220kV变电站变压器噪声衰减预测研究

米静洁， 岳元东， 谢毅霏

（山西省电力勘测设计院，山西 太原 030001）

引 言

随着社会的进步和城市化进程的加快，居民与变电站及输电线路的接触日益增多，有关噪声的投诉和纠纷也日益增多。

从山西省已经投产运行的220kV变电站的厂界噪声看，有些变电站存在厂界噪声偏高问题，采用简单的点声源或体声源进行噪声预测时，结果都不理想，投运后的厂界噪声监测结果与环境评价时的预测结果也存在较大差距。因此，对220kV变电站的厂界噪声的特性和传播规律的研究是非常必要的。

为了找到更接近实际的预测方法，本文对山西省一些已经运行的220kV变电站的变压器进行了噪声实测，通过线性拟合（回归相关分析）得出合理的噪声衰减预测公式。

1 监测布点原则及监测项目

1.1 监测射线分类及监测项目

在变电站实际噪声衰减中，因为所处的位置不同，可能会产生不同的声学衰减特性。因此，将处在不同空间位置的射线根据其相似性分为4类：第1类为变压器边角出线；第2类为变压器正面出线；第3类为2台变中间射线，射线监测原则布点图见图1；第4类为单台变射线，射线监测原则布点图见图2。测点垂直高度为1.5m，监测项目为A声级。

图1 变压器边角射线、2台变中间射线、变压器正侧射线示意图

图2 单台变射线

本文对张礼、东鸣等5个变电站进行了监测，结果归类见第64页表1。

1.2 声功率级的监测布点原则及监测项目

监测轮廓线设在设备轮廓线的外围1m处，按220kV变压器的常规高度（4m～5m）设2条轮廓线，分别位于油箱高度1／3处和2／3处的水平面上。测点布置在轮廓线上，等距离布点，间隔为1m。监测项目为A声级。声功率级监测原则布点图见第64页图3。

表1 实测射线分类情况

图3 包络面监测原则布点图

2 各射线实测值与距离的线性拟合

2.1 线性拟合方案的确立

变压器不是一个点声源，而是由多个小体声源合成的一个不均匀的大体声源，如，变压器本体电磁噪声、冷却风机噪声及设备运行过程中产生的振动噪声等［1－2］。对于变压器噪声对环境影响的预测，理应采用多声源叠加模式进行预测，但在现场测试中，变压器的各声源是分不开的，无法用多声源叠加方法进行预测，因此，我们采用线性拟合（回归相关分析）的方法来找到变压器不同射线的噪声衰减公式。

进行对数线性拟合是基于以下几方面因素考虑的：

1）本次监测的射线布置基本在自由场中，射线上方及两侧没有遮挡体，周围环境中也没有其他固定的噪声源，噪声衰减符合对数衰减规律；

2）对射线进行了分类，可以排除声源的差别对衰减公式系数的影响；

3）本次监测的数值一般都在50dB以上，环境的背景值一般在30dB～35dB，从声压级叠加角度考虑，可以不考虑环境背景噪声的影响；

4）由于采用包络面法对变压器的声功率级进行监测，拟合的曲线可以用声功率级预测公式进行对比修正。

2.2 线性拟合结果分析

为了便于直观了解衰减规律，我们选了有代表性的变电站的射线监测数据，在平面坐标系中绘制了2种声压级折线图，见图4～图7。一种折线图的横坐标取射线的实际距离值，另一种折线图横坐标取射线距离的对数值。

