CN106096184B - 一种基于声强法的变压器多点声源模型的噪声计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于声强法的变压器多点声源模型的噪声计算方法。所述方法包括：对变压器侧面多个测点处的噪声声强级进行测量，以获得每个测点处的总A计权声强级；每个侧面的测点的数量和需等效的点声源的数量对噪声数据进行分组；根据声强法分别对多组噪声数据进行叠加计算，得到多个等效点声源的总A计权声功率级；将每个侧面的多个等效点声源组成每个侧面的面声源，其中根据测点位置来分配多个等效点声源的位置；建立针对变压器的每相每个侧面的多个等效点的多点声源模型；确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源；以及对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。

Description

一种基于声强法的变压器多点声源模型的噪声计算方法及 系统

技术领域

本发明涉及变电站噪声的分析与控制领域，并且更具体地，涉及一种基于声强法的变压器多点声源模型的噪声计算方法及系统。

背景技术

随着我国电力负荷的不断增长，为提高电能的输送效率，输电线路电压等级也在不断地提高，超/特高压变电站也随之增多。因此，因变电站振动而产生的噪声问题也更加严重。变电站的噪声的主要来源于变压器等设备，其不仅会影响周围居民的生活还会影响到变压器的运行寿命，是一个很重要的环境问题和健康问题。

在变电站建设之前要了解其噪声分布的特点，对变压器噪声进行分析，从而为变电站设计布局以及噪声控制提供依据。因此，对变压器声学模型进行研究是十分有必要的。

目前，已有的变压器声学模型有以下几种：

1.点声源模型：将变压器等效为一个点声源，基于点声源户外传播理论对变压器产生的噪声进行计算。此方法简单方便且容易编程，但是使用条件十分有限，仅在预测变压器远场噪声时较为准确。当预测点距离变压器足够远(一般大于变压器尺寸的3倍时)可将其等效为一个点声源。但当预测点距离变压器较近时，计算出的噪声误差较大，特别是在特高压变电站中由于变压器设备容量较大，因此将其等效为一个点声源不太合理。

2.面声源模型：将变压器油箱理想化为一个长方体，由于变压器铁芯振动噪声主要是通过变压器油箱外壳向外传播，因此将变压器看成是由多个面声源组成，忽略上下表面的振动噪声，认为噪声全部来源于4个侧面的振动。此模型基于Helmholtz(亥姆霍兹)积分公式，采用实测与理论计算相结合的方法，通过测量4个箱壁表面的振动加速度来计算变压器声场。此模型更接近于变压器的实际情况，但仍然不是十分准确。

3.扬声器阵列：此模型是在将变压器看作面声源的基础上，用一系列的扬声器来代替各个面，通过设置不同的扬声器幅值和初始相角的组合以得到任何需要得到的声场，实现声场重建。但是此方法十分复杂，难以实现扬声器的设置与变压器原始声场一致。

4.有限元模型：建立变压器铁芯和绕组的有限元模型，对其进行多物理场耦合分析、电磁分析、结构分析以及声场分析得到变压器辐射声场的分布情况。但是从变压器噪声产生机理方面入手来分析器噪声的分布情况过程较为复杂且缺乏与实测结果的对比验证。

5.软件分析:采用SoundPLAN等专门的噪声预测评估软件对变电站噪声进行分析。此方法较为普遍，但是在对变压器建模时较为简化，导致结果的精度受到影响。

发明内容

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于声强法的变压器多点声源模型的噪声计算方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，对变压器侧面多个测点处的噪声声强级进行测量，以获得多个测点中每个测点处的总A计权声强级，其中每个侧面具有多个测点；

步骤2，根据每个侧面的测点的数量和每个侧面需等效的点声源的数量对测点的噪声数据进行分组，以获得每个侧面所包括的多组噪声数据；

步骤3，根据声强法分别对每个测量所包括的多组噪声数据进行叠加计算，从而得到每个侧面的多个等效点声源的总A计权声功率级；

步骤4，将每个侧面的多个等效点声源组成每个侧面的面声源，其中根据测点位置来分配多个等效点声源的位置；

步骤5，建立变压器的每相每个面的多个等效点的多点声源模型；

步骤6，确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源；以及

步骤7，对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。

优选地，在所述步骤1中，将测量轮廓线布置在变压器附近并且围绕变压器每相的箱体一周，然后通过声级计分别测量两个高度上的噪声声强级，根据声能叠加公式计算变压器每相的每个发射面附近多个测点处的总A计权声强级。

