精度高、无需改变变压器运行方式的优点。
Description
技术领域
本发明涉及变压器噪声控制领域，具体涉及一种城区变电站主变压器风扇噪声评价方法。
背景技术
随着电网规模的不断增大以及城市建设速度的不断提高，越来越多的变电站处于城市居民区周围。许多投运时间较久的110kV与220kV变电站仍然采用带有冷却风扇的主变压器，导致变电站噪声影响问题突出，围绕该类型变电站噪声问题有关的投诉与纠纷数量不断上升。变压器噪声分为本体噪声与冷却装置噪声，其中，冷却装置具有与变压器本体相当的噪声水平。为了对变压器噪声从源头上进行控制，一方面可以更换主变压器，另一方面对冷却装置噪声进行控制。由于更换主变压器成本较高，因此，从经济性与控制效果的角度考虑，对冷却装置噪声进行控制的方法可行性更强。
目前，在对主变压器风扇噪声进行检测与控制时，需要用声级计先后测量主变与风扇均投入运行以及主变投入运行而风扇停运两种运行条件下的主变压器的噪声水平，并利用声压级相减的方法确定风扇噪声值，最后制定噪声控制方案。该方法主要存在以下不足：① 采用声级计测量噪声时，测试过程容易受到变电站周围环境噪声的干扰，导致测量结果的准确性降低；② 该方法需要获得现场运行人员的许可以改变主变压器的运行方式，不利于设备安全运行；③ 该方法无法直接获取风扇噪声，需要对设备噪声进行反复测量，尤其在需要进行1/3倍频谱测量时，测试时间较长。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种安全性与可行性高、测试方便、测量精度高、无需改变变压器运行方式的城区变电站主变压器风扇噪声评价方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种城区变电站主变压器风扇噪声评价方法，步骤包括：
1）检测变压器本体与风扇的混合噪声；
2）将变压器本体与风扇的混合噪声滤除变电站背景噪声，得到纯净的变压器本体与风扇混合噪声；
3）对纯净的变压器本体与风扇混合噪声进行分频段滤波，获得纯净的变压器风扇噪声；
4）计算纯净的变压器风扇噪声的等效A声级；
5）将纯净的变压器风扇噪声的等效A声级与其允许值进行比较，根据比较结果判断变压器风扇噪声是否超标。
优选地，所述步骤1）中检测变压器本体与风扇的混合噪声时，具体是指采用具有实时录波功能的声音采集设备检测变压器本体与风扇混合噪声，且采样频率不低于40kHz、记录时间不低于10s，且声音采集设备的传声器位于主变压器风扇侧且距离变压器基准面的距离为2m。
优选地，所述步骤2）的详细步骤包括：利用n层小波包分解算法在F s/2频率范围内将变压器本体与风扇的混合噪声按照频率由低到高等分为2 n 段，其中F s为采样频率，以变电站背景噪声未出现时的一段变压器本体与风扇的混合噪声估计出各变压器本体与风扇的混合噪声的小波包分解频段中纯净变压器本体与风扇噪声信号的功率谱P n(ω)，利用谱减法语音增强算法从各小波包分解频段噪声信号的功率谱P y(ω)中减去P n(ω)，获得背景噪声功率谱P s(ω)，并对其进行傅里叶反变换获得背景噪声时域信号s(t)，由各分解频段时域信号y(t)中减去s(t)，得出各频段纯净的变压器本体与风扇噪声信号n(t)。
优选地，所述步骤3）中对纯净的变压器本体与风扇混合噪声进行分频段滤波时，采用的滤波器为阻带为50Hz及其一系列倍频的梳状滤波器。
优选地，所述步骤4）中计算纯净的变压器风扇噪声的等效A声级时，具体是指根据1/3倍频程中心频率设计1/3倍频程滤波器，先将纯净的变压器风扇噪声通过1/3倍频程滤波器进行1/3倍频滤波，再根据声压级定义计算出各1/3倍频程中心频率对应的声压级，并利用A计权网络进行修正，采用声压级求和方法获得纯净的变压器风扇噪声的等效A声级。
优选地，所述1/3倍频程滤波器类型为3阶Butterworth滤波器。
优选地，所述步骤5）中的所述允许值具体是指和变压器风扇具有相同通风量的同类型风扇平均噪声水平。
