电力电容器的可听噪声测量技术

于福财

（华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204）

0 引 言

我国经济日益发展，越来越多的高压电流与输电系统应用到工业生产一线。由于电力电容器工作在高压、特高压的条件下，密度大，往往占据换流站中相当大的面积，且往往暴露在较高处的电容器塔架上，使得其噪声传播范围更广，因此其噪声水平显著且难以治理，成为了换流站中的主要噪声辐射设备。电力电容器噪声测试研究表明，滤波器附近的噪声水平最大可以达到89.7 dB（A计权），而人长期暴露在85 dB（A计权）的噪声环境下，听觉系统和神经系统便会受到损害。因此，电力电容器的可听噪声污染已成为一个不可忽视的问题。事实上，噪声污染也已经成为输电设备附近老百姓投诉的重点，对人们正常的生产生活造成了危害。随着人们生活质量的提高和环保意识的增强，换流站的噪声污染，特别是电力电容器噪声污染已成为一个急需解决的突出矛盾问题。而在噪声控制工作中，对电力电容器噪声进行准确、高效的测量，是开展电容器噪声特性研究、评估其噪声水平的基础，对噪声防治有着重要意义。

1 测量方法概述

在电力电容器噪声测量的过程中存在3个主要物理量：声压、声强和声功率，它们代表的含义各不相同[1]。

声压是为了描述声波过程引入的物理量。当有声波作用于媒质时，组成媒质的微粒的杂乱运动就被附加了一个有规律的运动，这使得媒质内同一部分一会儿稠密，一会儿稀疏，因此声波的传播实际上是媒质内稠密和稀疏的交替过程，这样的变化过程可以用媒质压强、密度、温度等量的变化来描述。对于声压、声强和声功率的度量问题，由于声振动的能量范围极其广阔，因此使用对数标度要比绝对标度方便些；并且从声音接收来讲，这更接近于与强度的对数成正比。基于这些原因，声学中普遍使用对数标度来度量这些物理量，单位用dB（分贝）表示。

人耳对声压级的数量概念大致表现为，对频率为1 kHz声音的可听阈为0 dB，微风轻轻吹动树叶的声音约14 dB，在房间中高声讲话（相距1 m）声约68～74 dB，飞机发动机声音（相距5 m处）约140 dB。

对噪声源声功率级的测量是一项基本的声学测量，可以在消声室、半消声室、混响室等环境条件下进行。采用的测试环境不同，所测得的声功率级也会随之有所差异。

声强法不会受测试环境的限制，具有更好的抗背景噪声能力，但声强法需要专用设备，价格昂贵，测试成本过高，因此目前还只能应用于实验研究，无法得到广泛应用。相比之下，声压法测试设备简单，测试效率也更高，因此应用较为广泛。但声压法也有着容易受背景噪声、测试环境、气象条件、测试距离、测点数目、传声器的指向性特性等因素的影响的缺点。因此在采用声压法测量噪声源声功率级时，为了保证测量精度，对测试方法进行研究是十分有必要的。

对噪声声功率级的测量，采用不同测量方法、采用同样的测量方法但采用不同的测量距离和测点布置，最终得到的测量结果都会有所差异，对不同测量方式产生的不同结果进行对比分析，对于提高电力电容器噪声声功率级测量准确性有着重要意义。

2 不同测量标准的差异

2.1 测量原理

采用声压法测定电力电容器噪声的声功率级，首先就要建立声压与声功率级之间的联系[2]。

声压与声功率没有直接的关系，但是声强却与声功率有着确切的关系；而且在以空气为介质的自由声场中，声强与声压有着较为简单的近似关系。

在实际的测量过程中，工作人员计算的是综合所有布置在声源附近的测点所收集到的声压值结果所得到的一个均值。

2.2 现行的测量方法

现行的应用较广泛的基于声压测量声功率级的方法有GB/T 28543、GB/T 32524.1以及GB/T 6882，它们均是在被测声源外部的包络面上布置一定数量的测点，布置方式各有不同[3]。

GB/T 28543的测点布置方式如下。电力电容器基准发射面构成的长方体（包括套管）各面分别沿各自法线方向向外平移0.3 m，这样就构成了一个更大的长方体，该长方体各个面所围成的表面即为测量表面，电力电容器的测量轮廓线应位于测量表面上。将测量表面各边按长度由大到小依次分为长、宽、高。将4条长边3等分，将等高的各等分点连接从而构成两个位于平行平面上的矩形；同理也将4条宽边3等分，构成2个矩形；再将4条最短的边2等分，连接等分点构成1个矩形。这样形成的5个矩形就是电力电容器的测量轮廓线。测点应位于规定的测量轮廓线上，彼此间距大致相等，且间隔不得大于0.4 m，测量轮廓线的每条边上至少设置1个测点。对于只设置1个测点的边，应将测点设置在该边的中点上。

GB/T 6882规定了20点和40点的测点布置方法，本论文采用20点法来用于对比分析。测量半径应满足如下要求：不小于被测声源特征尺寸的2倍且同时不小于声源声学中心距地面距离的3倍；不小于测量频率范围中最低频率的波长；不小于1 m。测量面应全部位于半消声室内部空间。

2.3 3种方法的差异

3种测量方法的差异主要体现在测量面形状的选取，包络面是否完全封闭，以及测点的布置方式与数量上。

GB/T 6882采用的是半球形或球形的包络面，且需要保证测量半径不小于测量对象特征尺寸的两倍大小，这样的测量距离足够将测量对象近似为点源，其发出的声波可以被近似为球面波。因此按GB/T 6882布置的测点所测得的声压更能接近同一声波波阵面上的声压，测量结果与另外二种标准有所差异。而GB/T 28543和GB/T 32524.1采用的是平行六面体测量面，这是考虑到实际测量对象电力电容器单元的箱壳往往是一个平行六面体。

GB/T 6882的半球形测量面和GB/T 32524.1的平行六面体测量面，都是布置在半消声室的测量环境中，测点所测得的是直达声波和由地面反射出的声波的叠加的混响声；而GB/T 28543规定的测量环境是消声室环境，所测量的是不存在反射波的直达波，这一差异应会使3种测量方法测得的声压级结果出现显著的差别。但声功率级是声源的固有属性，不应随测量方法的改变而改变，理论上应不会使3种测量方法呈现的声功率级结果出现太大的偏差。

GB/T 6882的半球法所采用的20个测点坐标是固定数值的，每个测点所对应的面积大小相等，这符合电力电容器规范工作的要求，即每个声强值所对应的面积元大小应相等，如此求得的声功率才是准确的。而GB/T 28543和GB/T 32524.1都采用平行六面体测量面，假设每个测点对应的面积相同，这也会成为造成半球形测量面测量结果和平行六面体测量面的差异的原因。GB/T 28543的测量距离较近，测点布置也更密集，会随测量面尺寸的变化来调整；GB/T 32524.1的测量距离较远些，测点数量和布置方式固定，这又会使GB/T 28543与GB/T 32524.1的测量结果出现差异。

3 结 论

本文主要介绍了电力电容器噪声测量的过程中存在的3个主要物理量：声压、声强和声功率，它们代表的含义各不相同，然后重点分析了声压测量声功率级的3种方法，即GB/T 28543、GB/T 32524.1以及GB/T 6882，并阐述了3种方法的差异。