塔架式電力電容器裝置噪聲計算導則

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T/CEC

中國電力企業(yè)聯合會標準

T/CECXXXXX—XXXX

塔架式電力電容器裝置噪聲計算導則

Guidanceforaudiblenoisecalculationofpowercapacitorsmountingon

racks

（征求意見稿）

（本稿完成日期：2020年8月20日）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國電力企業(yè)聯合會發(fā)布

T/CECXXXXX—XXXX

前??言

本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定

起草。

請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。

本文件由中國電力企業(yè)聯合會標準化管理中心提出。

本文件由中國電力企業(yè)聯合會電網電磁環(huán)境與噪聲控制標準化技術委員會（CEC/TC22）歸口。

本文件起草單位：中國電力科學研究院有限公司、西安交通大學。

本文件主要起草人：。

本文件在執(zhí)行過程中的意見或建議反饋至中國電力企業(yè)聯合會標準化管理中心（北京市白廣路二條

一號，100761）。

II

T/CECXXXXX—XXXX

塔架式電力電容器裝置噪聲計算導則

1范圍

本文件提供了塔架式電力電容器裝置噪聲計算的指導。

本文件適用于評估由多個電力電容器單元組成的塔架式電力電容器裝置的噪聲大小。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T3947聲學名詞術語

GB/T14367聲學噪聲源聲功率級的測定基礎標準使用指南

3術語和定義

GB/T3947界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

噪聲noise

不需要的聲音，且頻率在20Hz～20000Hz范圍內。

3.2

點聲源pointsource

聲源尺度遠小于聲波波長的聲源。

3.3

聲源強度strengthofasoundsource

Q

點聲源發(fā)出正弦式波時的體積速度的方均根值。

注：聲源強度的單位為立方米每秒（m3/s）。

[來源：GB/T3947—1996，2.28，有修改]

3.4

聲壓soundpressure

p

有聲波時，媒質中的壓力與靜壓的差值。

注：一般使用時，聲壓是有效聲壓的簡稱。有效聲壓是在一段時間內瞬時聲壓的方均根值，這段時間應為周期的整

1

T/CECXXXXX—XXXX

數倍或長到不影響計算結果的程度。

[來源：GB/T3947—1996，2.21]

3.5

聲壓級soundpressurelevel

Lp

有效聲壓平方與基準聲壓平方之比的以10為底的對數乘以10。

p2

L10lg…………（1）

p2

p0

式中：

p0——基準聲壓，p0=20μPa。

3.6

聲強soundintensity

I

穩(wěn)態(tài)聲場中某點處，與質點速度方向垂直的單位面積上在一定時間T內通過的聲能的平均值。聲強

的表示式為：

11TT

IIt()dtpt()vt()dt…………（2）

TT00

式中：

v——聲場中質點振動速度，單位為米每秒（m/s）。

3.7

聲功率soundpower

W

單位時間內通過某一面積的聲壓與該面上質點振速的法向分量的乘積在整個測量面上的積分。

3.8

聲功率級soundpowerlevel

Lw

聲功率與基準聲功率之比的以10為底的對數乘以10。

W

LW10lg…………（3）

W0

式中：

W0——基準聲功率，W0=1pW。

3.9

恒定功率源constantpowersource

聲功率不隨空間位置、空間聲學環(huán)境變化的聲源。

3.10

2

T/CECXXXXX—XXXX

恒定體積源constantvolumesource

表面振動不隨空間位置、空間聲學環(huán)境變化的聲源。

3.11

指向性因子directivityfactor

DF

在聲源遠場處的聲強與用聲功率相同、頻率相同的點源替代原聲源后在同一點處的聲強之比。指向

性因子的表達式為：

Ir(,,)p2(,r,)

D(,)…………（4）

F2

IrSS()pr()

式中：

——替代聲源后聲場中的聲強，單位為瓦每平方米（W/m2）；

IS

——替代聲源后聲場中的聲壓，單位為帕（Pa）。

pS

3.12

聲壓方向比directionalratioofsoundpressure

R(θ,φ)