本发明城区变电站主变压器风扇噪声评价方法具有下述优点：本发明通过检测变压器本体与风扇的混合噪声，将变压器本体与风扇的混合噪声滤除变电站背景噪声，得到纯净的变压器本体与风扇混合噪声，对纯净的变压器本体与风扇混合噪声进行分频段滤波，获得纯净的变压器风扇噪声，计算纯净的变压器风扇噪声的等效A声级，将纯净的变压器风扇噪声的等效A声级与其允许值进行比较，根据比较结果判断变压器风扇噪声是否超标，能够实现城区变电站主变压器风扇噪声的单独检测，并能够准确评价主变压器风扇噪声的超标情况，无需改变主变压器的运行方式，安全性与可行性高，有利于城区变电站主变压器噪声的针对性控制，具有安全性与可行性高、测试方便、测量精度高、无需改变变压器运行方式的优点，能够根据本发明城区变电站主变压器风扇噪声评价的结果制定噪声控制方案，并能够用于对城区变电站主变压器风扇噪声控制效果进行评价与检验。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例方法进行小波包分解算法滤波前的变压器本体与风扇的混合噪声；
图3为本发明实施例方法进行小波包分解算法滤波后的变压器本体与风扇的混合噪声。
具体实施方式
如图1所示，本实施例城区变电站主变压器风扇噪声评价方法的步骤包括：
1）检测变压器本体与风扇的混合噪声；
2）将变压器本体与风扇的混合噪声滤除变电站背景噪声，得到纯净的变压器本体与风扇混合噪声；
3）对纯净的变压器本体与风扇混合噪声进行分频段滤波，获得纯净的变压器风扇噪声；
4）计算纯净的变压器风扇噪声的等效A声级；
5）将纯净的变压器风扇噪声的等效A声级与其允许值进行比较，根据比较结果判断变压器风扇噪声是否超标。
由于可听声范围位于20～20kHz，为了能够还原高频噪声信号，数据采集模块的采样频率不能低于40kHz，并且采样时间不低于10s。本实施例中，步骤1）中检测变压器本体与风扇的混合噪声时，具体是指采用具有实时录波功能的声音采集设备检测变压器本体与风扇混合噪声，且采样频率不低于40kHz、记录时间不低于10s，且声音采集设备的传声器位于主变压器风扇侧且距离变压器基准面的距离为2m。
本实施例中，步骤2）的详细步骤包括：利用n层小波包分解算法在F s/2频率范围内将变压器本体与风扇的混合噪声按照频率由低到高等分为2 n 段，其中F s为采样频率，以变电站背景噪声未出现时的一段变压器本体与风扇的混合噪声估计出各变压器本体与风扇的混合噪声的小波包分解频段中纯净变压器本体与风扇噪声信号的功率谱P n(ω)，利用谱减法语音增强算法从各小波包分解频段噪声信号的功率谱P y(ω)中减去P n(ω)，获得背景噪声功率谱P s(ω)，并对其进行傅里叶反变换获得背景噪声时域信号s(t)，由各分解频段时域信号y(t)中减去s(t)，得出各频段纯净的变压器本体与风扇噪声信号n(t)。步骤2）上述详细步骤时通过小波包分解算法对变压器本体与风扇混合噪声进行时频域分解处理，从中找出含有变电站背景噪声(如鸟鸣、虫鸣等)的频段，并对该频段采用谱减法语音增强算法滤除变电站背景噪声，从而获得纯净的变压器本体与风扇混合噪声信号。与小波分解算法相比，小波包分解算法能够对变压器噪声频率进行更细致的划分，并且获得各频带噪声信号随时间的变化过程。变压器本体与风扇噪声为准稳态噪声，本体噪声一般位于1kHz以内，风扇噪声具有典型白噪声特点，信号周期性不明显，噪声幅值随时间基本不发生变化。当变电站出现间歇背景噪声（如鸟鸣、虫鸣等）时，在与背景噪声频率相对应小波包分解频段噪声信号随时间变化过程中会出现噪声信号的幅值波动。
如图2和图3所示，对变压器本体与风扇混合噪声进行3层小波包分解，分为S130~S137共8段，当背景噪声为鸟鸣声时，鸟鸣声频率较高，假设鸟鸣声出现在S132、S133、S136与S137频段中的1.5s时间位置。对S132、S133、S136与S137频段信号进行分帧处理，并取前4帧信号估计各频段纯净信号功率谱，利用谱减法语音增强算法对S132、S133、S136与S137频段进行处理，得出纯净变压器本体与风扇噪声信号。
本实施例中，步骤3）中对纯净的变压器本体与风扇混合噪声进行分频段滤波时，采用的滤波器为阻带为50Hz及其一系列倍频的梳状滤波器。变压器本体噪声主要集中在50Hz及其一系列倍频分量上，风扇噪声频带较宽，具有典型白噪声的特点，可以利用二者频谱差异，设计阻带为50Hz及其一系列倍频的梳状滤波器，从变压器本体与风扇混合噪声中提取纯净风扇噪声。
