CN112285796B - 一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，该方法根据测得的上限频率计算电抗器表面小区域的边长上限值，将电抗器油箱表面划分为每个边长均不超过边长上限值的矩形区域；在电抗器断电情况下，利用互易原理获得电抗器表面每个区域到目标点的噪声传递函数；在电抗器正常运行情况下，测量电抗器表面每个小区域的振动速度；计算电抗器四个油箱侧壁在目标点的合成噪声值后根据电抗器油箱顶部和四个侧壁的面积，修正油箱顶部辐射声对目标点的影响。该预测方法能通过现场试验测量得到油浸式电抗器在目标点的噪声贡献值，且同样适用于油浸式变压器等其它大型电力设备的噪声预测。

Description

一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法
技术领域
本发明属于声学测量领域，具体涉及一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法。
背景技术
油浸式电抗器是电力系统中一种常见的电力设备，具有限流、滤波、功率因数补偿等多种功能。其中，高压并联电抗器作为电力系统中重要的无功补偿装置，具有补偿远距离输电线路电容电流、限制过电压，保护用电设备以及降低线路有功损耗等稳定和保护电力系统的作用，使电力系统能够稳定和安全运行。但与此同时，大型油浸式高压并联电抗器也是高电压变电站的主要噪声源设备之一，尤其是安装位置靠近变电站围墙时，对站界噪声影响较大。
目前油浸式电抗器噪声预测，主要借助声场仿真软件，如Soundplan、Canada/A。软件所需的电抗器的声功率通常采用现场测量的结果，是根据《GB/T 1094.10-2003电力变压器第10部分：声级测定》，沿电抗器规定轮廓线进行传感器布点，测量声压或者声强，进而计算出声功率。变电站其它电力设备以及围墙、防火墙、地面等建筑物的外界环境影响不可避免，对电抗器声功率准确测试影响较大；同时防火墙、围墙、地面等建筑物的声反射系数K往往也是根据经验设置，存在一定误差。此外，变电站中的电抗器一般都是集中安装的，因为各个电抗器之间的噪声会相互有影响，所以很难在实际情况下测得单个电抗器的噪声，故基于上述多种因素，电抗器噪声预测准确性往往存在较大不确定性，且测量精度都不够高。
对此，针对大型的油浸式电抗器噪声预测方法准确性问题，急需设计一种电抗器噪声预测方法，以提高测量的准确性。
发明内容
基于此，本发明提出一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，将电抗器表面振动作为声源，科学划分好区域后，在断电情况下建立基于互易原理建立得到电抗器表面振动的声源到目标点的静态关系，进而在通电后实现电抗器噪声的准确预测。该方法通过实验测试的方式即可安全获得目标点的噪声大小，且特别适用于带有规则外壳等大型电力设备的噪声预测。
为解决上述问题，本发明提供了一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，所述预测方法具体包含如下步骤：
步骤1：测量油浸式电抗器噪声，分析噪声频谱，得到累积占其总能量98％以上的上限频率fre；
步骤2：根据公式1确定电抗器表面小区域的边长上限a，所述公式1具体为：
a＝c/fre/M 公式1
其中，c为声速，fre为上限频率，M≥6，以使得每个矩形区域的边长不超过上限频率声波波长的六分之一以上；
步骤3：将电抗器的油箱表面中不包含顶面的四个壁面都划分为每个边长不超过边长上限a的矩形区域，矩形区域面积记为Δsi，每一个区域编号依次记为i，其中下标i取值为1～N，N为矩形区域的总个数。
步骤4：在电抗器断电情况下，利用互易原理获得电抗器表面每个小区域到目标点的噪声传递函数，在目标点放置点声源发声，测得的体积速度记为Q0f，测量每一个矩形区域中心位置的声压pif，其中下标f表示频谱结果；
步骤5：在电抗器正常运行情况下，测量每个小区域中心位置振动速度vif；
步骤6：根据公式2计算油箱的四个壁面在目标点的合成声压P1，公式2具体为：
Figure BDA0002716844710000031
步骤7：修正电抗器顶部的声辐射量，从而结合P1得到电抗器在目标点的总噪声P0。
进一步的，所述步骤7中还包括：假设电抗器四个壁面的总面积为S1，顶部面积为S2，则电抗器在目标点的总噪声P0为：
Figure BDA0002716844710000032
进一步的，所述步骤1中，具体按照GB1094.10测量油浸式电抗器噪声。
