Page 93 - 《应用声学》2022年第6期

第 41 卷 第 6 期 赵亚林等： 高压换流站交流滤波器组相干噪声源声功率反演 939

确获取换流站内噪声源的声功率存在着诸多困难。 p (r, r s ) = wg(r, r s ) =
一方面，设备厂家提供的声功率参数一般在实验室 ( 1 ξ(r, r s ) )
w e −jkL d (r,r s ) + e −jkL r (r,r s ) ,
测量得到的，实验条件和运行环境等与实际工况往 L d (r, r s ) L r (r, r s )
往不一致。另一方面，当设备处于投运状态时，现有 (1)
声功率测量方法几乎无法实施。 式 (1) 中：g(r, r s ) 为半自由空间中点声源的格林函
针对声源声功率难以直接获取的问题，人们提 数，w 为与声源强度有关的声压系数，决定了点声源
出了参数反演技术，通过实测数据与声学模型的 的声功率，k = 2πf/c 1 为波数，L d 为直达路径长度，
计算结果对比分析来获得噪声源参数。目前，反演 L r 为反射路径长度，ξ 为地面反射系数，θ 表示发生
方法已应用于交通噪声的计算 [7−9] 。张景晨等 [10] 地面反射时的入射角，且有
利用经验与半经验模型将建立了一个关于噪声源 √
2
2
2
L d (r, r s ) = (x s − x) + (y s − y) + (z s − z) ,
强度的线性方程组，采用 Tikhonov 正则化算法求
√
2
2
2
解，得到高压换流变压器的声功率。经验与半经验 L r (r, r s ) = (x s − x) + (y s − y) + (z s + z) ,
模型主要基于 ISO 9613-2 标准 [11] ，该模型本质上 ξ(r, r s ) =
是几何声学理论和实验结果相结合的经验性公式， √ 2
ρ 2 c 2 cos θ(r, r s ) − ρ 1 c 1 1 − (c 2 sin θ(r, r s )/c 1 )
由于计算相对简单，目前主流的噪声预测软件，如 √ 2 ,
ρ 2 c 2 cos θ(r, r s ) + ρ 1 c 1 1 − (c 2 sin θ(r, r s )/c 1 )
Sound Plan [12] 、Cadna/A [13] 均采用了该模型。然 ( √ )
2
(x s − x) + (y s − y) 2
而经验与半经验模型给出的是声压级结果，相位信 θ(r, r s ) = tan −1 .
z s + z
息已被消除，因此无法应用于相干噪声源的声功率
反演。
r s/♭x s֒y s֒z s♯ T ρ  ֒ c 
交流滤波器组辐射声场是典型的相干声场，不
L d
仅A、B、C三相滤波器的辐射声场之间存在相干性，
r/♭x֒y֒z♯ T
单相滤波器内电抗器与电容器的辐射声场之间也 θ
存在相干性 [14] 。相干性使得辐射声场能量分布存
在同相叠加的局部极大与异相相消的局部极小值。 L r
因此对于相干噪声源的声功率反演，不仅需要考虑
噪声源的强度，还需要考虑噪声源之间的相对相位。 ∋ r s /♭x s ֒y s ֒֓z s ♯ T ρ  ֒ c 
几何声学理论将空间中的声场分布视为沿不同路
图 1 半自由空间点声源
径传播声线的贡献总和，具有直观的物理含义，且能
Fig. 1 Point source in half space
考虑声源的相位信息，在输变电工程的噪声计算方
面也得到了广泛的应用 [15−17] 。本文采用几何声学 1.2 电容器塔声学模型
理论对交流滤波器辐射声场进行建模，分析了相干 电容器塔由大量电容器单元按一定方式组成，
声场的空间分布特性，建立了相干噪声源声功率反 通常为多层结构，每层包含多个电容器单元，此外
演模型，并通过数值仿真和实验数据对该方法进行 还包括附属的支撑结构，如图2所示，其中电容器单
了验证。 元尺寸不超过0.3 m × 0.3 m × 0.6 m。目前在对整
个换流站进行噪声预测时，为了建模的方便和计算
1 基于几何声学理论的交流滤波器声学 的高效，普遍是把电容器塔模拟成单个竖直的线声
模型 源 [1,15,18] 。2020 年 8 月，中国电力企业联合标准会
颁布了《塔架式电力电容器装置噪声计算导则》(征
1.1 半自由空间点声源 求意见稿) [19] 。导则将每个电容器单元等效为自由
考虑一个由空气和大地组成的半自由空间 空间中的点声源，给出了单个电容器塔装置声压级
(图 1)，空气中声速为 c 1 ，密度 ρ 1 ，地面声速为 c 2 ，密 的工程计算方法，同时也指出在地面反射较强时，为
T
度为 ρ 2 。当位于 r s = [x s , y s , z s ] 的点声源以频率 方便工程计算，可认为噪声声压级较自由场时增加
T
f 向外辐射简谐声波时，测点 r = [x, y, z] 处的声 6 dB。这种工程近似忽略了地面反射引起的相位变
压是直达波和地面反射波相干叠加， 化，不能直接用于计算多个电容器塔的相干声场。