以聲源為球心的球面上，某一方向的聲壓與參考方向的聲壓之比

3.13

指向性指數directivityindex

DI

指向性因數的以10為底的對數。

3.14

電容器單元capacitorunit

由一個或多個電容器元件組裝于單個外殼中并有引出端子的組裝體。

注：由電介質和電極所構成的電容器最小部件稱為電容器元件。

3.15

電容器裝置capacitorinstallation

由多臺電容器單元及相應的配套設備組成，能作為整體完成獨立投運的一套設備。

4計算所需的基礎資料

4.1電容器單元聲源資料

電容器單元的聲源資料主要包括：聲功率級、聲壓級、指向性指數、頻率特征、幾何尺寸等。

聲功率級可根據實際條件采用GB/T14367所推薦的方法獲取，并標注獲取時的聲場環(huán)境為自由場或

半自由場。

4.2電容器裝置結構尺寸資料

3

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電容器裝置由多個電容器單元規(guī)則布置在塔架上。電容器裝置整體呈立方體結構，其典型結構見附

錄A。

電容器裝置結構尺寸資料包括：層數、層高、每層電容器單元數量、電容器間距、首層電容器距地

面距離等。

5電容器裝置噪聲計算

5.1噪聲計算預處理

5.1.1獲取自由場中電容器單元聲功率

電容器單元的表面振動與運行中的電壓、電流有關，與電容器單元所處的空間位置、聲學環(huán)境無關。

因此，電容器單元聲源為恒定體積源，其處于不同空間位置、聲學環(huán)境中的輻射聲功率、聲壓等聲學參

數會出現變化。

若電容器單元聲源資料為在半自由場環(huán)境下獲取，需換算為自由場環(huán)境下的聲源資料。若電容器單

元聲源資料均為在自由聲場環(huán)境下獲取，則無須進行此步驟。

電容器單元自由場與半自由場的聲學資料按公式（5）至公式（7）換算。

…………（5）

LLWW113dB

式中：

——電容器單元在自由場環(huán)境下的聲功率級，單位為分貝（dB）；

LW1

——電容器單元在半自由場環(huán)境下的聲功率級，單位為分貝（dB）。

LW1

…………（6）

DDII113dB

式中：

——電容器單元在自由場環(huán)境下的指向性指數，單位為分貝（dB）；

DI1

——電容器單元在半自由場環(huán)境下的指向性指數，單位為分貝（dB）。

DI1

…………（7）

LLpp116dB

式中：

——電容器單元在自由場環(huán)境下的聲壓級，單位為分貝（dB）；

Lp1

——電容器單元在半自由場環(huán)境下的聲壓級，單位為分貝（dB）。

Lp1

5.1.2設定參考系與計算參量

塔架式電容器裝置中的電容器單元排布為立方體陣列結構，因此，參考坐標系的坐標軸方向與電容

器單元的排布方向一致，可參考附錄A。

4

T/CECXXXXX—XXXX

參考坐標系的原點設定在包圍電容器裝置中所有電容器單元主體（不包含套管）的最小平行六面體

的幾何中心。

依據待計算的塔架式電容器裝置整體結構，確定下述計算參量：

a）電容器單元聲學中心的位置坐標（xi，yi，zi）；

b）待計算的空間位置坐標，用球坐標系表示為（r，θ，φ）；

c）x軸、y軸及z軸方向電容器單元數量nx、ny及nz，電容器單元總數量n=nx×ny×nz；

d）x軸、y軸及z軸方向上電容器單元聲學中心的間距dx、dy及dz。

電容器單元的聲學中心為電容器單元發(fā)聲體（通常為電容器外殼整體，不包含套管）的幾何中心。

后續(xù)的噪聲計算中，電容器單元被等效為位于聲學中心位置的點聲源，該聲源具有特定聲源強度的恒定

體積源。

5.2電容器裝置聲壓級計算

塔架式電容器裝置在自由場空間所產生的噪聲聲壓級可按公式（8）和公式（9）進行計算。

Lr(,,)Lr(,,)10lgn2210lgR(,)

pnp1n………（8）

LDR(,)10lg22(,)10lg4r

WI11n

1sinkndsincos/2sinkndsinsin/2sinkndcos/2

R(,)xxyyzz………（9）

n

nkdsinxyzsincos/2sinkdsinsin/2sinkdcos/2

式中：

——自由場中，n個電容器單元組成的電容器裝置在（r，θ，φ）處的聲壓級，單位

Lrpn(,,)