进一步的，所述步骤4中，使用的声源具体为北京声望的低频VSS058体积声源。
进一步的，所述步骤5中，具体利用polytec公司的PSV-500-3D扫描式激光测振仪测得振动速度vif。
进一步的，所述步骤2中的M＝6。
进一步的，所述油浸式电抗器能够替换为油浸式变压器。
此外，本发明还公开了一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测系统，包括：
至少一个处理器以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述任一项的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法。
此外，本发明还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述任一项所述的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法。
本发明提出了一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
1)本发明为提高测量的准确度，将大型电抗器器身表面科学划分为若干小的区域(一个波长距离内设置六个点)，将每个区域都看作一个点声源，利用互易原理获得每个点声源到目标点之间的传递关系，进而得到目标点的声压预测值。
2)此外，基于互易原理，该方法能通过现场试验测量得到油浸式电抗器在某一目标点的噪声贡献值(由于现场干扰条件太多，传统的测量方法或者软件建模预测方法都根本没办法像本发明一样针对性的测得电抗器上某一目标点的噪声)，特别适合于扎堆安装电抗器、外界声反射环境复杂或者目标点传感器安装不易的情况，该方法简单且其预测准确度高，适合通过软件实现批量计算，且同样适用于变压器、大型换流变压器等油浸式电力设备的噪声预测。
附图说明
图1为本发明中基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法的方法流程图。
图2为本发明预测方法的步骤4示意图。
图3为本发明预测方法的步骤5示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本发明基于大型电力设备在复杂安装环境下测量精度不高和测量不便的技术问题，专门提出了一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法。
实施例1：
如图1所示，本发明中基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法包含如下步骤：
步骤1：按照GB1094.10测量油浸式电抗器噪声，分析噪声频谱，得到累积占其总能量98％以上的上限频率fre。
通常电抗器噪声频率为在100Hz及其谐波频率，本实施例假设电抗器100Hz和200Hz的噪声声能量已达到总能量的98％，则此时上限频率fre＝200Hz。
步骤2：根据公式1确定电抗器表面小区域的边长上限a，边长上限不超过上限频率对应空气声波波长的六分之一，公式1具体为：
a＝c/fre/6
其中，c为声速，fre为上限频率，当然，其中上限频率划分系数6也可以替换为大于6的自然数，上述取值为6是为了保证提高测量精度的同时减小区域个数和计算量。
本实施例中，假设声速c＝340m/s，则
a＝c/fre/6≈0.28(m)
步骤3：将电抗器的油箱表面中不包含顶面的四个壁面都划分为每个边长不超过边长上限a的矩形区域，矩形区域面积记为Δsi，每一个区域编号依次记为i，其中i取值为1～N，N为矩形区域的总个数；
步骤4：如图2所示，在电抗器断电情况下，利用互易原理获得电抗器表面每个小区域到目标点的噪声传递函数，在目标点放置点声源(例如北京声望的低频VSS058体积声源)发声，测得的体积速度记为Q0f，测量每一个矩形区域中心位置的声压pif，其中下标f表示频谱结果。其中，得到的每个小区域到目标点的静态特性Q0f和pif组合作为噪声传递函数，该噪声传递函数与电抗器的运行状态无关，其反映的是周围复杂环境对噪声传递特性的固定影响。
步骤5：如图3所示，在电抗器正常运行情况下，测量区域中心位置振动速度vif，例如利用polytec公司的PSV-500-3D扫描式激光测振仪测得振动速度，或者利用振动传感器(如BK4534型加速度计)测量振动速度。
步骤6：根据公式2计算油箱的四个壁面在目标点的合成声压P1，P1为所有小矩形区域的贡献量累加值，公式2具体为：
