CN107609332A - 一种换流变压器远场噪声预测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换流变压器远场噪声预测的方法，其包括的步骤为：1)根据换流变压器的出厂声功率级与噪声频谱，建立基于Cadna/A预测软件下的模型；2)测量换流变压器近场噪声值以及受声点的频谱；3)将声压级转化为声压，包括换流变压器本体及其风扇对受声点贡献的声压级L_Pi和受声点总声压级L_P，计算各自贡献值占比η；4)运用Cadna/A软件反推法，根据贡献值占比大小，调整换流变压器本体及风扇声功率级，使受声点预测值与实测值误差基本一致；5)根据调整后的模型,进行换流变压器远场噪声预测。上述方法通过Cadna/A软件建模，根据换流变压器本体与风扇噪声频谱贡献值的百分比调整模型，使其与换流变压器周边的噪声分布相吻合，以此实现换流变压器远场噪声的准确预测。

Description

一种换流变压器远场噪声预测的方法

技术领域

本发明涉及换流变压器远场噪声预测领域，具体是一种通过提高换流变压器噪声预测模型精度来达到准确预测换流变压器远场噪声的方法。

背景技术

换流变压器(以下简称换流变)是高压直流换流站的主要噪声源，其变压器的噪声预测精度将直接影响换流站远场噪声预测效果。国内对变压器噪声的研究开始于20世纪80年代，主要研究单位包括大型变压器制造公司如西安变压器厂、上海变压器厂、特变电工等，以及各地方供电部门和武汉高压研究院等科研机构。国内研究涉及变压器噪声产生的机理、测量方法、抑制措施、优化设计方法等，并在IEC的基础上制定了变压器噪声测试标准(GB/T 1094.10—2003)和等同采用IEC60076-10-1:2005制定了GB/T 1094.101—2008“电力变压器第10.1部分：声级测定应用导则”。在现有的噪声测量技术与噪声控制技术大多借鉴变压器的技术，已有的研究技术主要局限于变压器在空旷区域的传播，不适于目前换流站内复杂的现场情况，而采用的振动法采集数据往往工作量大，现场操作难度大而无法开展，因此提高换流变远场噪声精度难度较大。

发明内容

本发明的目的在于针对目前国内外换流变户外噪声研究现状，基于ISO9613-2“声学户外声传播衰减”标准，提供一种通过采集换流变近场测点噪声实测值，运用噪声软件反推法与频谱贡献值校正法进行换流变声功率级的校准，来提高软件模型噪声预测精度，从而达到准确预测换流变远场噪声。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

一种提高换流变远场噪声预测模型精度的方法，包括以下实施步骤：

步骤1：根据换流变压器的出厂声功率级与噪声频谱，建立基于Cadna/A预测软件下的噪声预测模型；

步骤2：测量换流变压器近场噪声值以及受声点的频谱；

步骤3：将声压级转化为声压，包括换流变压器本体与换流变风扇优势频率对受声点的贡献声压级L_Pi和受声点总声压级L_P，并计算各自贡献值占比η；

步骤4：运用Cadna/A软件反推法，根据贡献值占比大小，调整换流变压器本体及其风扇声功率级，使受声点预测值与实测值误差保持一致；

步骤5：根据调整的噪声预测模型，通过Cadna/A噪声预测软件可进行换流变压器远场噪声预测。

作为优选，所述步骤3中将声压级转化为声压，计算方法为：

其中，P₀为基准声压，单位：Pa；

L_Pi为声压级，单位：dB(A)。

作为优选，所述步骤3中贡献值占比η为噪声源优势频率衰减后的声场声压与接收点合成声场声压之比；

作为优选，所述步骤3中贡献值占比η按照式2计算：

其中，P_i为噪声源衰减至接收点的声场声压，单位：Pa；

P_T为接收点处的合成声场声压，单位：Pa。

作为优选，所述步骤3中变压器本体和变压器近场声功率级都通过测量其频带声压级可以计算获得，声功率级和声压级的关系式为：

L_w＝L_p+20lgr+11 式(3)

其中，r是声源与传声器的距离，单位：m；

L_p为距离声源r处的声压级，单位：dB(A)；

L_w为噪声源声功率级，单位：dB(A)。

作为优选，所述步骤4中声功率级的Cadna/A软件反推法和调整换流变压器本体与换流变风扇声功率级包括：

步骤4-1：通过Cadna/A软件完成噪声建模后，对近场噪声进行贡献值分析，需要将声压级转化为声压表示，计算每个噪声源的贡献值占比；

步骤4-2：计算受声点的声压级，代入步骤3中实测数据的贡献值占比η，计算变压器本体和风扇衰减至受声点的声场声压，从而转化为声压级；

步骤4-3：通过受声点调整后的声压级与调整前声压级相比较，可得出需调整的声压级，利用A、B、C三个受声点对应的贡献值占比对比下，在误差不大于1dB(A)的范围内，根据测点数对模型声功率级的调整，使预测模型达到精确的程度。

