[发明专利]一种室内变电站低噪声结构和吸声结构的改进方法

说明书

本发明涉及一种室内变电站低噪声结构和吸声结构的改进方法，通过声辐射特性分析对电力变压器的外部声场进行可视化和量化分析，结合电力变压器声辐射特性和设计部门间的反馈信息对室内变电站的整体布局和吸声结构进行改进优化，以降低噪声敏感区域边界的声压级。室内变电站整体布局的优化包括调整变压器室的位置使其远离噪声敏感区域，降低通风窗的高度以及改变通风窗的朝向等；吸声结构的改进包括增大吸声结构的空腔深度、在泡沫金属吸声板内侧贴附一层金属薄膜及改变部分吸声材料的位置。通过阻抗管对比实测及建立3D多物理场耦合模型进行声辐射特性分析，改进后的吸声结构可以有效改善整体吸声效果并降低变电站的声辐射水平。

技术领域

本发明涉及无源噪声控制领域，尤其涉及一种作为室内变电站电力变压器无源噪声控制系统。

背景技术

随着城市化和旧城复兴计划的推进，人们对便捷、有序和高效的生活方式的追求使得对电能的需求增加；因此，为完善电网结构，保证电能质量，城市设计将新变电站建立在邻近居民生活区域。与有足够空间来降低电力变压器噪音的郊区变电站不同，城市地区空间有限，环境噪音标准更严格，这使得占地面积较小的室内变电站成为设计人员和操作人员的首选。目前遵循的室内变电站设计流程为“电气设计—土建设计—噪声水平检测—降噪设计”，不同的设计部门相互独立，各部门采用的降噪方法有限，且降噪方法被视作补救措施而不是预防措施，如土建设计部门只能修改土建设计部分，在噪声水平超标后土建设计部门只能采取加装隔音墙的方式，但导致噪声超标的原因可能是电气设备的布局设计没有考虑到变压器的声辐射特性，这样的设计流程缺乏各设计部门间的反馈信息，并不能找出一种降低变电站噪声最具成本效益的方法。

发明内容

鉴于上述技术存在的问题，本发明的目的是提供一种考虑电力变压器的声辐射特性的室内变电站低噪声设计和吸声结构的改进方法，改善吸声结构整体的吸声效果并降低室内变电站的声辐射水平，尤其是提高吸声结构对低频噪声的吸收性能。

本发明的目的是采用以下技术方案实现的：在电气设计和土建设计之前对电力变压器声辐射特性进行分析，根据声辐射特性进行电气设计和土建设计，在评估过程引入频域的噪声级测量，由评估结果对电气设计和土建设计提出针对性的改进措施，如在电气设计阶段调整电气设备布局，在土建设计阶段调整设备间的布局或改进、优化吸声结构等。

根据室内变电站的声辐射特性分析结果，本发明在宏观层面上优化了室内变电站的布局，在微观层面上改进了吸声结构。

根据多物理场耦合机理，建立电力变压器声辐射有限元计算模型，进行声辐射特性分析，包括以下步骤：

步骤1、对电力变压器磁致伸缩效应到吸声过程进行理论分析。室内变电站内部电力变压器的电磁—机械—声耦合过程包含以下几个环节。首先，磁致伸缩效应包含电磁和机械过程，可由铁心和绕组之间的电磁电路耦合方式表示。其次，磁致伸缩振动通过绝缘油和油箱底部的夹具传递到油箱壁。最后，一部分可听噪声与吸声结构相互作用，转换成热量和机械能，剩余噪声被隔音结构反射后再次与吸声结构相互作用，这些关系可以用下列一系列方程来描述。

(1)磁致伸缩效应方程。油箱内的铁心任意方向的磁致伸缩分量的表达式为：

式中，λ_k为k方向上的磁致伸缩量，λ_s为磁致伸缩常数，α_k为磁化方向余弦，M_k为k方向上的磁性材料的磁化强度，M_s为磁性材料的饱和磁化强度。

(2)声场方程。在运行的电力变压器中，声速和流体密度通常随时间缓慢变化，因此可用标量波方程来描述电力变压器振动所引起的声场变化：

式中，ρ为流体密度，c为声速，p_t为绝对声压，q_d为偶极源，Q_m为单极源。