优选地，在所述步骤2中，将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据等效点声源的个数进行平均分组，或者将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据所述等效点声源个数进行不平均分组。

优选地，在所述步骤3中，根据每个等效点声源组中各个测点的噪声声强级合成值和测量表面面积的附加声强级，叠加计算得到多个等效点声源的总A计权声功率级。

优选地，在所述步骤4中，将变压器的四个侧面作为四个面声源，根据每个面声源中等效点声源的个数，将每个侧面均分，其中由于每个侧面均为长方形，因此将每个侧面分为多个子长方形，其中每个子长方形的中心为等效点声源的位置。

优选地，在所述步骤6中，所述确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源包括：变压器外壳的每个侧面向外辐射噪声的方向为该侧面的垂直且向外的方向，并且等效点声源只影响所等效的原平面的垂直且向外的方向180度内的场点的噪声。

优选地，在所述步骤7中，对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，将等效点声源所在平面设置为Z＝0，将三相变压器中间相平面中心设置为坐标原点，分别写出每个点声源及预测点的坐标，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。本发明还提供了一种基于声强法的变压器多点声源模型计算方法，对所测得噪声数据进行分组并处理，叠加后根据测点位置确定噪声点声源并建立坐标系。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于声强法的变压器多点声源模型的噪声计算系统，包括：

噪声声强级计算单元，对变压器侧面多个测点处的噪声声强级进行测量，以获得多个测点中每个测点处的总A计权声强级，其中每个侧面具有多个测点；

噪声数据分组单元，根据每个侧面的测点的数量和每个侧面需等效的点声源的数量对测点的噪声数据进行分组，以获得每个侧面所包括的多组噪声数据；

声功率级计算单元，根据声强法分别对每个测量所包括的多组噪声数据进行叠加计算，从而得到每个侧面的多个等效点声源的总A计权声功率级；

等效点声源位置确定单元，将每个侧面的多个等效点声源组成每个侧面的面声源，其中根据测点位置来分配多个等效点声源的位置；

建立模型单元，建立针对变压器的每相每个侧面的多个等效点的多点声源模型；

预测点位置确定单元，预测点位置确定单元，确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源；以及

预测点处噪声计算单元，对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。

优选地，其中噪声声强级计算单元将测量轮廓线布置在变压器附近并且围绕变压器每相的箱体一周，然后通过声级计分别测量两个高度上的噪声声强级，根据声能叠加公式计算变压器每相的每个发射面附近多个测点处的总A计权声强级。

优选地，其中噪声数据分组单元将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据等效点声源的个数进行平均分组，或者将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据所述等效点声源个数进行不平均分组。

优选地，其中声功率级计算单元根据每个等效点声源组中测点的噪声声强级合成值和测量表面面积的附加声强级，叠加计算得到多个等效点声源的总A计权声功率级。

优选地，其中等效声源位置确定单元将变压器的四个侧面作为四个面声源，根据每个面声源中等效点声源的个数，将每个侧面均分，其中由于每个侧面均为长方形，因此将每个侧面分为多个子长方形，其中每个子长方形的中心为等效点声源的位置。

优选地，其中预测点位置确定单元确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源包括：变压器外壳的每个侧面向外辐射噪声的方向为该侧面的垂直且向外的方向，并且等效点声源只影响所等效的原平面的垂直且向外的方向180度内的场点的噪声。

优选地，其中预测点处噪声计算单元对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，将等效点声源所在平面设置为Z＝0，将三相变压器中间相平面中心设置为坐标原点，分别写出每个点声源及预测点的坐标，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。