本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：

1)本发明基于换流变本体和风扇的声功率级出厂值以及两者的近场噪声值，利用Cadna/A预测软件建立声学模型，很好地解决了环境和变压器本体噪声分散等影响因素，从而提高远场噪声预测精度；

2)本发明基于Cadna/A预测软件建立换流变预测模型，通过Cadna/A软件反推法，根据测点数不断地修正预测模型，最大化地提高预测模型的精度。

附图说明

图1是本发明中提供的一种提高换流变远场噪声预测流程图；

图2是本发明中换流变远场噪声预测几何建模图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步解释说明。

本发明适用于对高压直流换流站换流变进行远场噪声预测时的提高噪声模型精度的工作，通过计算换流变本体和风扇近场噪声数据的噪声源贡献值占比，建立声学模型后，代入实测值计算出实测贡献值，按照百分比分配对噪声源声功率级进行校正，从而达到提高预测模型精度的目的。图1所示为本发明中提供的一种提高换流变噪声远场预测流程图；以下分别对每个步骤作详细的解释并举例：

步骤1：根据换流变压器的出厂声功率级与噪声频谱，建立基于Cadna/A预测软件下的噪声预测模型；

具体地，通过Cadna/A噪声预测软件，利用换流变本体以及风扇的出厂声功率级与噪声频谱建立换流变的噪声预测模型。

本实施例中提高Cadna/A噪声预测模型的方法原理几何建模图如图2所示，A、B、C三点为噪声受声点，换流变本体和其风扇分别为两组个不相干的主要噪声源，使用声级计分别测得A、B、C点的频谱；

本实施例中，所测换流变本体的优势频率为500Hz，对A点的贡献值为77.1dB(A)；风扇的优势频率为1000Hz，对A点的贡献值为55.0dB(A)。

步骤2：测量换流变压器近场噪声值以及受声点的频谱；

具体地，在测量换流变本体和换流变风扇以及两者的噪声近场倍频程谱时，先测量受声点的倍频带声压级，进行A计权校正之后，再进行叠加，以此来减小只选取一个代表频率对A声级进行预测造成的误差；

步骤3：将声压级转化为声压，包括换流变压器本体与换流变风扇优势频率的声压级L_Pi和受声点总声压级L_P，并计算各自贡献值占比η；

具体地，声压级转化为声压表示的计算公式为：

其中，P₀为基准声压，单位：Pa；L_Pi为声源优势频率贡献值；

具体地，噪声源优势频率衰减后的声场声压与接收点合成声场声压之比，即贡献值占比η的计算公式为：

其中，P_i为噪声源衰减至接收点的声场声压，单位：Pa；P_T为接收点处的合成声场声压，单位：Pa；

本实施例中，通过式2的计算，可得出换流变本体对受声点的贡献值占比η_本体为0.67；换流变风扇对受声点的贡献值占比η_风扇为0.31。

步骤4：运用Cadna/A软件反推法，并根据贡献值占比大小，调整换流变压器本体与换流变风扇声功率级，使近场受声点预测值与实测值误差保持一致；

具体地，本实施例中，所测变压器本体的出厂噪声声功率级为116dB(A)，换流变风扇出厂噪声声功率级为90dB(A)，采用实测数据的贡献值占比，计算各声源衰减至受声点的贡献值，换流变的贡献值为75.4dB(A)，换流变压器风扇的贡献值为54.3dB(A)。

在自由空间的无指向性声源，测量其频带声压级就可以计算出声功率级，声功率级和声压级的关系式为：

L_w＝L_p+20lgr+11 式(3)

其中，r是声源与传声器的距离，单位：m；L_p为距离声源r处的声压级，单位：dB(A)；L_w为噪声源声功率级，单位：dB(A)。

步骤5：根据调整的噪声预测模型，通过Cadna/A噪声预测软件可进行换流变远场噪声预测。

具体地，本实施例中，根据调整后的预测模型来设置远场的受声点，通过Cadna/A噪声预测软件来预测远场噪声值。

步骤4-1：通过Cadna/A软件完成噪声建模后，对近场噪声进行贡献值分析，需要将声压级转化为声压表示，计算每个噪声源的贡献值占比；通过预测软件进行贡献值分析，其中，换流变本体的贡献值为77.1dB(A)，贡献值占比η_A为0.67；换流变风扇的贡献值为55.0dB(A)，贡献值占比η_B为0.31。

