对荆门1000kV特高压变电站高抗附近噪声采样研究

　　随着我国工业化、城镇化的快速发展，电力需求也随之不断增加。与此同时，我国能源资源与电力需求呈远距离、逆向分布，超高压输电已无法满足发展需求。因此，发展远距离、大容量特高压输电技术成为大势所趋.我国于 2009 年 1 月投入运行，并于 2011 年 12 月完成扩建的晋东南-南阳-荆门 1000 kV 特高压交流输电项目是世界上第一条正式投入商业运行的特高压输电线路。它的建成，标志着我国在特高压输电技术方面已跻身世界前列。

　　然而，在变电站噪声控制水平方面，我国仍与国外有一定差距。在实际测量过程中发现，荆门1000 kV 特高压变电站并联电抗器附近的噪声并不按照几何发散规律随距离增加单调衰减，而是出现若干极大、极小值点。为此，本文对荆门 1000 kV特高压变电站高抗附近噪声进行了现场采样，并尝试利用声波干涉理论对这一现象进行解释。

　　1 噪声监测采样
　　
　　1.1 平行于防火墙方向上的噪声测量与采样
　　使用LDS photon II超级便携式四通道噪声与振动动态信号分析仪（以下简称 LDS）及爱华AWA6291 噪声统计实时信号分析仪（以下简称声级计）同步对荆门 1000 kV 特高压变电站内的并联电抗器噪声进行现场采样。采样点设置在高抗 B 相北侧平行于防火墙方向的中心轴线 0.5~25 m 范围内（5 m 内每 0.5 m 一个采样点，5 m 外每 1 m 一个采样点），共设置 30 个采样点，采样点高于地面 1.5m,测点（用圆圈表示）布置详见图 1.在各个采样点处，使用 LDS 采集约 10 s 的噪声样本，同时采用声级计测量 1/3 倍频程谱。【图1】

　　
　　1.2 垂直于防火墙方向上的噪声测量
　　使用声级计从 B 相高抗西侧防火墙边沿处开始，沿垂直防火墙方向水平移动，传声器高于地面1.5 m,观察声级计实时 1/3 倍频程谱中 100 Hz 声波所在 1/3 倍频带声压级的变化情况，记录其极大值、极小值以及出现极值时的位置。现场记录的极值点（用三角形表示）位置见图 1.

　　2 数据处理
　　
　　图 2 对比给出了两个典型位置处噪声（分别距高抗 0.5 m 和 2 m）的 1/3 倍频程谱。与相关研究结果类似，各采样点噪声均在 100 Hz 附近有明显峰值。另外，从图中可以看出，不同位置处的噪声以100 Hz 所在 1/3 倍频程上声压级差值为最大。【图2】

　　
　　为得到噪声 100 Hz 声波的声压级 L100Hz,使用Head ArtemiS 10.0 噪声分析软件处理 LDS 采集得到的噪声样本，截取受其他噪声干扰较小的 3 s 进行 FFT 频谱分析，从中读出各采样点 L100Hz的值，与声级计实测得到的100 Hz声波所在1/3倍频带声压级进行对比，结果如图 3 所示。【图3】

　　
　　从图 3 中可以看出，各样本的 L100Hz与使用声级计监测得到的100 Hz所在1/3倍频带声压级数据基本一致（差值<2 dB），且统计结果分析表明，两者显着相关（p<0.01,r=0.993）。因此，可近似将100 Hz 所在的 1/3 倍频带声压级视为 L100Hz.

　　3 声学建模及预测
　　
　　假设特高压变电站高抗附近声场不按几何衰减分布的现象是由于三相高抗所辐射的相干噪声引起的。在不考虑非相干声能的情况下，将三相高抗近似为辐射 100 Hz 声波且其相位差为 120°（取三相交电电流的相位差）的点声源，使用 LMSVirtual.Lab 11-SL（2以下简称 VL）中的 Ray Analysis模块进行声学建模（几何模型如图 4 所示），模拟预测高抗周围 100 Hz 声波的声场分布情况，并与实测值进行对比，从而分析使用声波干涉理论解释这一现象的可行性。VL 中具体设定的预测参数见表1.得到的最终预测结果如图 5 所示。【图4.5】【表1】



　　
　　4 讨论与分析
　　
　　4.1 平行于防火墙方向预测值与实测值的对比
　　图 6 为与防火墙平行的高抗轴线上 L100Hz预测值与实测值随距离的变化趋势，由此推测三相高抗辐射的 100 Hz 相干声波是导致在几何发散衰减方向上高抗声场分布出现极大、极小值的主要原因。同时由图可知，在距高抗 25 m 内，预测值与实测值间决定系数（r2）为 0.220,距高抗较近距离（10m）内，预测值与实测值间决定系数相对较大（r2=0.476），在距离较远处，由于受非相干声能及外界其他噪声（如主变、线路等）影响较大，预测值偏离实测值相对较大。【图6】

　　
　　4.2 垂直于防火墙方向预测值与实测值对比
　　图7 给出了防火墙边缘其垂线上L100Hz的预测值与实测值（使用100 Hz 所在的1/3 倍频带声压级近似代替）的对比结果。由图可知，预测值与实测值变化趋势相差较大，这与预测中将形体较大的高抗简化为点声源有很大关系。进一步的工作是使用面声源或体声源等优化模型。【图7】

　　5 结论
　　
　　高抗噪声在 100 Hz 处存在明显峰值，其所在1/3 倍频带声压级主要由 100 Hz 声波引起，100 Hz所在 1/3 倍频带声压级与 100 Hz 声波声压级（L100Hz）相互之间可近似替代。

　　在不考虑非相干声能情况下，将三相高抗视为辐射 100 Hz 声波且其相位差为 120°的点声源，预测得到与防火墙平行的高抗轴线方向（距高抗侧面10 m 内）上噪声的变化趋势与实测结果较为接近。推测三相高抗辐射的 100 Hz 相干声波是几何发散衰减方向上高抗声场分布出现极大、极小值的主要原因。

　　防火墙边缘其垂线上 L100Hz预测值与实测值变化趋势相差较大，这与预测中将形体较大的高抗简化为点声源有很大关系。推测使用面声源或体声源等进行预测，极大值模拟效果可能会更好。

　　参考文献：

　　[1] 陈维江。 特别的特高压[J]. 国家电网， 2013, （2）： 22-27.
　　[2] 翟国庆。 低频噪声[M]. 杭州： 浙江大学出版社， 2013.
　　[3] 朱正元。 三相交流电[J]. 物理通报， 1958, （1）： 28-40.