本发明的有益效果在于：

1.该算法所需测量的数据相对较少且过程简单，可以对变压器声场中任意点处的噪声进行计算。

2.考虑到变压器结构的不对称性，以及风扇对噪声的大小和特性产生的影响，对变压器油箱每个面分别进行等效，提高了预测精度。

3.该模型与点声源户外传播理论相结合，可方便准确地计算变电站内噪声的分布情况。

附图说明

图1示出了根据本发明优选实施方式的噪声计算方法100的流程图；

图2示出了根据本发明优选实施方式的噪声计算方法中变压器噪声测点轮廓线的布置方式的示意图；

图3示出了根据本发明优选实施方式的噪声计算方法中等效点声源在发射面上的分布示意图；以及

图4示出了根据本发明优选实施方式的噪声计算系统400的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明的基于声强法的变压器多点声源模型的噪声计算方法主要是针对变电站的噪声分析和控制方面。图1示出了根据本发明优选实施方式的噪声计算方法100的流程图。如图1所示，噪声计算方法100从步骤101处开始。在步骤101，噪声声强级计算单元对变压器侧面多个测点处的噪声声强级进行测量，以获得多个测点中每个测点处的总A计权声强级，其中每个侧面具有多个测点。优选地，将测量轮廓线布置在变压器附近并且围绕变压器每相的箱体一周，然后通过声级计分别测量两个高度上的噪声声强级，根据声能叠加公式计算变压器每相的每个发射面附近多个测点处的总A计权声强级。图2示出了根据本发明优选实施方式的噪声计算方法中变压器噪声测点轮廓线的布置方式的示意图。如图2所示，一个变压器分为A、B、C三相，每相的东西两侧均有防火墙相隔，在每相的外侧分别布置测量轮廓线。例如，以750KV的变电站内的变压器为例，将测量轮廓线布置在距离变压器发射面2m的位置，轮廓线上每个测点距离1m，分别测量1.5m和2.7m两个高度处的噪声大小，每个面附近的测点总共有28个，上下两个高度各有14个。

优选地，在步骤102，噪声数据分组单元根据每个侧面的测点的数量和每个侧面需等效的点声源的数量对测点的噪声数据进行分组，以获得每个侧面所包括的多组噪声数据。优选地，将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据等效点声源的个数进行平均分组，或者将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据所述等效点声源个数进行不平均分组。例如，选取的每个面的等效点声源个数为4，将所测得的28个测点对的噪声数据平均分为4组，每组包含7个测点的噪声数据，分组情况为1.5m高度处的左边7个测点为一组，右边7个测点为一组，2.7m高度处的左边7个测点为一组，右边7个测点为一组。

优选地，在步骤103，声功率级计算单元根据声强法分别对每个测量所包括的多组噪声数据进行叠加计算，从而得到每个侧面的多个等效点声源的总A计权声功率级。优选地，根据每个等效点声源组中测点的噪声声强级合成值和测量表面面积的附加声强级，叠加计算得到多个等效点声源的总A计权声功率级。优选地，测量表面积根据S＝(h+2)*lm计算，h为变压器高度，lm是测量轮廓线的长度。例如，利用分得的4组噪声数据分别计算相应的点声源声功率级，变压器高度为h＝4.5m，每组的测量轮廓线为lm＝6m，获得4个点声源的声功率级.

优选地，在步骤104，等效点声源位置确定单元将每个侧面的多个等效点声源组成每个侧面的面声源，其中根据测点位置来分配多个等效点声源的位置。优选地，将变压器的四个侧面作为四个面声源，根据每个面声源中等效点声源的个数，将每个侧面均分，其中由于每个侧面均为长方形，因此将每个侧面分为多个子长方形，其中每个子长方形的中心为等效点声源的位置。图3示出了根据本发明优选实施方式的噪声计算方法中等效点声源在发射面上的分布示意图。如图3所示，发射面由多个等效点声源组成，且等效点的位置均在每个小长方形的正中间。例如，将获得的4个等效点声源设置在相应的位置，即将长方形面平分后的左上、左下、右上和右下。

优选地，在步骤105，建立模型确定预测点位置单元建立针对变压器的每相每个侧面的多个等效点的多点声源模型。

优选地，在步骤106预测点位置确定单元确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源。优选地，所述根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源包括：变压器外壳的每个侧面向外辐射噪声的方向为该侧面的垂直且向外的方向，并且等效点声源只影响所等效的原平面的垂直且向外的方向180度内的场点的噪声。例如，取C相变压器的东侧和北侧，东侧区内噪声只有变压器C相的东面上的等效点声源对其有贡献，北面噪声为变压器三相的北面上的点声源共同作用，取C相变压器分析侧面垂直中轴线上的点作为计算与对比分析点。

