摘  要： 通過相干分析法研究了電容器的振動與噪聲的關(guān)系，得出了電容器振動和噪聲的相干系數(shù)頻譜以及產(chǎn)生電容器噪聲的頻率特性。

　　關(guān)鍵詞： 相干分析；噪聲測量；頻率特性

　　為了驗證電容器的振動噪聲頻率特性，首先對交流濾波場內(nèi)的電容器進(jìn)行測量，分析電容器塔的噪聲輻射特性。由于電容器與電抗器在濾波場相距較近，因此通過相干分析法研究了電容器的振動與噪聲的關(guān)系，得出了電容器振動和噪聲的相干系數(shù)頻譜以及產(chǎn)生電容器噪聲的頻率特性。

　　1 相干分析

　　相干分析主要用來分析噪聲信號中的頻率成分與振動特征頻率之間的關(guān)系，確定振動幅值對應(yīng)的頻率相對于對應(yīng)點噪聲聲壓級的影響和振動源對總噪聲的影響。

　　對于隨機信號x(t)、y(t)，理想條件下的相干函數(shù)記為(f)：

　　其中，Sx(f)、Sy(f)分別是系統(tǒng)輸入信號和輸出信號的自功率譜密度函數(shù)，Sxy(f)為Sx(f)、Sy(f)之間的互功率譜密度函數(shù)。

　　對于振動、噪聲的單輸入、單輸出系統(tǒng)，系統(tǒng)常常會進(jìn)入一些干擾信號被系統(tǒng)輸出，成為輸出y(t)的一部分。如圖1所示，其中n(t)與x(t)不相關(guān)，y1(t)是x(t)所引起的輸出，y(t)為實測的輸出。此時：

　　由式(7)可以看出，如果能夠分別求出濾波場各個噪聲源與各個測點噪聲信號之間的相干函數(shù)，就能夠輕而易舉地分離出復(fù)雜聲場中的主要噪聲源。

　　2 交流濾波場電容器的噪聲測試與分析

　　2.1 交流濾波場噪聲測試系統(tǒng)

　　在測量濾波場中設(shè)備的噪聲時，一般近距離測量。但是在高壓換流站中很多設(shè)備都帶有高電壓，不允許進(jìn)行近距離測量，而當(dāng)距離較遠(yuǎn)時，在測量電容器噪聲時不可避免會得到周圍噪聲源在此測點的疊加值[1]。而通過使用聲振相干分析分離的方法可以把濾波場中電力電容器的噪聲頻譜分離出來。換流站交流濾波場測試系統(tǒng)如圖2所示。

　　2.2 交流濾波場主要設(shè)備的噪聲特性分析

　　在交流濾波場中，選擇了受干擾較小的測點2測量電力電容器附近的噪聲，并且在不同工況下（300 MW、900 MW、1 500 MW、2 100 MW、3 000 MW）分別進(jìn)行測量。

　　(1)電力電容器在300 MW工況下的A計權(quán)噪聲窄帶譜有很明顯的諧波現(xiàn)象，基波100 Hz處峰值最大，主要峰值從高到低依次為100 Hz：69.6 dB(A)、500 Hz：64.9 dB(A)、400 Hz：53.6 dB(A)、1 200 Hz：53.3 dB(A)、600 Hz：53.2 dB(A)。

　　(2)電力電容器在900 MW工況下的A計權(quán)噪聲窄帶譜在100 Hz基頻有諧波現(xiàn)象，主要峰值從高到低依次為500 Hz：70.7 dB(A)、100 Hz：70.5 dB(A)、1 200 Hz：63.2 dB(A)、400 Hz：59.1 dB(A)、600 Hz：55.4 dB(A)。

　　(3)電力電容器在1 500 MW工況下A計權(quán)噪聲窄帶譜在100 Hz基頻有諧波現(xiàn)象，主要峰值從高到低依次為500 Hz：66.4 dB(A)、1 200 Hz：60.6 dB(A)、600 Hz：59.2 dB(A)、400 Hz：56.7 dB(A)。

　　(4)電力電容器在2 100 MW工況下的A計權(quán)噪聲窄帶譜在100 Hz基頻有諧波現(xiàn)象，主要峰值從高到低依次為100 Hz：71.7 dB(A)、1 200 Hz：65.6 dB(A)、500 Hz：57.9 dB(A)、700 Hz：57.0 dB(A)、600 Hz：56.7 dB(A)。

　　(5)電力電容器在3 000 MW工況下的A計權(quán)噪聲窄帶譜在100 Hz基頻有諧波現(xiàn)象，主要峰值從高到低依次為100 Hz：78.9 dB（A）、500 Hz：70.1 dB（A）、300 Hz：63.4 dB（A）、1 200 Hz：60.0 dB（A）、700 Hz：59.5 dB（A）。

　　電力電容器在不同工況下的聲壓級不同，由測量結(jié)果可知電力電容器在300 MW、900 MW、1 500 MW、

　　2 100 MW、3 000 MW工況下有對應(yīng)的聲壓級分別為63.8 dB、69.9 dB、66.8 dB、67.5 dB、69.5 dB，其變化趨勢如圖3所示。

　　從上述測量結(jié)果可以看出，電力電容器在不同工況下噪聲輻射的主要頻率有：100 Hz、300 Hz、400 Hz、500 Hz、600 Hz、700 Hz、1 200 Hz，還有其他100 Hz的高次諧波峰值，但相對較小。根據(jù)電容器元件振動頻率特性可以看出，交流濾波場中電容器附近的噪聲頻率中100 Hz、500 Hz、600 Hz、700 Hz、1 200 Hz與理論分析的振動頻率比較吻合，而噪聲頻譜中的300 Hz和400 Hz可能是由于電容器在靜電力作用下的結(jié)構(gòu)共振引起的，也可能是與其他噪聲源的頻率疊加而成的[2]。

　　綜上所述，交流濾波場存在比較嚴(yán)重的多聲源疊加，呈現(xiàn)出比較明顯的諧波，其原因是在電容器塔附近有平波電抗器的干擾，因此測得的噪聲是電容器和電抗器疊加的結(jié)果，為了分離所測信號究竟是來自電容器還是電抗器，有必要通過相干分析技術(shù)進(jìn)一步分析。

　　本文主要把功率譜和相干函數(shù)的計算方法應(yīng)用到直流換流站濾波場電力電容器噪聲測量與相干分析中，并得到了以下結(jié)論：

　　(1)交流濾波場存在比較嚴(yán)重的多聲場疊加現(xiàn)場，出現(xiàn)比較明顯的諧波，諧波的主要峰值頻率為500 Hz、600 Hz、700 Hz。

　　(2)電容器外殼在不同工況下的主要振動頻率成分有100 Hz、300 Hz、400 Hz、500 Hz、600 Hz和700 Hz，其中100 Hz處電容器外殼的振動幅值最大。而電容器輻射噪聲的主要頻率成分為100 Hz、600 Hz、700 Hz、500 Hz和300 Hz。其中100 Hz出現(xiàn)在每種工況下，其他頻率在不同工況下會有所不同。

　　(3)隨著負(fù)載功率的增加，交流濾波場中電力電容器的聲壓級是先增加后下降，最后又增加。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 魏玲燕，楊景南.電力電容器噪音產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施探討[J].電力電容器，2001，40(1)：26-28.

　　[2] 曹濤，汲勝昌，吳鵬，等.基于振動信號的電容器噪聲水平計算方法[J].電工技術(shù)學(xué)報，2010，25(6)：172-177.