CN108593093A - 特高压变压器声功率现场测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特高压变压器声功率现场测量方法,包括：分别计算所述变压器风机产生的第一声功率以及所述变压器表面振动产生的第二声功率，将所述第一声功率以及所述第二声功率进行叠加，获得所述变压器的总声功率。本发明有利于减小测量环境对声功率估算的影响，进而解决了特高压主变安装环境下的声功率测试困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电网环境噪声与控制的技术领域，尤其是指一种特高压变压器声功率现场测量方法。
背景技术
变电站噪声是特高压输电工程环境影响评价的重要内容，而变电站噪声的主要来源之一便是特高压主变。因此，准确测量变压器噪声级对评估特高压变电站内噪声水平有一定的意义。
变压器噪声级(声功率级)的测量主要以GB/T 1094.10-2003(IEC60076-10：2001，MOD)为标准，采用声学量(声压、声强)测量的方法进行。但是目前建好的特高压变电站的主变压器设备多为图1所示的典型布局，可以看出在变电站内变压器两边都建有防火墙，从声学角度可将主变防火墙视为刚性反射壁面，将A相、B相以及C相共三相相干声源隔离，形成了半封闭的声压、声强测试空间。对于这种典型声场环境下的声功率测量，目前尚没有成熟可靠的测量方法，而现场的测试条件并不满足目前已有的测量方法环境测量要求。
为了克服上述问题，目前，在实验室中对特高压变压器现场的声功率进行测试，虽然对变电站噪声水平的预测有着重要意义，但是实验室获得的声功率水平并不能反映特高压变压器安装现场的真实声功率水平，因此不能准确的评估变电站的噪声水平。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中不能准确的评估变电站噪声水平的问题从而提供一种测量准确且能有效减小测量环境对声功率估算影响的特高压变压器声功率现场测量方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种特高压变压器声功率现场测量方法，其中所述变压器的周围分别设有变压器风机、高压引出线以及调压变，且沿所述变压器长度方向的两侧分别设有防火墙，所述方法包括：分别计算所述变压器风机产生的第一声功率以及所述变压器表面振动产生的第二声功率，将所述第一声功率以及所述第二声功率进行叠加，获得所述变压器的总声功率。
在本发明的一个实施例中，计算所述变压器风机产生的第一声功率的方法为：计算所述变压器风机产生的第一声功率的方法为：在所述变压器外侧距离所述变压器的设定距离处设置测点包络线，沿所述测点包络线等距离布置测点，其中所述测点包络线位于所述变压器一侧设有高压引出线的区域；将所述区域内的变压器风机作为测试对象，分别测量所述变压器风机在关闭状态下所述测点包络线上的第一声压数据以及所述变压器风机在打开状态下所述测点包络线上的第二声压数据，根据所述第一声压数据计算所述变压器风机的第一平均声压级，根据所述第二声压数据计算所述变压器风机的第二平均声压级；计算所述第二平均声压级与所述第一平均声压级的差值。
在本发明的一个实施例中，所述测点包络线上的第一声压数据和第二声压数据均由所述测点上布置的传声器获取，且所述传声器根据所述变压器的高度设置。
在本发明的一个实施例中，根据所述变压器的高度，在所述测点上布置多个传声器。
在本发明的一个实施例中，所述设定距离是根据测量经验值确定。
在本发明的一个实施例中，根据所述第一平均声压级及所述第二平均声压级确定第一声功率的方法为：计算所述第二平均声压级与所述第一平均声压级的差值。
在本发明的一个实施例中，计算所述变压器表面振动产生的第二声功率的方法为：计算所述变压器表面振动产生的第二声功率的方法为：测量所述变压器的表面振动加速度；根据所述表面振动加速度计算所述变压器的空间平均振动速度级；根据所述空间平均振动速度级计算出所述变压器的声功率级。
在本发明的一个实施例中，测量所述变压器的表面振动加速度的方法为根据国标规定的方法测量加速度。
在本发明的一个实施例中，还包括计算所述调压变表面振动产生的第三声功率，将所述第一声功率、所述第二声功率以及所述第三升功率进行叠加，获得所述变压器的总声功率。
