CN111883350A - 计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置及选频方法 - Google Patents

计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置及选频方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置及选频方法，噪声选频抑制装置包括固定吸声体、可动吸声体和隔声体，所述固定吸声体和隔声体间形成有密闭的初级空腔，所述可动吸声体设置在所述固定吸声体和隔声体间、并将所述初级空腔分隔出次级空腔，所述可动吸声体可向所述固定吸声体或隔声体一侧移动以改变所述次级空腔深度。本发明计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，可以在隔绝变电站内变压器噪声的基础上对变压器噪声的声能进行消耗，继而进一步缩减变压器噪声在周边敏感建筑表面的分布范围；通过差异化赋权优选，选频方法可以实现对特定频段的变压器噪声的选频吸收，噪声抑制效果优于单纯的隔声设施。

Description

计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置及选频方法
技术领域
本申请属于电力设备领域，尤其是涉及一种计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置及选频方法。
背景技术
电力变压器是发电厂和变电站的主要设备之一。变压器的作用是多方面的，不仅可以升高电压实现电能的远距离输送，还可以把电压降低，以满足不同电压等级客户的需要。
变电站内变压器噪声是由变压器本体及冷却系统产生的噪声的总和。
随着人们环保意识的提高和环保部门对各类噪声的限制，特别是由于城市规模的不断扩大和城区电网改造的需求，一些变电站有时要建于商业区和居民区内，于是变压器噪声问题十分突出。变压器的噪声与其他电气性能和机械性能一样，都是变压器的重要技术参数。因此，变压器噪声水平的高低，成为衡量变压器生产厂家设计和制造水平的重要指标。
但是单纯的变压器隔声结构仅可改变噪声的传播方向而无法对噪声中的能量进行消耗，因此单纯的隔声结构在特定方向上减小噪声影响范围的代价可能是在其余方向上声压级的增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置及选频方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，包括固定吸声体、可动吸声体和隔声体，所述固定吸声体和隔声体间形成有密闭的初级空腔，所述可动吸声体设置在所述固定吸声体和隔声体间、并将所述初级空腔分隔出次级空腔，所述可动吸声体可向所述固定吸声体或隔声体一侧移动以改变所述次级空腔深度。
在其中一个实施例中，还包括驱动组件，驱动组件包括电机和连通电机的控制器，控制器控制电机转动，电机连接并带动所述可动吸声体移动。
在其中一个实施例中，所述电机为步进电机。
在其中一个实施例中，所述步进电机的移动步长为5mm。
在其中一个实施例中，所述初级空腔深度为400-450mm。
在其中一个实施例中，所述固定吸声体为泡沫铁镍材质。
在其中一个实施例中，所述固定吸声体表面贴附有铜膜。
在其中一个实施例中，所述隔声体和固定吸声体之间连接有侧板，所述隔声体、固定吸声体和侧板围设形成所述初级空腔，所述侧板分别与所述隔声体和固定吸声体可拆卸连接。
一种计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置选频方法，噪声选频抑制装置包括固定吸声体、可动吸声体和隔声体，所述固定吸声体和隔声体间形成有密闭的初级空腔，所述可动吸声体设置在所述固定吸声体和隔声体间、并将所述初级空腔分隔出次级空腔，所述可动吸声体可向所述固定吸声体或隔声体一侧移动以改变所述次级空腔深度，还包括驱动组件，驱动组件包括电机和连通电机的控制器，控制器控制电机转动，电机连接并带动所述可动吸声体移动，电机为步进电机，选频方法包括以下步骤：