Figure BDA0002716844710000071
步骤7：修正电抗器顶部的声辐射量，假设电抗器四个壁面的总面积为S1，顶部面积为S2，则电抗器在目标点的总噪声P0为：
Figure BDA0002716844710000072
该步骤中，油箱顶部辐射声对目标点影响的修正，主要是由于往往电力设备的顶部测量不安全、不方便，若实验条件和能力允许，顶部的噪声辐射贡献也可以选择跟侧壁一样进行测量，此时则无需执行步骤7的顶部面积修正了。
由此可知，本发明的噪声预测方法是针对油浸式电抗器等大型电力设备的改进型噪声预测方法，其能通过现场试验测量得到油浸式电抗器在某一目标点的噪声贡献值，特别适合于扎堆安装电抗器、外界声反射环境复杂或者目标点传感器安装不易的情况，该方法简单且其预测准确度高，适合通过软件实现批量计算。
需要说明的是，上述噪声预测方法的计算部分可以作为软件程序或者计算机指令在非暂态计算机可读存储介质中执行或者在带有存储器和处理器的控制系统中执行，且其计算程序简单快速。在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，其特征在于，所述预测方法具体包含如下步骤：
步骤1：测量油浸式电抗器噪声，分析噪声频谱，得到累积占其总能量98％以上的上限频率fre；
步骤2：根据公式1确定电抗器表面矩形区域的边长上限a，所述公式1具体为：
a＝c/fre/M 公式1
其中，c为声速，fre为上限频率，M≥6，以使得每个矩形区域的边长不超过上限频率声波波长的六分之一以上；
步骤3：将电抗器的油箱表面中不包含顶面的四个壁面都划分为每个边长不超过边长上限a的矩形区域，矩形区域面积记为Δsi，每一个区域编号依次记为i，其中下标i取值为1～N，N为矩形区域的总个数；
步骤4：在电抗器断电情况下，利用互易原理获得电抗器表面每个矩形区域到目标点的噪声传递函数，在目标点放置点声源发声，测得的体积速度记为Q0f，测量每一个矩形区域中心位置的声压pif，其中下标f表示频谱结果；
步骤5：在电抗器正常运行情况下，测量每个矩形区域中心位置振动速度vif；
步骤6：根据公式2计算油箱的四个壁面在目标点的合成声压P1，公式2具体为：
Figure FDA0003521001360000021
步骤7：修正电抗器顶部的声辐射量，从而结合P1得到电抗器在目标点的总噪声P0。
2.根据权利要求1所述的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，其特征在于，所述步骤7中还包括：假设电抗器四个壁面的总面积为S1，顶部面积为S2，则电抗器在目标点的总噪声P0为：
Figure FDA0003521001360000022
3.根据权利要求1所述的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，其特征在于，所述步骤1中，具体按照GB1094.10测量油浸式电抗器噪声。
4.根据权利要求1所述的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，其特征在于，所述步骤4中，使用的声源具体为北京声望的低频VSS058体积声源。
5.根据权利要求1所述的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，其特征在于，所述步骤5中，具体利用polytec公司的PSV-500-3D扫描式激光测振仪测得振动速度vif。
6.根据权利要求1所述的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，其特征在于，所述步骤2中的M＝6。
7.根据权利要求1所述的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法，其特征在于，所述油浸式电抗器能够替换为具有外壳的大型电力设备。
8.一种基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测系统，其特征在于，包括：
至少一个处理器以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一项所述的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至7任一项所述的基于互易原理的油浸式电抗器噪声预测方法。
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