在本发明的一个实施例中，计算所述调压变表面振动产生的第三声功率的方法与计算所述变压器表面振动产生的第二声功率的方法相同。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的特高压变压器声功率现场测量方法，分别计算所述变压器风机产生的第一声功率以及所述变压器表面振动产生的第二声功率，将所述第一声功率以及所述第二声功率进行叠加，就可以获得所述变压器的总声功率。本发明有利于精确统计现场的声功率，从一定程度上减小测量环境对声功率估算的影响，进而解决了特高压主变安装环境下的声功率测试困难的问题。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是现有典型特高压变电站主变布置示意图；
图2是本发明特高压变压器噪声测试的声压测点布置示意图；
图3是本发明一个风机启闭前后包络面测点平均声压级比较示意图；
图4是本发明变压器本体平均振动速度的示意图；
图5是本发明调压器表面平均振动速度级的示意图。
具体实施方式
如图2所示，本实施例提供一种特高压变压器声功率现场测量方法，其中所述变压器10的周围分别设有变压器风机11、高压引出线12以及调压变13，且沿所述变压器10长度方向的两侧分别设有防火墙14，所述方法包括：分别计算所述变压器风机11产生的第一声功率以及所述变压器10表面振动产生的第二声功率，将所述第一声功率以及所述第二声功率进行叠加，获得所述变压器的总声功率。
本实施例所述特高压变压器声功率现场测量方法，所述变压器10的周围分别设有变压器风机11、高压引出线12以及调压变13，且沿所述变压器10长度方向的两侧分别设有防火墙14，其中，所述变压器10的周围分别设有多个变压器风机11，本实施例采用8个变压器风机，分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#，且变压器风机1#和2#靠近其中一个防火墙14，变压器风机6#和7#靠近另一个防火墙14，所述高压引出线12位于沿所述变压器10宽度方向的一侧，所述调压变13位于沿所述变压器10宽度方向上与所述高压引出线12相对的另一侧，所述方法包括：分别计算所述变压器风机11产生的第一声功率以及所述变压器10表面振动产生的第二声功率，将所述第一声功率以及所述第二声功率进行叠加，获得所述变压器的总声功率，本发明由于所述第一声功率的计算和所述第二声功率的计算相对独立，因此，不仅计算方便，而且有利于精确统计现场的声功率，从一定程度上减小测量环境对声功率估算的影响，进而解决了特高压主变安装环境下的声功率测试困难的问题。
下面详细介绍计算所述变压器风机11产生的第一声功率的方法：在所述变压器10外侧距离所述变压器10的设定距离处设置测点包络线15，沿所述测点包络线15等距离布置测点，由于声音的传输本身不均匀，通过等距离布置测点才能保证其声辐射特性，其中所述测点包络线15位于所述变压器10一侧设有高压引出线12的区域，由于所述高压引出线12一侧的风机声辐射可以近似为以所述变压器10为反射平面的半自由场，在所述半自由场中测试，可以忽略防火墙14带来的影响，提高测试的准确度；将所述区域内的变压器风机11作为测试对象，分别测量一个变压器风机11在关闭状态下所述测点包络线15上的第一声压数据以及所述变压器风机11在打开状态下所述测点包络线15上的第二声压数据，根据所述第一声压数据计算所述变压器风机11的第一平均声压级，根据所述第二声压数据计算所述变压器风机11的第二平均声压级；最后根据所述第一平均声压级及所述第二平均声压级确定第一声功率。
