淺談電力電容器的可聽噪聲測(cè)量技術(shù)與選型

時(shí)間：2021-03-04作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：785

楊馨

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 

【摘要】換流站是直流輸電系統(tǒng)中不可或缺的要組成部分。而電力電容器裝置是換流站中的要設(shè)備，它用于濾波和無功補(bǔ)償，改善電壓質(zhì)量和提高輸電線路的輸電能力。大量交流濾波器、并聯(lián)電容器組等裝置布置在換流站中，電容器裝置流過頻率豐富的諧波電流，且幅值較高。通常，相比變壓器和電抗器，電力電容器噪聲要小得多，因此過去電力電容器噪聲問題并未得到太大視?；诖?，介紹了電力電容器的可聽噪聲測(cè)量的內(nèi)涵，提出了不同測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)方法的差異與比較。

【關(guān)鍵詞】電力電容器；可聽噪聲；測(cè)量技術(shù)

 

引言

我國經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展，越來越多的高壓電流與輸電系統(tǒng)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)*。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(jù)換流站中相當(dāng)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(shè)備。電力電容器噪聲測(cè)試研究表明，濾波器附近的噪聲水平可以達(dá)到89.7dB（A計(jì)權(quán)），而人長期暴露在85dB（A計(jì)權(quán)）的噪聲環(huán)境下，聽覺系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)便會(huì)受到損害。因此，電力電容器的可聽噪聲污染已成為一個(gè)不可忽視的問題。事實(shí)上，噪聲污染也已經(jīng)成為輸電設(shè)備附近老百姓投訴的點(diǎn)，對(duì)人們正常的生產(chǎn)生活造成了危害。隨著人們生活質(zhì)量的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，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(gè)急需解決的矛盾問題。而在噪聲控制工作中，對(duì)電力電容器噪聲進(jìn)行準(zhǔn)確、的測(cè)量，是開展電容器噪聲特性研究、評(píng)估其噪聲水平的基礎(chǔ)，對(duì)噪聲防治有著要意義。

 

一 測(cè)量方法概述

在電力電容器噪聲測(cè)量的過程中存在3個(gè)主要物理量：聲壓、聲強(qiáng)和聲功率，它們代表的含義各不相同。聲壓是為了描述聲波過程引入的物理量。當(dāng)有聲波作用于媒質(zhì)時(shí)，組成媒質(zhì)的微粒的雜亂運(yùn)動(dòng)就被附加了一個(gè)有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，這使得媒質(zhì)內(nèi)同一部分一會(huì)兒稠密，一會(huì)兒稀疏，因此聲波的傳播實(shí)際上是媒質(zhì)內(nèi)稠密和稀疏的交替過程，這樣的變化過程可以用媒質(zhì)壓強(qiáng)、密度、溫度等量的變化來描述。對(duì)于聲壓、聲強(qiáng)和聲功率的度量問題，由于聲振動(dòng)的能量范圍廣闊，因此使用對(duì)數(shù)標(biāo)度要比標(biāo)度方便些；并且從聲音接收來講，這接近于與強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比?；谶@些原因，聲學(xué)中普遍使用對(duì)數(shù)標(biāo)度來度量這些物理量，單位用dB（分貝）表示。

人耳對(duì)聲壓級(jí)的數(shù)量概念大致表現(xiàn)為，對(duì)頻率為1kHz聲音的可聽閾為0dB，微風(fēng)輕輕吹動(dòng)樹葉的聲音約14dB，在房間中高聲講話（相距1m）聲約68～74dB，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音（相距5m處）約140dB。

對(duì)噪聲源聲功率級(jí)的測(cè)量是一項(xiàng)基本的聲學(xué)測(cè)量，可以在消聲室、半消聲室、混響室等環(huán)境條件下進(jìn)行。采用的測(cè)試環(huán)境不同，所測(cè)得的聲功率級(jí)也會(huì)隨之有所差異。

