聲強(qiáng)法在變電站變壓器聲功率測(cè)試中的應(yīng)用

陽(yáng)金純，周建飛，呂建紅，周年光

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，變電站的噪聲越來(lái)越受公眾的關(guān)注，由此引起的糾紛和投訴也越來(lái)越多。變壓器是變電站的主要噪聲源，如何方便、快速、準(zhǔn)確地測(cè)量器聲功率值，直接關(guān)系到變電站噪聲影響的預(yù)測(cè)、評(píng)估的準(zhǔn)確性和噪聲控制設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的聲功率級(jí)測(cè)量主要采用聲壓測(cè)試法和聲功率測(cè)試法，前者受周?chē)h(huán)境的影響較大，后者需要特殊的聲環(huán)境，均不利于變壓器聲強(qiáng)級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。文中提出采用聲強(qiáng)測(cè)試法測(cè)試聲強(qiáng)級(jí)，再通過(guò)計(jì)算得出聲功率級(jí)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，與傳統(tǒng)測(cè)試方法相比，該方法適用于變壓器的聲功率值的現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定。

1 聲強(qiáng)法測(cè)試聲功率的基本原理

在聲場(chǎng)中某一點(diǎn)上，與指定方向垂直的單位面積上單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的平均聲能為聲強(qiáng)〔1〕，單位為W/m2，即:

在偏離被測(cè)物包絡(luò)面法線(xiàn)方向ω角度時(shí)聲強(qiáng)為:

聲強(qiáng)測(cè)量采用雙傳聲器方法，利用聲壓梯度變化來(lái)近似求得質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度u2(t)〔1〕:

其中I0是基準(zhǔn)聲強(qiáng) (I0=1×10-12W/m2)，是與單位法向矢量n定義的測(cè)量表面垂直的聲分量。

局部聲功率〔2〕:

其中W0為基準(zhǔn)聲功率 (10-12W)

從公式 (7)，(8)可得在自由聲場(chǎng)中:

現(xiàn)場(chǎng)采集的是聲強(qiáng)級(jí)LIi頻譜數(shù)據(jù)，那么得到的聲功率LWi也是頻譜，如要計(jì)算總的聲功率，把所有頻率能量疊加。聲強(qiáng)和聲功率級(jí)能量疊加公式:

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

采用如下測(cè)試設(shè)備:北京某公司生產(chǎn)的聲強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)，包括MC3022型兩通道數(shù)據(jù)采集儀、SI512型聲強(qiáng)探頭、MA221前置放大器、Ⅰ型MP231聲強(qiáng)測(cè)試傳聲器。兩對(duì)置傳聲器間可配置8.5，12，50 mm的間隔各1個(gè)，分別對(duì)應(yīng)250～5 000 Hz，160～5 000 Hz，63～1 250 Hz頻率測(cè)試范圍;杭州某公司產(chǎn)AWA6270+噪聲頻譜測(cè)試儀，Ⅰ級(jí);美國(guó)某公司200LR型手持式激光測(cè)距儀、AWA6221型聲校準(zhǔn)器、TEST0435型數(shù)字風(fēng)速儀。

3.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

(1)聲功率測(cè)試

為保證人身安全，測(cè)試時(shí)必須和帶電設(shè)備保持足夠的安全距離，因此不可能對(duì)變壓器進(jìn)行不同高度 的 聲 強(qiáng) 測(cè) 試， 結(jié) 合GB/T 16404.1-1996，GB/T 1094.10-2003這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在變壓器四周的包絡(luò)面1/2高度處的輪廓線(xiàn)上均勻布點(diǎn)，相當(dāng)于把被測(cè)設(shè)備的包絡(luò)面劃分為N(N為測(cè)點(diǎn)數(shù))個(gè)相等的面元，分別進(jìn)行聲強(qiáng)測(cè)試。

(2)聲壓級(jí)測(cè)試

主變壓器噪聲布點(diǎn)，參考 GB/T1094.10-2003，在主變壓器輪廓線(xiàn)上均勻布點(diǎn)〔3〕。

3.2 監(jiān)測(cè)方法

(1)測(cè)試前對(duì)聲強(qiáng)探頭上的各傳聲器進(jìn)行校準(zhǔn)，若連接聲強(qiáng)探頭帶聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的，要對(duì)該探頭帶線(xiàn)一起分別對(duì)1，2通道進(jìn)行校準(zhǔn)。