本实施例中，步骤4）中计算纯净的变压器风扇噪声的等效A声级时，具体是指根据1/3倍频程中心频率设计1/3倍频程滤波器，先将纯净的变压器风扇噪声通过1/3倍频程滤波器进行1/3倍频滤波，再根据声压级定义计算出各1/3倍频程中心频率对应的声压级，并利用A计权网络进行修正，采用声压级求和方法获得纯净的变压器风扇噪声的等效A声级。本实施例中，具体是指根据1/3倍频程中心频率以及GB/T 3241-1998的要求设计1/3倍频程滤波器，对纯净的变压器风扇噪声进行1/3倍频程分析并计算等效A声级。
本实施例中，1/3倍频程滤波器类型为3阶Butterworth滤波器，对纯净的变压器风扇噪声进行1/3倍频滤波后，根据声压级定义计算出各1/3倍频程中心频率对应的声压级，并利用A计权网络进行修正，采用声压级求和方法获得等效A声级。
本实施例中，步骤5）中的允许值具体是指和变压器风扇具有相同通风量的同类型风扇平均噪声水平。步骤5）根据比较结果判断变压器风扇噪声是否超标时，如果纯净的变压器风扇噪声的等效A声级高于和变压器风扇具有相同通风量的同类型风扇平均噪声水平，则判断主变压器风扇噪声超标。
在变压器风扇噪声超标的情况下，可以根据需要制定降噪措施或直接更换主变压器风扇，并对控制效果进行评价与检验，若风扇噪声不达标则继续改进控制方案，直至达标为止。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种城区变电站主变压器风扇噪声评价方法，其特征在于步骤包括：
1）检测变压器本体与风扇的混合噪声；
2）将变压器本体与风扇的混合噪声滤除变电站背景噪声，得到纯净的变压器本体与风扇混合噪声；
3）对纯净的变压器本体与风扇混合噪声进行分频段滤波，获得纯净的变压器风扇噪声；
4）计算纯净的变压器风扇噪声的等效A声级；
5）将纯净的变压器风扇噪声的等效A声级与其允许值进行比较，根据比较结果判断变压器风扇噪声是否超标；
所述步骤2）的详细步骤包括：利用n层小波包分解算法在F s/2频率范围内将变压器本体与风扇的混合噪声按照频率由低到高等分为2 n 段，其中F s为采样频率，以变电站背景噪声未出现时的一段变压器本体与风扇的混合噪声估计出各变压器本体与风扇的混合噪声的小波包分解频段中纯净变压器本体与风扇噪声信号的功率谱P n(ω)，利用谱减法语音增强算法从各小波包分解频段噪声信号的功率谱P y(ω)中减去P n(ω)，获得背景噪声功率谱P s(ω)，并对其进行傅里叶反变换获得背景噪声时域信号s(t)，由各分解频段时域信号y(t)中减去s(t)，得出各频段纯净的变压器本体与风扇噪声信号n(t)；
所述步骤4）中计算纯净的变压器风扇噪声的等效A声级时，具体是指根据1/3倍频程中心频率设计1/3倍频程滤波器，先将纯净的变压器风扇噪声通过1/3倍频程滤波器进行1/3倍频滤波，再根据声压级定义计算出各1/3倍频程中心频率对应的声压级，并利用A计权网络进行修正，采用声压级求和方法获得纯净的变压器风扇噪声的等效A声级。
2.根据权利要求1所述的城区变电站主变压器风扇噪声评价方法，其特征在于，所述步骤1）中检测变压器本体与风扇的混合噪声时，具体是指采用具有实时录波功能的声音采集设备检测变压器本体与风扇混合噪声，且采样频率不低于40kHz、记录时间不低于10s，且声音采集设备的传声器位于主变压器风扇侧且距离变压器基准面的距离为2m。
3.根据权利要求2所述的城区变电站主变压器风扇噪声评价方法，其特征在于，所述步骤3）中对纯净的变压器本体与风扇混合噪声进行分频段滤波时，采用的滤波器为阻带为50Hz及其一系列倍频的梳状滤波器。
4.根据权利要求1所述的城区变电站主变压器风扇噪声评价方法，其特征在于，所述1/3倍频程滤波器类型为3阶Butterworth滤波器。
5.根据权利要求4所述的城区变电站主变压器风扇噪声评价方法，其特征在于，所述步骤5）中的所述允许值具体是指和变压器风扇具有相同通风量的同类型风扇平均噪声水平。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |