声强法在变电站变压器声功率测试中的应用

阳金纯，周建飞，吕建红，周年光

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙410007)

随着电网建设的发展，变电站的噪声越来越受公众的关注，由此引起的纠纷和投诉也越来越多。变压器是变电站的主要噪声源，如何方便、快速、准确地测量器声功率值，直接关系到变电站噪声影响的预测、评估的准确性和噪声控制设计。传统的声功率级测量主要采用声压测试法和声功率测试法，前者受周围环境的影响较大，后者需要特殊的声环境，均不利于变压器声强级的现场测试。文中提出采用声强测试法测试声强级，再通过计算得出声功率级。经现场应用证明，与传统测试方法相比，该方法适用于变压器的声功率值的现场快速测定。

1 声强法测试声功率的基本原理

在声场中某一点上，与指定方向垂直的单位面积上单位时间内通过的平均声能为声强〔1〕，单位为W/m2，即:

在偏离被测物包络面法线方向ω角度时声强为:

声强测量采用双传声器方法，利用声压梯度变化来近似求得质点振动速度u2(t)〔1〕:

其中I0是基准声强 (I0=1×10-12W/m2)，是与单位法向矢量n定义的测量表面垂直的声分量。

局部声功率〔2〕:

其中W0为基准声功率 (10-12W)

从公式 (7)，(8)可得在自由声场中:

现场采集的是声强级LIi频谱数据，那么得到的声功率LWi也是频谱，如要计算总的声功率，把所有频率能量叠加。声强和声功率级能量叠加公式:

3 现场监测

采用如下测试设备:北京某公司生产的声强测试系统，包括MC3022型两通道数据采集仪、SI512型声强探头、MA221前置放大器、Ⅰ型MP231声强测试传声器。两对置传声器间可配置8.5，12，50 mm的间隔各1个，分别对应250～5 000 Hz，160～5 000 Hz，63～1 250 Hz频率测试范围;杭州某公司产AWA6270+噪声频谱测试仪，Ⅰ级;美国某公司200LR型手持式激光测距仪、AWA6221型声校准器、TEST0435型数字风速仪。

3.1 监测布点

(1)声功率测试

为保证人身安全，测试时必须和带电设备保持足够的安全距离，因此不可能对变压器进行不同高度 的 声 强 测 试， 结 合GB/T 16404.1-1996，GB/T 1094.10-2003这2个标准，在变压器四周的包络面1/2高度处的轮廓线上均匀布点，相当于把被测设备的包络面划分为N(N为测点数)个相等的面元，分别进行声强测试。

(2)声压级测试

主变压器噪声布点，参考 GB/T1094.10-2003，在主变压器轮廓线上均匀布点〔3〕。

3.2 监测方法

(1)测试前对声强探头上的各传声器进行校准，若连接声强探头带联络线的，要对该探头带线一起分别对1，2通道进行校准。

(2)测试时探头上的传声器要加风罩，若现场风速大于2 m/s，应停止测试，待风速满足测试要求后，再进行数据采集。若主设备上有冷却风扇，测点距风扇的距离要先通过风速仪测试风速，测试距离根据测试风速调整确定。

(3)每次进行声强探头的正、反测量，即在测试每个测点时把传声器方向反转180°分别进行测量，注意采集数据的变化。

(4)对每台主变压器分别用不同的传声器间隔测试，保证测试结果频率 (1/3OCT)覆盖范围为63～5 000 Hz。

(5)对每台主变压器进行声强测试的同时，用AWA6270+噪声频谱测试仪对主变的声压级1/3倍频程频谱进行测试。

3.3 结果分析

表1列举了主变压器的布置方式、冷却方式，测点距主变压器包络面的距离X、测点个数N(即将包络面划分为N个子面元)等参数。测试高度为主变包络面高度的1/2。

表1 各变电站主变声功率测试参数

由声强测试系统数据采集仪采集的为1/3倍频程内的各个频点的声强级，利用将多个测点数据分别计算每个频点处的平均声强级，并按照公式(9)计算每个频点处的平均声功率级，然后再按公式 (11)对所有频点的声功率级进行能量叠加，得到变压器总的声功率级，同时对主变压器声压级频谱测试结果进行能量平均，以便利用公式Lw=Lp+10lgS计算得到的声功率级与声强测试得到的声功率级进行比较，具体计算结果见表2。

用公式Lw2=Lp+10lgS计算出的声功率级与用声强级测试出的声功率级比较结果见表3。

从表3可知，全户外布置的变电站其主变压器声强法声功率测试结果与计算得出的声功率级差别相对较小。半户内布置的变电站主变压器声功率测试值与计算声功率值之间的差别较显著，其它全户内式变电站变压器声功率差别更显著，测试值均小于理论计算值，原因是受变压器周围反射面的影响。

表2 声强级、声功率级数据转换表(以H变电站#1主变为例) dBA

表3 主变压器声功率测试值与理论计算值比较 dBA

4 结论

现场测试结果显示，声强法能方便、准确地测试全户外式变电站的主变压器的声功率。但受场地的限制，用声强法测试全户内、半户内布置变电站的主变压器声功率，测试结果受周围反射面的影响，测试结果与用公式Lw2=Lp+10lgS计算结果差值较大，测试过程中应想办法消除这种影响。全户外布置的变电站其主变压器用声强法声功率测试结果与用公式Lw2=Lp+10lgS计算得出的声功率级差别相对较小。现场测试时，应注意现场风速的变化，需严格按照标准GB/T16404.1-1996进行操作，以免影响数据的准确性。

〔1〕林福忠，王荣杰.基于声强法的通风机噪声测量研究及应用〔J〕.宁波工程学院学报.2007，19(4):31-34.

〔2〕GB/T16404.1-1996声学声强法测定噪声源的声功率级 第1部分离散点上的测量〔S〕.北京:中国标准出版社，1996.

〔3〕GB/T1094.10-2003电力变压器 第10部分:声级测定〔S〕.北京:中国标准出版社，2003.