步骤10，根据当地日平均最高气温，设置初级空腔深度dc，初级空腔深度与当地日平均最高气温正相关；
步骤20，建立声学、结构耦合模型，所述步进电机每一步得到一条对应的吸声系数曲线；
步骤30，按照最小二乘的变权重优选法从遍历计算的结果中优选出该权重条件下的最优吸声系数曲线；
步骤40，取得最小决定因子的吸声系数曲线对应的最优吸声系数曲线；
步骤50，最优吸声系数曲线对应的可动吸声体的位置信息被所述控制器转化为步进控制信息供所述步进电机执行，对应的最优次级空腔深度在步进电机执行运动后获得。
在其中一个实施例中，选择200Hz的频率分量作为目标吸收频率；
所述步骤20中，在遍历所述初级空腔中所有位置后，记录全部吸声系数曲线，全部吸声系数曲线的条数
Figure BDA0002595137340000031
，其中，ta为可动吸声体的厚度，sl为可动吸声体移动的步长；
所述步骤30中，将100Hz及其整数倍处的吸声系数确立为计算指标点ci，最优吸声系数曲线对应的决定因子Da满足下式
Figure BDA0002595137340000041
，其中a为[1,80]中的整数，wi为计算指标点ci对应的权重；
所述步骤40中，在对噪声频谱中的频段按需要抑制的紧要程度由高到低分别赋予高级、中级、次级三种权重，并代入式
Figure BDA0002595137340000042
中取得最小决定因子的吸声系数曲线为任一权重下对应的最优吸声系数曲线。
本发明的有益效果是：本发明计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置同传统的隔声结构相比，由隔声材料与吸声材料组合而成，因而可以在隔绝变电站内变压器噪声的基础上对变压器噪声的声能进行消耗，继而进一步缩减变压器噪声在周边敏感建筑表面的分布范围；具有较宽的声吸收频段，且通过差异化赋权优选，选频方法可以实现对特定频段的变压器噪声的选频吸收，噪声抑制效果优于单纯的隔声设施，在安装后其不仅可以对噪声的影响范围进行缩减，亦可消耗噪声中的能量，从而降低变压器噪声的辐射水平，因而更有利于实现变电站低噪声改造后同周边社区的声景融合。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置结构示意图；
图2是本申请实施例的全体吸声系数曲线图；
图3是本申请实施例的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置选频方法流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
请参考图1，一种计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置(简称装置或静音单元)，包括固定吸声体3、可动吸声体5和隔声体1，固定吸声体3和隔声体1间形成有密闭的初级空腔2，可动吸声体5设置在固定吸声体3和隔声体1间、并将初级空腔2分隔出次级空腔6，可动吸声体5可向固定吸声体3或隔声体1一侧移动以改变不同次级空腔6深度。
在其中一个实施例中，还包括驱动组件，驱动组件包括电机7和连通电机的控制器，控制器控制电机7转动，电机7连接并带动可动吸声体5移动。
在其中一个实施例中，电机7为步进电机。
在其中一个实施例中，步进电机的移动步长为5mm。
在其中一个实施例中，初级空腔2深度为400-450mm。
在其中一个实施例中，固定吸声体3为泡沫铁镍材质。
在其中一个实施例中，固定吸声体3表面贴附有铜膜。
在其中一个实施例中，隔声体1和固定吸声体3之间连接有侧板，隔声体1、固定吸声体3和侧板围设形成初级空腔2，侧板分别与隔声体1和固定吸声体3可拆卸连接。
在其中一个实施例中，包括定频静音单元。针对进入空腔的某一特定频率的声波，由于其在距离空腔底部刚性壁1/4波长处的声压值为0，而此时声波中空气质点具有最大的动能，因而若将开孔泡沫金属吸声材料布置于距底部刚性壁1/4波长的奇数倍时，泡沫金属吸声材料的摩擦阻尼作用消耗的声能亦达到最大，因而此时的空腔深度对该频率的声波具有最大的声吸收作用。因此，在确定首要的目标声吸收频率后，基础静音单元空腔深度dc可由式