从图4、图6可以看出，取射线实际距离，分布呈曲线形态；从图5和第65页图7可以看出，当距离取对数后，分布趋向于直线形态。说明采用对数拟合方法是比较合适的。

图4 东鸣射线等距衰减图

图5 东鸣射线对数衰减图

图6 马庄射线等距衰减图

3 分类射线拟合预测公式

3.1 预测公式的拟合

对同类射线利用下述拟合公式计算声压级。计算声压级时用的2个公式基本形式为：

利用声功率级计算声压级，见第65页式（1）。

图7 马庄射线对数衰减图

Lw取变压器包络面计算的声功率级，见式（2）。

利用实测值计算声压级，见公式（3）。

式中：r0为几何中心、虚拟声源中心到参考点的距离，Lr0取射线r0（m）处实测的声压级。

设备虚拟声源中心点的确定方法［3］：

变压器包络面上实测点与虚拟声源中心点的位置如图8所示。

图8 变压器包络面上实测点与虚拟声源中心点的位置

如图8，我们设定变压器包络面上2点的A计权声压级为LA（ra）、LA（rb），它们距虚拟声源中心点的距离分别为ra、rb，且ra＋rb＝R。

将LA（ra）、LA（rb）分 别 代 入 公 式LA（ra）＝LWA－20lgr－8中，进行公式转换后得式（4）。

将rb＝R－ra代入式（4），得式（5）。

式中：LA（ra）、LA（rb）、R都为已知数据，从而可以推出ra、rb。

3.2 射线的总体拟合结果

1类射线取监测的10条中8条相关性好的射线（剔除东鸣1号、大堡头1号射线）；2类射线取监测的9条中7条相关性好的射线（剔除大堡头2、4号射线）；3类射线共监测了3条；4类射线取监测的6条中5条相关性好的射线（剔除杨家堡1号射线）；将其距离衰减系数的平均值作为b值。拟合的计算公式见表2。

表2 b值取距离衰减系数的平均值的拟合计算公式

设LA（r1）是以几何中心为起点，用声功率级计算的声压级；LA（r2）是以几何中心为起点，用r0m处实测声压级计算的声压级；LA（r3）是以虚拟声源中心为起点，用声功率级计算的声压级；LA（r4）是以虚拟声源中心为起点，用r0m处实测声压级计算的声压级。

对应几何中心、虚拟声源中心为起始点，对4类射线用拟合的预测公式所计算的声压级与实测声压级进行相关分析。令实测声压级为X，计算的声压级为Y，得到线性相关公式：Y＝a′＋b′X，4类射线实测值与计算值相关分析结果的平均值见表3。从表3数据可以看出，射线的计算值与实测值相关性较好，其 中 1 类射 线 的LA（r3）和LA（r4）、2 类 射 线 的LA（r3）和LA（r4）、4类射线的LA（r1）和LA（r2）与实测值比较接近，即近似等于1。

表3 射线实测噪声声压级与计算噪声声压级回归结果

3.3 射线再次相关分析的结果

对4类射线的10组数据的距离衰减系数b值进行调整，使得计算值与实测值相关性较好，即近似等于1。调整后的1、2、3、4类射线的b值分别取24、20、20、20。4类射线相关分析结果的平均值见表4。

表4 实测噪声声压级与计算噪声声压级回归结果均值

4 推荐公式及参数选取

推荐的预测公式与常规预测公式型式相同，只是参数有所变化，推荐的预测公式如式（6）。

1）用声功率级预测的公式，见式（6）。

式中：Lr为距主要声源r（m）处的声压级［dB（A）］；Lw为声源设备的声功率级；b为距离衰减系数；r为预测点距声源中心（或声源几何中心）的距离，m；8为以半球面（地面源）辐射的声源特征常数，以球面体（较高的空间源）辐射的声源特征常数取11。

此公式用于声源点到预测点没有明显遮挡体的情况，考虑到变电站总体面积（边长）不大，没有考虑空气吸声作用。若考虑空气吸声作用后，厂界噪声预测值还可降低约0.5dB～1.0dB。

2）用参考点声压级预测的公式，见式（7）。

式中：Lr为距主要声源r（m）处的声压级［dB（A）］；Lr0为参考点r0处的声压级dB（A）；r，r0分别为预测点、参考点距声源中心（或声源几何中心）的距离（m），当给定设备边缘1m处的声压级时，r0应取1＋设备声源中心（或几何中心）距设备边缘距离；b为距离衰减系数。

3）预测公式的参数的选择

对于220kV变压器，式（6）、（7）参数选择建议值见表5。

表5 预测计算的参数选择建议值

5 结论及建议

本次研究利用了大量的实测数据，在不违反噪声随距离呈对数衰减的基本规律前提下，进行了实测值与距离的相关分析，计算值和实测值的相关分析。通过相关分析，推荐的预测公式的计算值和实测值的相关系数接近0.98以上，截距接近0，斜率接近1。可见，推荐公式可用于变电站噪声的预测，在变电站设备订货和总平面布置中，可进行简单预测来确定变压器设备订货时的噪声技术要求，或通过优化总平面布置来满足厂界噪声标准要求。

［1］李冰，胡国清.降低变压器噪声的措施初探［J］.变压器，2004（8）：40－42.

［2］周贤士.中小型变压器噪声［J］.变压器，2006（11）：1－9.

［3］郭欣.220kV变电站变压器噪声研究［J］.科技情报开发与经济，2011（8）：192－194.