為分貝（dB）；

——自由場中，n個電容器單元組成的電容器裝置在θ和φ確定的方向上的聲壓方向

Rn(,)

比，其參考方向為x軸方向；

k——聲波的波數，單位為弧度每米（rad/m）。

通常，預進行噪聲計算的位置點均靠近地面?？紤]到地面對聲波的反射作用，可得塔架式電容器裝

置在半自由空間所產生的噪聲聲壓級，其計算見公式（10）：

…………（10）

Lrpn(,,)Lrpn(,,)6dB

式中：

——半自由場中，n個電容器單元組成的電容器裝置在（r，θ，φ）處的聲壓級，單

Lrpn(,,)

位為分貝（dB）。

5.3電容器裝置聲功率級計算

電容器裝置的聲功率級可作為聲學通用軟件的聲源參數，用于變電站或換流站整體的噪聲計算。

電容器裝置的聲功率級不等于電容器單元自由聲場中聲功率級的算術加和，可采用公式（11）計算。

5

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221

LL10lgn10lgR(,)D(,)dS…（11）

WnW12nF1

4r

式中：

自由場中，單臺電容器單元的指向性因子。

DF1(,)——

電容器裝置的聲壓級與聲功率級的關系由公式（12）和公式（13）給出。

2……（12）

LLrWnpn(,,)DIn(,)10lg4r

4rRD22

nF1……（13）

DIn(,)10lg

RD2(,)(,)dS

nF1

式中：

——自由場中，n個電容器單元組成的電容器裝置的指向性指數，單位為分貝（dB）。

DIn(,)