Figure BDA0002595137340000071
求出，其中vs为声速，fB为首要的目标声吸收频率。根据分体式变压器现场实测频谱所示的全户内变电站所选用的同型号变压器在60％负荷率情况下实测的噪声频谱，统筹考虑低频噪声抑制效果与静音单元占地面积，选定200Hz为目标吸声频率，且m的值取0。因而，令声速vs取343m/s、fB取200Hz，代入上述式中，可求得该声速与频率条件下静音单元最优空腔深度为428.75mm。如此时的静音单元以变压器噪声中的200Hz分量为特定的吸收对象，将该拥有一最优空腔深度的静音单元命名为定频静音单元。
与全户内变电站用分体式变压器不同，半户内变电站所用的变压器的冷却方式一般为风冷，因而半户内变电站低噪声改造所用的静音单元，除具备基础静音单元的特点外，还须具有较宽的噪声抑制频段，且具备随声源类型及因气温等因素改变造成的辐射特点的变化，能够做出相应调整、以保证最佳噪声抑制效果的能力。
在其中一个实施例中，包括随动静音单元，具体可调节的次级空腔6深度。将一可动吸声体5放入已有的初级空腔2后，另一深度可调节的次级空腔6在已有的空腔底部形成，因而针对可动吸声体5在初级空腔2里的某一特定位置，则有一条吸声系数曲线与之对应。即，为保证设计的随动静音单元可提供多种目标吸声频段供选择，并增进半户内变电站用变压器噪声控制的准确性、减少运维人员的体力支出，可动吸声体5被放置于基础吸声结构的空腔中，其滑动过程可由步进电机进行控制，依据可动吸声体5位置，可对目标吸收频段等信息进行判读。
请进一步参考图2、图3，实施例还公开了一种计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置选频方法，其中，噪声选频抑制装置包括固定吸声体3、可动吸声体5和隔声体1，固定吸声体3和隔声体1间形成有密闭的初级空腔2，可动吸声体5设置在固定吸声体3和隔声体1间、并将初级空腔2分隔出次级空腔6，可动吸声体5可向固定吸声体3或隔声体1一侧移动以改变次级空腔6深度，还包括驱动组件，驱动组件包括电机7和连通电机7的控制器，控制器控制电机7转动，电机7连接并带动可动吸声体5移动，电机7为步进电机。上述选频方法包括以下步骤：
步骤10，根据当地日平均最高气温，设置初级空腔深度dc，初级空腔深度与当地日平均最高气温正相关；
步骤20，建立声学、结构耦合模型，步进电机每一步得到一条对应的吸声系数曲线，在遍历初级空腔2中所有位置后，记录全部吸声系数曲线，全部吸声系数曲线的条数
Figure BDA0002595137340000091
，其中，ta为可动吸声体5的厚度，sl为可动吸声体5移动的步长；
步骤30，按照最小二乘的变权重优选法从遍历计算的结果中优选出该权重条件下的最优吸声系数曲线，将100Hz及其整数倍处的吸声系数确立为计算指标点ci，最优吸声系数曲线对应的决定因子Da满足下式
Figure BDA0002595137340000092
，其中a为[1,80]中的整数，wi为计算指标点ci对应的权重；
步骤40，在对噪声频谱中的频段按需要抑制的紧要程度由高到低分别赋予高级、中级、次级三种权重，并代入式
Figure BDA0002595137340000093
中，
取得最小决定因子的吸声系数曲线为该权重下对应的最优吸声系数曲线；
步骤50，最优吸声系数曲线对应的可动吸声体5的位置信息被控制器转化为步进控制信息供步进电机执行，对应的最优次级空腔2深度在步进电机执行运动后获得。
在其中一个实施例中，选择200Hz的频率分量作为目标吸收频率。
实施了包括以下使用情景：
在随动静音单元初级空腔2深度的定量计算的过程中，半户内变电站所在地的气象学因素及周边居民的心理学因素亦被纳入考量。由于该半户内变电站位于深圳，在2018年深圳气象学上最炎热的月份为7月，相应的月平均最高气温为31.8℃[130]；心理学上的研究表明炎热的天气可导致人类的情绪波动甚至诱发暴躁等负面情绪状态，因而在炎热的月份中，安静、祥和的居住环境是缓和半户内变电站周边居民情绪、避免进一步诱发负面情绪的重要保障。因此，选定七月份的月平均最高气温为计算随动静音单元初级空腔深度的重要参数，相应的初级空腔深度的计算过程如下所述。
