電力電容器的可聽噪聲測量技術

于福財

（華電濰坊發電有限公司，山東 濰坊 261204）

0 引 言

我國經濟日益發展，越來越多的高壓電流與輸電系統應用到工業生產一線。由于電力電容器工作在高壓、特高壓的條件下，密度大，往往占據換流站中相當大的面積，且往往暴露在較高處的電容器塔架上，使得其噪聲傳播范圍更廣，因此其噪聲水平顯著且難以治理，成為了換流站中的主要噪聲輻射設備。電力電容器噪聲測試研究表明，濾波器附近的噪聲水平最大可以達到89.7 dB（A計權），而人長期暴露在85 dB（A計權）的噪聲環境下，聽覺系統和神經系統便會受到損害。因此，電力電容器的可聽噪聲污染已成為一個不可忽視的問題。事實上，噪聲污染也已經成為輸電設備附近老百姓投訴的重點，對人們正常的生產生活造成了危害。隨著人們生活質量的提高和環保意識的增強，換流站的噪聲污染，特別是電力電容器噪聲污染已成為一個急需解決的突出矛盾問題。而在噪聲控制工作中，對電力電容器噪聲進行準確、高效的測量，是開展電容器噪聲特性研究、評估其噪聲水平的基礎，對噪聲防治有著重要意義。

1 測量方法概述

在電力電容器噪聲測量的過程中存在3個主要物理量：聲壓、聲強和聲功率，它們代表的含義各不相同[1]。

聲壓是為了描述聲波過程引入的物理量。當有聲波作用于媒質時，組成媒質的微粒的雜亂運動就被附加了一個有規律的運動，這使得媒質內同一部分一會兒稠密，一會兒稀疏，因此聲波的傳播實際上是媒質內稠密和稀疏的交替過程，這樣的變化過程可以用媒質壓強、密度、溫度等量的變化來描述。對于聲壓、聲強和聲功率的度量問題，由于聲振動的能量范圍極其廣闊，因此使用對數標度要比絕對標度方便些；并且從聲音接收來講，這更接近于與強度的對數成正比。基于這些原因，聲學中普遍使用對數標度來度量這些物理量，單位用dB（分貝）表示。

人耳對聲壓級的數量概念大致表現為，對頻率為1 kHz聲音的可聽閾為0 dB，微風輕輕吹動樹葉的聲音約14 dB，在房間中高聲講話（相距1 m）聲約68～74 dB，飛機發動機聲音（相距5 m處）約140 dB。

對噪聲源聲功率級的測量是一項基本的聲學測量，可以在消聲室、半消聲室、混響室等環境條件下進行。采用的測試環境不同，所測得的聲功率級也會隨之有所差異。

聲強法不會受測試環境的限制，具有更好的抗背景噪聲能力，但聲強法需要專用設備，價格昂貴，測試成本過高，因此目前還只能應用于實驗研究，無法得到廣泛應用。相比之下，聲壓法測試設備簡單，測試效率也更高，因此應用較為廣泛。但聲壓法也有著容易受背景噪聲、測試環境、氣象條件、測試距離、測點數目、傳聲器的指向性特性等因素的影響的缺點。因此在采用聲壓法測量噪聲源聲功率級時，為了保證測量精度，對測試方法進行研究是十分有必要的。

對噪聲聲功率級的測量，采用不同測量方法、采用同樣的測量方法但采用不同的測量距離和測點布置，最終得到的測量結果都會有所差異，對不同測量方式產生的不同結果進行對比分析，對于提高電力電容器噪聲聲功率級測量準確性有著重要意義。