下面结合数据和公式具体说明如何计算所述变压器风机11产生的第一声功率：在本实施例中，所述设定距离是根据测量经验值确定，具体地，在所述变压器10外侧距离所述变压器10的设定距离为2m的位置处设置测点包络线15，沿所述测点包络线15采用每1m布置一个测点，根据所述变压器10的高度，在所述测点上布置传声器，通过所述传声器获取声压数据，其中根据所述变压器10的高度，在所述测点上布置多个传声器，有利于准确获取所述测点包络线15上的第一声压数据和第二声压数据，本实施例中，每个测点上布置四个传声器；选择所述变压器10前面的变压器风机11作为测试对象，比如选择图2中的3#风机，然后分别测量3#风机在关闭状态下所述测点包络线15上的第一声压数据以及所述3#风机在打开状态下所述测点包络线上的第二声压数据，根据所述第一声压数据计算所述变压器风机的第一平均声压级，其中第一平均声压级的测量公式为:根据所述第二声压数据计算所述变压器风机的第二平均声压级，其中所述第二平均声压级的测量公式为：其中N为测点总数，LpAi为第i点的A计权声压级；最后，根据所述第一平均声压级及所述第二平均声压级确定第一声功率，具体地，计算所述第二平均声压级与所述第一平均声压级的差值，其计算公式为：其中所述面积S为轮廓线长度和四个传声器垂直布置高度的乘积，S0代表参考面积，且数值为1，由上述公式计算得到的差值就是3#风机的气动噪声声功率。
下面详细介绍计算所述变压器10表面振动产生的第二声功率的方法为：测量所述变压器10的表面振动加速度；根据所述表面振动加速度计算所述变压器10的空间平均振动速度级；根据所述空间平均振动速度级计算所述变压器的声功率级。其中测量所述变压器10的表面振动加速度的方法为根据国标规定的方法测量加速度，其中所述国标是指：GBT16539-1996声学振速法测定噪声源声功率级用于封闭机器的测量；根据所述加速度计算所述变压器10的空间平均振动速度级，其中所述空间平均振动速度级Lv采用的公式为：其中Lvi代表振动速度级，且V0代表参考振动加速度，且V0＝5*10-8m/s；最后根据所述空间平均振动速度级Lv，计算所述变压器10本体的声功率级Lw，用公式计算为：其中Sa为相应测量面的面积；(注意：与声压，声强测量时的包络面不同，Sa是变压器10本体的表面积)；σ为辐射因数；ρc为空气特性阻抗；S0＝1m2,(ρc)0＝400N·s/m，即空气在20摄氏度，气压105Pa时的阻抗。
由于按照上述方法分别计算得到的气动噪声声功率以及计算得到的所述变压器10本体的声功率级将上述两个测量结果进行叠加，就可以获得变压器的总声功率Ltransformer，采用的公式如下：其中N为开启的风机数量。
本实施例中，由于沿所述变压器10宽度方向上与所述高压引出线12相对的另一侧还设有所述调压变13，因此若所述调压变13运行，因此还需要计算所述调压变13表面振动产生的第三声功率，此时将所述第一声功率、所述第二声功率以及所述第三升功率进行叠加，就可以获得所述变压器10的总声功率。其中计算所述调压变13表面振动产生的第三声功率的方法与计算所述变压器10表面振动产生的第二声功率的方法相同，因此不再重复介绍。
下面结合具体数据来说明如何计算所述变压器风机11产生的第一声功率：
首先测量得到所述变压器风机11上的测点包络线15上各点的声压，并计算平均声压级，如图3所示，然后验证变压器10本体辐射声压的一致性，将图3中一个风机冷却器(比如图1中的3#风机)开启前后的变压器振动主频率上的值提取比较如表1所示。
表1冷却器风机启闭前后变压器本体辐射声压波动情况
由上述对比发现，主变振动在各主频率处的波动均小于2％，尤其在400Hz附近，声压级的波动为零。上述数据提供了两条支撑该测量方法可行性的重要前提：(1)主变振动在短时测试过程中的振动保持稳定，可视为稳态声源；(2)声压测量在相同位置的结果重复性较好，对附加声源的识别精度可以很高。根据国标的要求，按照公式计算得到所有测点的平均声压级，并考虑包络面的辐射面积，可得一个所述变压器风机11(3#风机)启闭前后，总的声功率级为90.05dBA和91.7dBA。因此，按照声级分贝相减的原则，由于一个所述变压器风机11中设有多个独立风扇，本实施案例中的3#风机采用四个独立风扇，则计算得到所述变压器风机11中四个独立风扇同时运行时的声功率为87.67dBA。
下面结合具体数据来说明如何计算所述变压器10本体产生的第二声功率以及所述调压变产生的第三声功率：