首先，将TM的数值，即深圳七月份的日平均最高气温代入方程
vs＝331.6+0.6TM
可以得到在此温度下的空气中的声速vs为350.7m/s。随后选定200Hz为首要目标吸收频率，连同计算得出的声速值代如
Figure BDA0002595137340000101
为尽量减少随动静音单元的占地面积，式中m的值取0，可求得适宜的初级空腔2深度dc的数值为438.4mm。
在初级空腔2深度的计算完成后，继续完成次级空腔6深度的优选。首先基于泡沫金属材料模型及声学测试系统原理，建立阻抗管测试系统的声学和结构耦合模型，用于高效完成遍历计算并得到可动吸声体从初级空腔2一端滑动至另一端时对应的全部吸声系数曲线。其次，依据现场监测得到的半户内变电站用一体式变压器的噪声频谱，确立高级、中级、次级三种目标吸声频段并完成对应不同权重的赋权。再次，依据基于最小二乘的寻优算法，结合赋权对遍历计算得到的随动静音单元的全部吸声系数曲线进行优选，得到该权重条件下的最优吸声系数曲线。最后，反解出该最优吸声系数曲线对应的可滑动吸声体的位置，并由步进电机执行运动至该位置。该权重条件下的最优次级空腔6深度由此确立。该次级空腔6深度亦保证了对应赋权条件下高级目标吸声频段的最优声吸收效果。
上述次级空腔6深度优选方法对应的数学过程如下。遍历计算在声学、结构耦合模型中完成。可动的基础吸声体在阻抗管模型中按特定步长移动，每一步得到一条对应的吸声系数曲线，在遍历初级空腔2中所有位置后，全部吸声系数曲线构成供优选的全集。在上述步进计算过程中，全部吸声系数曲线的条数nc可由下式完成计算：
Figure BDA0002595137340000111
。在综合考虑数据处理系统的计算工作量及步进电机控制系统的控制精度，选定5mm为移动的步长，相应地可计算出遍历计算得到的吸声系数曲线全集，其中共包含80条吸声系数曲，线如图2所示。这些吸声系数曲线有着相近的变化趋势，但峰谷位置各异。结合图2可做出如下推断：针对某一半户内变电站用变压器噪声的频谱，在权重确定后，至少存在一条吸声系数曲线(即至少存在一个特定的次级空腔6深度)使得该随动静音单元对高级权重下的频段有最优的声吸收效果。
最优次级空腔深度的确立如下。首先，按照如下的最小二乘的变权重优选法从遍历计算的结果中优选出该权重条件下的最优吸声系数曲线：在额定频率为50Hz的工频电网中，由于100Hz及其整数倍的频率分量在油浸式变压器噪声频谱中具有相对较大的幅值，因此100Hz及其整数倍处的吸声系数被确立为计算指标点，并被命名为ci，以计算最优吸声系数曲线对应的决定因子，决定因子Da的计算方法如下式所示
Figure BDA0002595137340000121
其中a的取值范围为[1,80]中的整数，wi为计算指标点ci对应的权重。
其次，在对噪声频谱中的频段按需要抑制的紧要程度由高到低分别赋予高级、中级、次级三种权重，并代入式
Figure BDA0002595137340000122
中，取得最小决定因子的吸声系数曲线及为该权重下对应的最优吸声系数曲线，随动静音单元的选频吸声特性亦通过该差异化赋权过程得到保证。随后，该最优吸声系数曲线对应的滑动吸声体的位置信息被转化为步进控制信息供步进电机执行，对应的最优次级空腔深度在步进电机执行运动后获得。
本发明的有益效果是：本发明计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置同传统的隔声结构相比，由隔声材料与吸声材料组合而成，因而可以在隔绝变电站内变压器噪声的基础上对变压器噪声的声能进行消耗，继而进一步缩减变压器噪声在周边敏感建筑表面的分布范围；具有较宽的声吸收频段，且通过差异化赋权优选，选频方法可以实现对特定频段的变压器噪声的选频吸收，噪声抑制效果优于单纯的隔声设施，在安装后其不仅可以对噪声的影响范围进行缩减，亦可消耗噪声中的能量，从而降低变压器噪声的辐射水平，因而更有利于实现半户内变电站低噪声改造后同周边社区的声景融合。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，其特征在于，包括固定吸声体、可动吸声体和隔声体，所述固定吸声体和隔声体间形成有密闭的初级空腔，所述可动吸声体设置在所述固定吸声体和隔声体间、并将所述初级空腔分隔得到出次级空腔，所述可动吸声体可向所述固定吸声体或隔声体一侧移动以改变所述次级空腔深度。
