于福財(cái)

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

0 引 言

我國(guó)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)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(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(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最大可以達(dá)到89.7 dB（A計(jì)權(quán)），而人長(zhǎng)期暴露在85 dB（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重點(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)急需解決的突出矛盾問題。而在噪聲控制工作中，對(duì)電力電容器噪聲進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的測(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)噪聲防治有著重要意義。

1 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[1]。

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)的能量范圍極其廣闊，因此使用對(duì)數(shù)標(biāo)度要比絕對(duì)標(biāo)度方便些；并且從聲音接收來講，這更接近于與強(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1 kHz聲音的可聽閾為0 dB，微風(fēng)輕輕吹動(dòng)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音（相距5 m處）約140 dB。

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，具有更好的抗背景噪聲能力，但聲強(qiáng)法需要專用設(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)試效率也更高，因此應(yīng)用較為廣泛。但聲壓法也有著容易受背景噪聲、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，最終得到的測(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)確性有著重要意義。

2 不同測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的差異

2.1 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[2]。

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。

2.2 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/T 28543、GB/T 32524.1以及GB/T 6882，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[3]。

GB/T 28543的測(cè)點(diǎn)布置方式如下。電力電容器基準(zhǔn)發(fā)射面構(gòu)成的長(zhǎng)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(gòu)成了一個(gè)更大的長(zhǎng)方體，該長(zhǎng)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(zhǎng)度由大到小依次分為長(zhǎng)、寬、高。將4條長(zhǎng)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條最短的邊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0.4 m，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/T 6882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)中心距地面距離的3倍；不小于測(cè)量頻率范圍中最低頻率的波長(zhǎng)；不小于1 m。測(cè)量面應(yīng)全部位于半消聲室內(nèi)部空間。

2.3 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/T 6882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/T 6882布置的測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的聲壓更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/T 28543和GB/T 32524.1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/T 6882的半球形測(cè)量面和GB/T 32524.1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/T 28543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/T 6882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/T 28543和GB/T 32524.1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/T 28543的測(cè)量距離較近，測(cè)點(diǎn)布置也更密集，會(huì)隨測(cè)量面尺寸的變化來調(diào)整；GB/T 32524.1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/T 28543與GB/T 32524.1的測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)差異。

3 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，然后重點(diǎn)分析了聲壓測(cè)量聲功率級(jí)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。