首先，用振动法计算所述变压器10的辐射声功率，将测量得到的测点振动加速度数据保存，根据公式计算所有振源测点的平均振动速度级Lv，其中平均振动速度级的频谱特性如图4所示，可以看出变压器振动的频谱特征明显，主要振动成分是100Hz及其倍频。但是需要指出的是，振动幅值并非随该频率递减，例如在200Hz处的振动要比100Hz处大。另外，由于冷却器风机振动引起的宽频振动成分在本体振动中也有体现，主要能量集中在120Hz以下的非100Hz部分。根据公式 计算高抗声功率级，其中所述变压器10的表面积约为110m2，(ρc)0＝400N·s/m，即空气在20摄氏度，气压105Pa时的阻抗。若取所述变压器10的辐射因数为1，并由所述变压器10本体振动平均速度级，计算得到所述变压器10本体振动辐射的声功率为91.7dBA，最终以所述变压器10本体振动为据得到了声功率级。
依据相同的方法，选取所述调压变13测点的振动数据，计算平均振动速度级，如图5。所述调压变13的表面积约为本体的一半，为55.3m2，计算得到调压变13的辐射声功率为88.5dBA。对比所述变压器10本体和所述调压变13的表面振动可知，所述调压变13的表面振动相当小，因此在总的辐射声功率中所占的比重可以忽略。其中表2是特高压变压器其中一个相(如A相)各部分的声源的声功率，从表中可知，主变冷却器的声功率占比最大，约为56.7％，其次是变压器本体43％。调压变振动引起的声辐射仅占0.3％，因此可以忽略。
表2主变各子声源声功率贡献量(A相)
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种特高压变压器声功率现场测量方法，其中所述变压器的周围分别设有变压器风机、高压引出线以及调压变，且沿所述变压器长度方向的两侧分别设有防火墙，其特征在于：所述方法包括：分别计算所述变压器风机产生的第一声功率以及所述变压器表面振动产生的第二声功率，将所述第一声功率以及所述第二声功率进行叠加，获得所述变压器的总声功率。
2.根据权利要求1所述特高压变压器声功率现场测量方法，其特征在于：计算所述变压器风机产生的第一声功率的方法为：在所述变压器外侧距离所述变压器的设定距离处设置测点包络线，沿所述测点包络线等距离布置测点，其中所述测点包络线位于所述变压器一侧设有高压引出线的区域；将所述区域内的变压器风机作为测试对象，分别测量所述变压器风机在关闭状态下所述测点包络线上的第一声压数据以及所述变压器风机在打开状态下所述测点包络线上的第二声压数据，根据所述第一声压数据计算所述变压器风机的第一平均声压级，根据所述第二声压数据计算所述变压器风机的第二平均声压级；根据所述第一平均声压级及所述第二平均声压级确定第一声功率。
3.根据权利要求2所述特高压变压器声功率现场测量方法，其特征在于：所述测点包络线上的第一声压数据和第二声压数据均由所述测点上布置的传声器获取，且所述传声器根据所述变压器的高度设置。
4.根据权利要求3所述特高压变压器声功率现场测量方法，其特征在于：根据所述变压器的高度，在所述测点上布置多个传声器。
5.根据权利要求2所述特高压变压器声功率现场测量方法，其特征在于：所述设定距离是根据测量经验值确定。
6.根据权利要求2所述特高压变压器声功率现场测量方法，其特征在于：根据所述第一平均声压级及所述第二平均声压级确定第一声功率的方法为：计算所述第二平均声压级与所述第一平均声压级的差值。
7.根据权利要求1所述特高压变压器声功率现场测量方法，其特征在于：计算所述变压器表面振动产生的第二声功率的方法为：测量所述变压器的表面振动加速度；根据所述表面振动加速度计算所述变压器的空间平均振动速度级；根据所述空间平均振动速度级计算出所述变压器的声功率级。
8.根据权利要求7所述特高压变压器声功率现场测量方法，其特征在于：测量所述变压器的表面振动加速度的方法为根据国标规定的方法测量加速度。
9.根据权利要求1所述特高压变压器声功率现场测量方法，其特征在于：还包括计算所述调压变表面振动产生的第三声功率，将所述第一声功率、所述第二声功率以及所述第三升功率进行叠加，获得所述变压器的总声功率。
10.根据权利要求9所述特高压变压器声功率现场测量方法，其特征在于：计算所述调压变表面振动产生的第三声功率的方法与计算所述变压器表面振动产生的第二声功率的方法相同。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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