步骤4-2：计算受声点的声压级，代入步骤3中实测数据的贡献值占比η，计算变压器本体和风扇衰减至受声点的声场声压，从而转化为声压级；

具体地，采用实测数据的贡献值占比，计算各声源衰减至受声点的声压级，换流变的声压级为75.4dB(A),换流变风扇的声压级为54.3dB(A)；

步骤4-3：通过受声点调整后的声压级与调整前声压级相比较，可得出需调整的声压级，利用A、B、C三个受声点对应的贡献值占比对比下，在误差不大于1dB(A)的范围内，根据测点数对模型声功率级的调整，使预测模型达到精确的程度。

由式3可以看出，换流变的声压级与声功率级呈线性关系，声功率级的调整可以直观地反应声压级的变化；

本实例中，代入实测数据的贡献值占比调整后的各声源衰减至接收点的声压级为：换流变本体的声功率级需调整-0.3dB(A)，换流变风扇的声功率级需调整-3.6dB(A)，最终换流变本体的声功率级为115.7dB(A)，换流变风扇的声功率级86.4dB(A)，具体地修正前后对比如下图所示：

表1：换流变声功率级及贡献值

使用调整后的换流变噪声预测模型进行远场噪声预测，最终噪声接收点预测值与实测值误差在2dB(A)范围内，预测值与实测值比较如表2所示，通过此方法提高了换流变噪声模型精度，使得更准确地进行远场噪声预测。

表2：Cadna/A模型噪声预测值和实测值

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种预测换流站换流变压器远场噪声的方法，其特征在于具体实施步骤为：

步骤1：根据换流变压器的出厂声功率级与噪声频谱，建立基于Cadna/A预测软件下的噪声预测模型；

步骤2：测量换流变压器近场噪声值以及受声点的频谱；

步骤3：将声压级转化为声压，包括换流变压器本体与换流变风扇优势频率对受声点的贡献声压级L_Pi和受声点总声压级L_P，并计算各自贡献值占比η；

步骤4：运用Cadna/A软件反推法，根据贡献值占比大小，调整换流变压器本体及其风扇声功率级，使受声点预测值与实测值误差保持一致；

步骤5：根据调整的噪声预测模型，通过Cadna/A噪声预测软件可进行换流变压器远场噪声预测。

2.根据权利要求1所述的一种换流变远场噪声预测的方法，其特征在于：所述步骤1中的换流变压器本体噪声可默认为频率型号均相同，并且为无指向性的噪声源；换流变本体及其风扇的倍频程频谱由换流变压器出厂得到。

3.根据权利要求1所述的一种变压器远场噪声预测方法，其特征在于：所述的步骤2中换流变压器本体及其风扇近场噪声倍频程频谱分别由频谱分析声级计在距离换流变压器20m内测得；声功率级和声压级的关系式为：

L_w＝L_p+20lgr+11 式(1)

其中，r是声源与传声器的距离，单位：m；

L_p为距离声源r处的声压级，单位：dB(A)；

L_w为噪声源声功率级，单位：dB(A)。

4.根据权利要求1所述的一种换流变远场噪声预测的方法，其特征在于：所述的步骤3中将声压级转化为声压，计算方法为：

其中，P₀为基准声压，单位：Pa；

L_Pi为声压级，单位：dB(A)。

5.根据权利要求1中所述的一种换流变压器远场噪声预测的方法，其特征在于：所述步骤3中贡献值占比η为噪声源的优势频率衰减后的声场声压与受声点合成声场声压之比。

6.根据权利要求1中的所述的一种换流变压器远场噪声预测的方法，其特征在于：所述3中按照3式来计算噪声源的贡献值占比η：

其中，P_i为噪声源噪声衰减至受声点的声场声压，单位：Pa；

P_T为受声点处的合成声场声压，单位：Pa；

7.根据权利要求1所述的一种换流变压器远场噪声预测的方法，其特征在于：所述步骤4中声功率级的Cadna/A软件反推法和调整换流变压器本体与换流变风扇声功率级包括：

步骤4-1：通过Cadna/A软件完成噪声建模后，对近场噪声进行贡献值分析，需要将声压级转化为声压表示，计算每个噪声源的贡献值占比；

步骤4-2：计算受声点的声压级，代入步骤3中实测数据的贡献值占比η，计算变压器本体和风扇衰减至受声点的声场声压，从而转化为声压级；

步骤4-3：通过受声点调整后的声压级与调整前声压级相比较，可得出需调整的声压级，利用A、B、C三个受声点对应的贡献值占比对比下，在误差不大于1dB(A)的范围内，根据测点数对模型声功率级的调整，使预测模型达到精确的程度。