优选地，在步骤107，预测点处噪声计算单元对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。优选地，预测点处噪声计算单元对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，将等效点声源所在平面设置为Z＝0，将三相变压器中间相平面中心设置为坐标原点，分别写出每个点声源及预测点的坐标，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。

图4示出了根据本发明优选实施方式的噪声计算系统400的结构示意图。如图4所示，噪声计算系统400包括：噪声声强级计算单元401、噪声数据分组单元402、声功率级计算单元403、等效点声源位置确定单元404、建立模型单元405、预测点位置确定单元406和预测点处噪声计算单元407。噪声计算系统400在噪声声强级计算单元401对变压器侧面多个测点处的噪声声强级进行测量，以获得多个测点中每个测点处的总A计权声强级，其中每个侧面具有多个测点。优选地，将测量轮廓线布置在变压器附近并且围绕变压器每相的箱体一周，然后通过声级计分别测量两个高度上的噪声声强级，根据声能叠加公式计算变压器每相的每个发射面附近多个测点处的总A计权声强级。

优选地，在噪声数据分组单元402根据每个侧面的测点的数量和每个侧面需等效的点声源的数量对测点的噪声数据进行分组，以获得每个侧面所包括的多组噪声数据。优选地，将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据等效点声源的个数进行平均分组，或者将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据所述等效点声源个数进行不平均分组

优选地，在声功率级计算单元403根据声强法分别对每个测量所包括的多组噪声数据进行叠加计算，从而得到每个侧面的多个等效点声源的总A计权声功率级。优选地，根据每个等效点声源组中测点的噪声声强级合成值和测量表面面积的附加声强级，叠加计算得到多个等效点声源的总A计权声功率级。优选地，测量表面积根据S＝(h+2)*lm计算，h为变压器高度，lm是测量轮廓线的长度。

优选地，在等效点声源位置确定单元404将每个侧面的多个等效点声源组成每个侧面的面声源，其中根据测点位置来分配多个等效点声源的位置。优选地，将变压器的四个侧面作为四个面声源，根据每个面声源中等效点声源的个数，将每个侧面均分，其中由于每个侧面均为长方形，因此将每个侧面分为多个子长方形，其中每个子长方形的中心为等效点声源的位置。

优选地，在建立模型单元405建立针对变压器的每相每个侧面的多个等效点的多点声源模型；

优选地，在预测点位置确定单元406确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源。优选地，所述根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源包括：变压器外壳的每个侧面向外辐射噪声的方向为该侧面的垂直且向外的方向，并且等效点声源只影响所等效的原平面的垂直且向外的方向180度内的场点的噪声。

优选地，在预测点处噪声计算单元407对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。优选地，预测点处噪声计算单元对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，将等效点声源所在平面设置为Z＝0，将三相变压器中间相平面中心设置为坐标原点，分别写出每个点声源及预测点的坐标，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。

取图2所示表压器中C相变压器的东侧和北侧，东侧区内噪声只有变压器C相的东面上的等效点声源对其有贡献，北面噪声为变压器三相的北面上的点声源共同作用，取C相变压器分析侧面垂直中轴线上的点作为计算与对比分析点。分别建立坐标系，计算各噪声衰减分量后，得到预测点处噪声计算与实测对比结果如表1和表2所示。表1为变压器东面噪声衰减预测结果，表2为变压器北面噪声衰减预测结果。

表1

表2

通过上述表1和表2可以看出，本多点声源模型计算得到的变压器噪声数据与实测结果误差较小。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (12)

1.一种基于声强法的变压器多点声源模型的噪声计算方法，包括以下步骤：

步骤1，对变压器侧面多个测点处的噪声声强级进行测量，以获得多个测点中每个测点处的总A计权声强级，其中每个侧面具有多个测点；

步骤2，根据每个侧面的测点的数量和每个侧面需等效的点声源的数量对测点的噪声数据进行分组，以获得每个侧面所包括的多组噪声数据；

步骤3，根据声强法分别对每个测量所包括的多组噪声数据进行叠加计算，从而得到每个侧面的多个等效点声源的总A计权声功率级；

步骤4，将每个侧面的多个等效点声源组成每个侧面的面声源，其中根据测点位置来分配多个等效点声源的位置；

步骤5，建立针对变压器的每相每个侧面的多个等效点的多点声源模型；

步骤6，确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源；以及

步骤7，对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算；

其中，所述确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源包括：变压器外壳的每个侧面向外辐射噪声的方向为该侧面的垂直且向外的方向，并且等效点声源只影响所等效的原平面的垂直且向外的方向180度内的场点的噪声。