聲強(qiáng)法不會(huì)受測(cè)試環(huán)境的限制，具有好的抗背景噪聲能力，但聲強(qiáng)法需要設(shè)備，價(jià)格昂貴，測(cè)試成本過高，因此目前還只能應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究，無法得到廣泛應(yīng)用。相比之下，聲壓法測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)試效率也高，因此應(yīng)用較為廣泛。但聲壓法也有著受背景噪聲、測(cè)試環(huán)境、氣象條件、測(cè)試距離、測(cè)點(diǎn)數(shù)目、傳聲器的指向性特性等因素的影響的缺點(diǎn)。因此在采用聲壓法測(cè)量噪聲源聲功率級(jí)時(shí)，為了保證測(cè)量精度，對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行研究是十分有必要的。

對(duì)噪聲聲功率級(jí)的測(cè)量，采用不同測(cè)量方法、采用同樣的測(cè)量方法但采用不同的測(cè)量距離和測(cè)點(diǎn)布置，得到的測(cè)量結(jié)果都會(huì)有所差異，對(duì)不同測(cè)量方式產(chǎn)生的不同結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)于提高電力電容器噪聲聲功率級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確性有著要意義。

 

二 不同測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的差異

1.測(cè)量原理

采用聲壓法測(cè)定電力電容器噪聲的聲功率級(jí)，首先就要建立聲壓與聲功率級(jí)之間的聯(lián)系。

聲壓與聲功率沒有直接的關(guān)系，但是聲強(qiáng)卻與聲功率有著確切的關(guān)系；而且在以空氣為介質(zhì)的自由聲場(chǎng)中，聲強(qiáng)與聲壓有著較為簡(jiǎn)單的近似關(guān)系。

在實(shí)際的測(cè)量過程中，工作人員計(jì)算的是綜合所有布置在聲源附近的測(cè)點(diǎn)所收集到的聲壓值結(jié)果所得到的一個(gè)均值。

2.現(xiàn)行的測(cè)量方法

現(xiàn)行的應(yīng)用較廣泛的基于聲壓測(cè)量聲功率級(jí)的方法有GB/T28543、GB/T32524.1以及GB/T6882，它們均是在被測(cè)聲源外部的包絡(luò)面上布置一定數(shù)量的測(cè)點(diǎn)，布置方式各有不同。

GB/T28543的測(cè)點(diǎn)布置方式如下。電力電容器基準(zhǔn)**面構(gòu)成的長方體（包括套管）各面分別沿各自法線方向向外平移0.3m，這樣就構(gòu)成了一個(gè)大的長方體，該長方體各個(gè)面所圍成的表面即為測(cè)量表面，電力電容器的測(cè)量輪廓線應(yīng)位于測(cè)量表面上。將測(cè)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(diǎn)連接從而構(gòu)成兩個(gè)位于平行平面上的矩形；同理也將4條寬邊3等分，構(gòu)成2個(gè)矩形；再將4條的邊2等分，連接等分點(diǎn)構(gòu)成1個(gè)矩形。這樣形成的5個(gè)矩形就是電力電容器的測(cè)量輪廓線。測(cè)點(diǎn)應(yīng)位于規(guī)定的測(cè)量輪廓線上，彼此間距大致相等，且間隔不得大于0.4m，測(cè)量輪廓線的每條邊上至少設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)于只設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)的邊，應(yīng)將測(cè)點(diǎn)設(shè)置在該邊的中點(diǎn)上。

GB/T6882規(guī)定了20點(diǎn)和40點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)布置方法，本論文采用20點(diǎn)法來用于對(duì)比分析。測(cè)量半徑應(yīng)滿足如下要求：不小于被測(cè)聲源特征尺寸的2倍且同時(shí)不小于聲源聲學(xué)距地面距離的3倍；不小于測(cè)量頻率范圍中頻率的波長；不小于1m。測(cè)量面應(yīng)全部位于半消聲室內(nèi)部空間。