2 不同測量標準的差異

2.1 測量原理

采用聲壓法測定電力電容器噪聲的聲功率級，首先就要建立聲壓與聲功率級之間的聯系[2]。

聲壓與聲功率沒有直接的關系，但是聲強卻與聲功率有著確切的關系；而且在以空氣為介質的自由聲場中，聲強與聲壓有著較為簡單的近似關系。

在實際的測量過程中，工作人員計算的是綜合所有布置在聲源附近的測點所收集到的聲壓值結果所得到的一個均值。

2.2 現行的測量方法

現行的應用較廣泛的基于聲壓測量聲功率級的方法有GB/T 28543、GB/T 32524.1以及GB/T 6882，它們均是在被測聲源外部的包絡面上布置一定數量的測點，布置方式各有不同[3]。

GB/T 28543的測點布置方式如下。電力電容器基準發射面構成的長方體（包括套管）各面分別沿各自法線方向向外平移0.3 m，這樣就構成了一個更大的長方體，該長方體各個面所圍成的表面即為測量表面，電力電容器的測量輪廓線應位于測量表面上。將測量表面各邊按長度由大到小依次分為長、寬、高。將4條長邊3等分，將等高的各等分點連接從而構成兩個位于平行平面上的矩形；同理也將4條寬邊3等分，構成2個矩形；再將4條最短的邊2等分，連接等分點構成1個矩形。這樣形成的5個矩形就是電力電容器的測量輪廓線。測點應位于規定的測量輪廓線上，彼此間距大致相等，且間隔不得大于0.4 m，測量輪廓線的每條邊上至少設置1個測點。對于只設置1個測點的邊，應將測點設置在該邊的中點上。

GB/T 6882規定了20點和40點的測點布置方法，本論文采用20點法來用于對比分析。測量半徑應滿足如下要求：不小于被測聲源特征尺寸的2倍且同時不小于聲源聲學中心距地面距離的3倍；不小于測量頻率范圍中最低頻率的波長；不小于1 m。測量面應全部位于半消聲室內部空間。

2.3 3種方法的差異

3種測量方法的差異主要體現在測量面形狀的選取，包絡面是否完全封閉，以及測點的布置方式與數量上。

GB/T 6882采用的是半球形或球形的包絡面，且需要保證測量半徑不小于測量對象特征尺寸的兩倍大小，這樣的測量距離足夠將測量對象近似為點源，其發出的聲波可以被近似為球面波。因此按GB/T 6882布置的測點所測得的聲壓更能接近同一聲波波陣面上的聲壓，測量結果與另外二種標準有所差異。而GB/T 28543和GB/T 32524.1采用的是平行六面體測量面，這是考慮到實際測量對象電力電容器單元的箱殼往往是一個平行六面體。

GB/T 6882的半球形測量面和GB/T 32524.1的平行六面體測量面，都是布置在半消聲室的測量環境中，測點所測得的是直達聲波和由地面反射出的聲波的疊加的混響聲；而GB/T 28543規定的測量環境是消聲室環境，所測量的是不存在反射波的直達波，這一差異應會使3種測量方法測得的聲壓級結果出現顯著的差別。但聲功率級是聲源的固有屬性，不應隨測量方法的改變而改變，理論上應不會使3種測量方法呈現的聲功率級結果出現太大的偏差。

GB/T 6882的半球法所采用的20個測點坐標是固定數值的，每個測點所對應的面積大小相等，這符合電力電容器規范工作的要求，即每個聲強值所對應的面積元大小應相等，如此求得的聲功率才是準確的。而GB/T 28543和GB/T 32524.1都采用平行六面體測量面，假設每個測點對應的面積相同，這也會成為造成半球形測量面測量結果和平行六面體測量面的差異的原因。GB/T 28543的測量距離較近，測點布置也更密集，會隨測量面尺寸的變化來調整；GB/T 32524.1的測量距離較遠些，測點數量和布置方式固定，這又會使GB/T 28543與GB/T 32524.1的測量結果出現差異。

3 結 論

本文主要介紹了電力電容器噪聲測量的過程中存在的3個主要物理量：聲壓、聲強和聲功率，它們代表的含義各不相同，然后重點分析了聲壓測量聲功率級的3種方法，即GB/T 28543、GB/T 32524.1以及GB/T 6882，并闡述了3種方法的差異。