Page 147 - 《应用声学》2023年第6期

第 42 卷 第 6 期 刘杰等： 换流站电力电容器塔的噪声预测 1257

than the latter. The simplified point source modeling has similar prediction results as that of the line source
modeling. Both have no directivity and over-estimated total sound power. The simplified industrial building
modeling, which considers the sound directivity and shielding effects of the capacitor tower, is simple and can
predict the total sound power accurately.
Keywords: Capacitor tower; Sound prediction; Vibration acceleration; Sound interaction

0 引言 1 电容器单元的BEM模型

在高电压、大容量的输电系统中，滤波电容器 电容器在交变电流作用下，介质极板间受到电
装置大量应用于换流站中以避免换流过程中大量 场力的作用，使内部元件产生振动，元件的振动通过
谐波电流流入交流电网。电容器塔架装置一般都是 衬垫包封件和浸渍剂传给外壳而使箱壁振动并形
由数百个电容器单元按一定的阵列方式组成，通常 成噪声向空气中传播 [1] 。对于双调谐交流滤波电容
为5~12层结构，直流滤波电容器的塔架甚至达到30 器，其电流可表示为
多层，且每层包含多个电容器单元。电容器塔的单
sin h 2 ω 1 t, (1)
I = I 1 sin ω 1 t + I h 1 sin h 1 ω 1 t + I h 2
元数量多、声源位置高、中低频成分强，是换流站的
主要噪声源之一 [1−4] 。因此，在进行换流站规划设 式(1) 中，ω 1 为基波角频率，h 1 、h 2 分别为谐波次数；
计或后期降噪处理时，对电容器塔噪声的快速建模 I 1 为电容器上的基波电流；I h 1 、I h 2 分别为电容器上
计算显得尤为重要。 的h 1 和h 2 次谐波电流。
目前，对换流站进行噪声预测时，为了简化建 电场力正比于电流的平方，其作用频率为基频
模和高效计算，一般将电容器塔看作单个竖直的线 与谐频的 2 倍项及和差项。电容器内部作用机理复
声源或面声源 [5] ，并经常采用诸如 SoundPLAN 噪 杂、影响因素众多，难以对电容器电场分布、磁场
声预测评估软件进行计算 [6] 。孙新波等 [7] 将电容器 作用、受力情况、箱壁振动和辐射噪声等进行系统
塔等效为单个点声源或将电容器单元等效为点声 的分析。本文从电容器单元的箱壁表面振动的实验
源估算电容器塔辐射的噪声。郑中原等 [8] 将电容器 数据出发，借助 BEM 仿真预测电容器辐射的噪声。
塔看作是频率和相位相同的点声源组成的声阵列， 参考国家标准 [10] 对电容器单元的箱壁表面振动开

首先考虑各点源到受声点的声波传播距离差异引 展测试，所测电容器型号为AAM 6.3-470-1W，单元
起的相位差，计算出电容器单元在水平方向的指向 长度 L x 为 780 mm，宽度 L y 为180 mm，高度 L z 为
性；然后计算单个电容器塔的指向性；最后由电容 380 mm。在实验室内模拟实际应用中电容器的安
器单元的声功率级和电容器单元阵列的行数、列数、 装条件和运行工况，如图 1(a) 所示。加载噪声辐射
层数、行间距、列间距、层间距等参数计算电容器 水平较高的 BP11/13 滤波电容器工况，其基频加载
塔的等效声功率级。该方法进一步发展成了国家标 电流为 63.6 A，谐波成分包括 11次和 13次，电流分
准化指导性技术文件《声学 换流站声传播衰减计 别为36.3 A和11.4 A。
[9]
算 工程法》 。但上述方法均未考虑到电容器单元 电容器的箱壁是比较规则的正六面体，将其 6
的噪声辐射指向性和塔架上单元之间的遮挡作用， 个表面分别标记为 S1、S2、S3、S4、S5 和 S6，其中套
预测出来的结果往往存在一定的误差。 管所在表面为 S1。将电容器箱壁沿长度方向做 8 等
本文首先通过实验方法获得电容器单元的表 分、高度方向做4等分、宽度方向做2等分。面S1 和
面振动加速度，运用边界元法 (Boundary element S2 被等分为 8 个网格，面 S5 和 S6 被等分为 16 个网
method, BEM) 仿真技术计算电容器单元辐射的噪 格，面S3和S4被等分为32个网格，在网格中心点或
声，并与实测数据对比验证。然后建立电容器塔的 接近中心点位置布置加速度传感器 (型号INV9828，
BEM模型，并采用噪声预测评估软件对电容器塔进 灵敏度 500 mV/g，频率范围 0.2∼2500 Hz，质量
行建模，包括完整建模、简化为点声源、线声源和工 90 g)，其中面 S3 和 S4 因对称性仅测试面 S3，共设
业建筑物建模。最后对比分析 5 种电容器塔的噪声 置80个测点。运用16通道采集分析仪(INV3062A)
预测建模方法。 测试各点位的法向振动加速度，单组测试 16 个点