2.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤1中，将测量轮廓线布置在变压器附近并且围绕变压器每相的箱体一周，然后通过声级计分别测量两个高度上的噪声声强级，根据声能叠加公式计算变压器每相的每个发射面附近多个测点处的总A计权声强级。

3.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤2中，将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据等效点声源的个数进行平均分组，或者将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据所述等效点声源个数进行不平均分组。

4.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤3中，根据每个等效点声源组中测点的噪声声强级合成值和测量表面面积的附加声强级，叠加计算得到多个等效点声源的总A计权声功率级。

5.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤4中，将变压器的四个侧面作为四个面声源，根据每个面声源中等效点声源的个数，将每个侧面均分，其中由于每个侧面均为长方形，因此将每个侧面分为多个子长方形，其中每个子长方形的中心为等效点声源的位置。

6.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤7中，对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，将等效点声源所在平面设置为Z＝0，将三相变压器中间相平面中心设置为坐标原点，分别确定每个点声源及预测点的坐标，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。

7.一种基于声强法的变压器多点声源模型的噪声计算系统，包括：

噪声声强级计算单元，对变压器侧面多个测点处的噪声声强级进行测量，以获得多个测点中每个测点处的总A计权声强级，其中每个侧面具有多个测点；

噪声数据分组单元，根据每个侧面的测点的数量和每个侧面需等效的点声源的数量对测点的噪声数据进行分组，以获得每个侧面所包括的多组噪声数据；

声功率级计算单元，根据声强法分别对每个测量所包括的多组噪声数据进行叠加计算，从而得到每个侧面的多个等效点声源的总A计权声功率级；

等效点声源位置确定单元，将每个侧面的多个等效点声源组成每个侧面的面声源，其中根据测点位置来分配多个等效点声源的位置；

建立模型单元，建立针对变压器的每相每个侧面的多个等效点的多点声源模型；

预测点位置确定单元，确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源；以及

预测点处噪声计算单元，对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算；

其中，所述预测点位置确定单元确定预测点位置，根据多点声源模型确定对预测点位置的噪声有贡献的等效点声源包括：变压器外壳的每个侧面向外辐射噪声的方向为该侧面的垂直且向外的方向，并且等效点声源只影响所等效的原平面的垂直且向外的方向180度内的场点的噪声。

8.根据权利要求7所述的系统，其中噪声声强级计算单元将测量轮廓线布置在变压器附近并且围绕变压器每相的箱体一周，然后通过声级计分别测量两个高度上的噪声声强级，根据声能叠加公式计算变压器每相的每个发射面附近多个测点处的总A计权声强级。

9.根据权利要求7所述的系统，其中噪声数据分组单元将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据等效点声源的个数进行平均分组，或者将测得的与每个面所对应的多个测点的噪声数据根据所述等效点声源个数进行不平均分组。

10.根据权利要求7所述的系统，其中声功率级计算单元根据每个等效点声源组中测点的噪声声强级合成值和测量表面面积的附加声强级，叠加计算得到多个等效点声源的总A计权声功率级。

11.根据权利要求7所述的系统，其中等效声源位置确定单元将变压器的四个侧面作为四个面声源，根据每个面声源中等效点声源的个数，将每个侧面均分，其中由于每个侧面均为长方形，因此将每个侧面分为多个子长方形，其中每个子长方形的中心为等效点声源的位置。

12.根据权利要求7所述的系统，其中预测点处噪声计算单元对于不同方位内的预测点，分别建立坐标系，将等效点声源所在平面设置为Z＝0，将三相变压器中间相平面中心设置为坐标原点，分别写出每个点声源及预测点的坐标，根据点声源户外传播理论对预测点处噪声进行计算。

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