3.3種方法的差異

3種測(cè)量方法的差異主要體現(xiàn)在測(cè)量面形狀的選取，包絡(luò)面是否完全封閉，以及測(cè)點(diǎn)的布置方式與數(shù)量上。

GB/T6882采用的是半球形或球形的包絡(luò)面，且需要保證測(cè)量半徑不小于測(cè)量對(duì)象特征尺寸的兩倍大小，這樣的測(cè)量距離足夠?qū)y(cè)量對(duì)象近似為點(diǎn)源，其發(fā)出的聲波可以被近似為球面波。因此按GB/T6882布置的。

測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的聲壓能接近同一聲波波陣面上的聲壓，測(cè)量結(jié)果與另外二種標(biāo)準(zhǔn)有所差異。而GB/T28543和GB/T32524.1采用的是平行六面體測(cè)量面，這是考慮到實(shí)際測(cè)量對(duì)象電力電容器單元的箱殼往往是一個(gè)平行六面體。

GB/T6882的半球形測(cè)量面和GB/T32524.1的平行六面體測(cè)量面，都是布置在半消聲室的測(cè)量環(huán)境中，測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的是直達(dá)聲波和由地面反射出的聲波的疊加的混響聲；而GB/T28543規(guī)定的測(cè)量環(huán)境是消聲室環(huán)境，所測(cè)量的是不存在反射波的直達(dá)波，這一差異應(yīng)會(huì)使3種測(cè)量方法測(cè)得的聲壓級(jí)結(jié)果出現(xiàn)顯著的差別。但聲功率級(jí)是聲源的固有屬性，不應(yīng)隨測(cè)量方法的改變而改變，理論上應(yīng)不會(huì)使3種測(cè)量方法呈現(xiàn)的聲功率級(jí)結(jié)果出現(xiàn)太大的偏差。

GB/T6882的半球法所采用的20個(gè)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)是固定數(shù)值的，每個(gè)測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的面積大小相等，這符合電力電容器規(guī)范工作的要求，即每個(gè)聲強(qiáng)值所對(duì)應(yīng)的面積元大小應(yīng)相等，如此求得的聲功率才是準(zhǔn)確的。而GB/T28543和GB/T32524.1都采用平行六面體測(cè)量面，假設(shè)每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的面積相同，這也會(huì)成為造成半球形測(cè)量面測(cè)量結(jié)果和平行六面體測(cè)量面的差異的原因。GB/T28543的測(cè)量距離較近，測(cè)點(diǎn)布置也密集，會(huì)隨測(cè)量面尺寸的變化來調(diào)整；GB/T32524.1的測(cè)量距離較遠(yuǎn)些，測(cè)點(diǎn)數(shù)量和布置方式固定，這又會(huì)使GB/T28543與GB/T32524.1的測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)差異。

 

三 安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

1.產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測(cè)控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置。具有體積小，功耗低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?o:p style="box-sizing:border-box;list-style-type:none">

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動(dòng)尋找投入（切除），實(shí)現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

2.產(chǎn)品選型

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

3.產(chǎn)品實(shí)物展示

 

AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊

 

安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案

 

四 結(jié)論

本文主要介紹了電力電容器噪聲測(cè)量的過程中存在的3個(gè)主要物理量：聲壓、聲強(qiáng)和聲功率，它們代表的含義各不相同，然后點(diǎn)分析了聲壓測(cè)量聲功率級(jí)的3種方法，即GB/T28543、GB/T32524.1以及GB/T6882，并闡述了3種方法的差異。

 

參考文獻(xiàn)

[1]于福才.電力電容器的可聽噪聲測(cè)量技術(shù).

[2]汲勝昌，祝令瑜，沈 琪，等 . 換流站用交流濾波電容器的噪聲試驗(yàn)與仿真[J]. 高電壓技術(shù)，2011，37（12）： 2897-2903.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6版.

作者簡(jiǎn)介：楊馨，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娏﹄娙莓a(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用。


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