(2)測(cè)試時(shí)探頭上的傳聲器要加風(fēng)罩，若現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速大于2 m/s，應(yīng)停止測(cè)試，待風(fēng)速滿(mǎn)足測(cè)試要求后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。若主設(shè)備上有冷卻風(fēng)扇，測(cè)點(diǎn)距風(fēng)扇的距離要先通過(guò)風(fēng)速儀測(cè)試風(fēng)速，測(cè)試距離根據(jù)測(cè)試風(fēng)速調(diào)整確定。

(3)每次進(jìn)行聲強(qiáng)探頭的正、反測(cè)量，即在測(cè)試每個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí)把傳聲器方向反轉(zhuǎn)180°分別進(jìn)行測(cè)量，注意采集數(shù)據(jù)的變化。

(4)對(duì)每臺(tái)主變壓器分別用不同的傳聲器間隔測(cè)試，保證測(cè)試結(jié)果頻率 (1/3OCT)覆蓋范圍為63～5 000 Hz。

(5)對(duì)每臺(tái)主變壓器進(jìn)行聲強(qiáng)測(cè)試的同時(shí)，用AWA6270+噪聲頻譜測(cè)試儀對(duì)主變的聲壓級(jí)1/3倍頻程頻譜進(jìn)行測(cè)試。

3.3 結(jié)果分析

表1列舉了主變壓器的布置方式、冷卻方式，測(cè)點(diǎn)距主變壓器包絡(luò)面的距離X、測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)N(即將包絡(luò)面劃分為N個(gè)子面元)等參數(shù)。測(cè)試高度為主變包絡(luò)面高度的1/2。

表1 各變電站主變聲功率測(cè)試參數(shù)

由聲強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集儀采集的為1/3倍頻程內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)的聲強(qiáng)級(jí)，利用將多個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算每個(gè)頻點(diǎn)處的平均聲強(qiáng)級(jí)，并按照公式(9)計(jì)算每個(gè)頻點(diǎn)處的平均聲功率級(jí)，然后再按公式 (11)對(duì)所有頻點(diǎn)的聲功率級(jí)進(jìn)行能量疊加，得到變壓器總的聲功率級(jí)，同時(shí)對(duì)主變壓器聲壓級(jí)頻譜測(cè)試結(jié)果進(jìn)行能量平均，以便利用公式Lw=Lp+10lgS計(jì)算得到的聲功率級(jí)與聲強(qiáng)測(cè)試得到的聲功率級(jí)進(jìn)行比較，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

用公式Lw2=Lp+10lgS計(jì)算出的聲功率級(jí)與用聲強(qiáng)級(jí)測(cè)試出的聲功率級(jí)比較結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可知，全戶(hù)外布置的變電站其主變壓器聲強(qiáng)法聲功率測(cè)試結(jié)果與計(jì)算得出的聲功率級(jí)差別相對(duì)較小。半戶(hù)內(nèi)布置的變電站主變壓器聲功率測(cè)試值與計(jì)算聲功率值之間的差別較顯著，其它全戶(hù)內(nèi)式變電站變壓器聲功率差別更顯著，測(cè)試值均小于理論計(jì)算值，原因是受變壓器周?chē)瓷涿娴挠绊憽?/p>

表2 聲強(qiáng)級(jí)、聲功率級(jí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表(以H變電站#1主變?yōu)槔? dBA

表3 主變壓器聲功率測(cè)試值與理論計(jì)算值比較 dBA

4 結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果顯示，聲強(qiáng)法能方便、準(zhǔn)確地測(cè)試全戶(hù)外式變電站的主變壓器的聲功率。但受場(chǎng)地的限制，用聲強(qiáng)法測(cè)試全戶(hù)內(nèi)、半戶(hù)內(nèi)布置變電站的主變壓器聲功率，測(cè)試結(jié)果受周?chē)瓷涿娴挠绊?，測(cè)試結(jié)果與用公式Lw2=Lp+10lgS計(jì)算結(jié)果差值較大，測(cè)試過(guò)程中應(yīng)想辦法消除這種影響。全戶(hù)外布置的變電站其主變壓器用聲強(qiáng)法聲功率測(cè)試結(jié)果與用公式Lw2=Lp+10lgS計(jì)算得出的聲功率級(jí)差別相對(duì)較小?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，應(yīng)注意現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速的變化，需嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T16404.1-1996進(jìn)行操作，以免影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

〔1〕林福忠，王榮杰.基于聲強(qiáng)法的通風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量研究及應(yīng)用〔J〕.寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào).2007，19(4):31-34.

〔2〕GB/T16404.1-1996聲學(xué)聲強(qiáng)法測(cè)定噪聲源的聲功率級(jí) 第1部分離散點(diǎn)上的測(cè)量〔S〕.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.

〔3〕GB/T1094.10-2003電力變壓器 第10部分:聲級(jí)測(cè)定〔S〕.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.