2.根据权利要求1所述的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，其特征在于，还包括驱动组件，驱动组件包括电机和连通电机的控制器，控制器控制电机转动，电机连接并带动所述可动吸声体移动。
3.根据权利要求2所述的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，其特征在于，所述电机为步进电机。
4.根据权利要求3所述的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，其特征在于，所述步进电机的移动步长为5mm。
5.根据权利要求1所述的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，其特征在于，所述初级空腔深度为400-450mm。
6.根据权利要求1所述的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，其特征在于，所述固定吸声体为泡沫铁镍材质。
7.根据权利要求6所述的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，其特征在于，所述固定吸声体表面贴附有铜膜。
8.根据权利要求1所述的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置，其特征在于，所述隔声体和固定吸声体之间连接有侧板，所述隔声体、固定吸声体和侧板围设形成所述初级空腔，所述侧板分别与所述隔声体和固定吸声体可拆卸连接。
9.一种计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置选频方法，其特征在于，噪声选频抑制装置包括固定吸声体、可动吸声体和隔声体，所述固定吸声体和隔声体间形成有密闭的初级空腔，所述可动吸声体设置在所述固定吸声体和隔声体间、并将所述初级空腔分隔出次级空腔，所述可动吸声体可向所述固定吸声体或隔声体一侧移动以改变所述次级空腔深度，还包括驱动组件，驱动组件包括电机和连通电机的控制器，控制器控制电机转动，电机连接并带动所述可动吸声体移动，电机为步进电机，选频方法包括以下步骤：
步骤10，根据当地日平均最高气温，设置初级空腔深度dc，初级空腔深度与当地日平均最高气温正相关；
步骤20，建立声学、结构耦合模型，所述步进电机每一步得到一条对应的吸声系数曲线；
步骤30，按照最小二乘的变权重优选法从遍历计算的结果中优选出该权重条件下的最优吸声系数曲线；
步骤40，取得最小决定因子的吸声系数曲线对应的最优吸声系数曲线；
步骤50，最优吸声系数曲线对应的可动吸声体的位置信息被所述控制器转化为步进控制信息供所述步进电机执行，对应的最优次级空腔深度在步进电机执行运动后获得。
10.根据权利要求9所述的计及温度因素的变电站用噪声选频抑制装置选频方法，其特征在于，选择200Hz的频率分量作为目标吸收频率；
所述步骤20中，在遍历所述初级空腔中所有位置后，记录全部吸声系数曲线，全部吸声系数曲线的条数
Figure FDA0002595137330000031
，
其中，ta为可动吸声体的厚度，sl为可动吸声体移动的步长；
所述步骤30中，将100Hz及其整数倍处的吸声系数确立为计算指标点ci，最优吸声系数曲线对应的决定因子Da满足下式
Figure FDA0002595137330000032
，
其中a为[1,80]中的整数，wi为计算指标点ci对应的权重；
所述步骤40中，在对噪声频谱中的频段按需要抑制的紧要程度由高到低分别赋予高级、中级、次级三种权重，并代入式
Figure FDA0002595137330000033
中取得最小决定因子的吸声系数曲线为任一权重下对应的最优吸声系数曲线。
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