6

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附錄A

（資料性）

塔架式電力電容器裝置結構與參考系設置

A.1?概述

塔架式電力電容器裝置由多臺電容器單元排布構成，整體呈平行六面體形狀。

每臺電容器單元均是噪聲聲源，對場點處的噪聲有貢獻。為了使得噪聲計算中的公式盡可能簡潔，

需設置合適的參考系。

A.2?塔架式電力電容器裝置結構與參考系設置

由于電容器裝置中電容器單元的排布呈規(guī)則的矩形結構，參考系的坐標軸可設置為與電容器單元的

排布方向一致，如圖A.1、圖A.2所示。

在計算電容器裝置在某個場點處的噪聲時，電容器單元的位置采用直角坐標（x，y，z）描述較方

便，待計算噪聲的場點位置采用球坐標（r，θ，φ）描述較為方便。直流坐標與球坐標之間的關系式

為：

xrcoscos

yrcossin…………（A.1）

zrsin

圖A.1塔架式電力電容器裝置示意圖

7

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圖A.2塔架式電力電容器裝置主視圖

8

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附錄B

（資料性）

電力電容器裝置聲壓方向比計算

B.1?概述

電容器單元的噪聲由電容器的電壓、電流及其自身機械結構決定。塔架式電力電容器裝置中的電容

器單元均為相同型號，且運行中的電壓、電流相同，因此每臺電容器單元的聲學特征相同。

在噪聲計算中，電容器單元等效為具有恒定體積元性質的點聲源。當大量電容器單元排布在一起構

成電容器裝置時，該電容器裝置可等效為點聲源陣列。每個點聲源具有相同的聲學特征，它們輻射出的

聲波頻率相同，會出現干涉現象，使得聲源陣列整體輻射的噪聲出現方向性特征。

B.2?聲壓方向比公式推導

若在自由聲場中僅存在一臺電容器單元，其等效的點聲源位于坐標原點，則其聲壓為：

Aj()tkr0

ptr0(,)e…………（B.1）

r0

式中：

pr0()——電容器單元等效的點聲源r處的聲壓，單位為帕斯卡（Pa）；

r0——場點與點聲源間距離，單位為米（m）；

A——聲壓系數，與點聲源的聲源強度有關，對于某一種型號的電容器，其值不變。

當存在多臺電容器單元時，每臺電容器等效為一個點聲源。設第i個點聲源位置坐標為（xi，yi，zi），

待計算的場點位置的球坐標為（r0，θ，φ），其對應的直角坐標為（r0sincos,r0sinsin,r0cos）。

則場點與第i個聲源的距離為：

1/2

222

rrii(sincos000x)(sinsinryii)(cosrz)

……（B.2）

1/2

2222

rxyz0000()2sincos2sinsin2cosiiixriyrizri

將式進行Taylor展開，并忽略高階小量，可得：

rrxii0sincosyisinsinzicos…（B.3）

第i個點聲源在場點（r0，θ，φ）處所貢獻的聲壓為：

Aj()tkri

pie…………（B.4）

ri

9

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將所有的點聲源在場點處所貢獻的聲壓進行疊加，可得電容器裝置整體在場點處貢獻的聲壓為：

nnn

AAjtkr()iijtkr()

piee

iirri0i

An

eejtjk(sincossinsincos)r0xiiiyz

r0i

jkndsincosjkndsinsin

A111eeexxyyjknzzdcos

ejtkr()0…………（B.5)

jkdxyzsincosjkdsinsinjkdcos

r01e1e1e

Ajk{(n1)dsincos/2(n1)dsinsin/2(n1)dcos/2}

ej(tkr0)exxyyzz

r0

sinkndsincos/2sinkndsinsin/2sinkndcos/2

xxyyzz

sinkdxyzsincos/2sinkdsinsin/2sinkdcos/2

根據聲壓方向比的定義，選取θ=0，φ=0的方向為參考方向，可得電容器裝置的聲壓方向比為：

1sinkndsincos/2sinkndsinsin/2sinkndcos/2

xxyyzz

Rn(,)

nnnsinkdsincos/2sinkdsinsin/2sinkdcos/2

xyzxyz……（B.6)

1sinkndsincos/2sinkndsinsin/2sinkndcos/2

xxyyzz

nsinkdxysincos/2sinkdsinsin/2sinkdzcos/2

將公式（B.1）和公式（B.6）代入公式（B.5）可得：

n

jk{(n1)dsincos/2(n1)dsinsin/2(n1)dcos/2}

pnpR(,)exxyyzz……………（B.7）

i0n

i

公式（B.7）中的指數項僅影響聲壓的相位，不影響其有效值，因此電容器裝置在場點處貢獻的總

聲壓級與僅一臺電容器在場點處的聲壓級關系為：

22

Lrpn(,,)Lrp1(,,)10lgn10lgRn(,)……（B.8）

式中：

——由n臺電容器組成的電容器裝置，在場點（r，θ，φ）處的聲壓級，單位為分貝

Lrpn(,,)

（dB）；

——僅一臺電容器單元，在場點（r，θ，φ）處的聲壓級，單位為分貝（dB）。

Lrp1(,,)

10

T/CECXXXXX—XXXX

參考文獻

[1]GB/T3947—1996聲學名詞術語

[2]GB/T17247.2—1998聲學戶外聲傳播衰減第2部分：一般計算方法

[3]HJ2.4—2009環(huán)境影響評價技術導則聲環(huán)境

[4]馬大猷.現代聲學理論基礎[M].科學出版社,2004.

[5]杜功煥,朱哲民,龔秀芬.聲學基礎.第3版[M].南京大學出版社,2012.

[6]諾頓.工程噪聲和振動分析基礎[M].航空工業(yè)出版社,1993.

_________________________________

11

T/CECXXXXX—XXXX

目??次

前?言.................................................................................................................................................................II

1范圍...................................................................................................................................................................1

2規(guī)范性引用文件...............................................................................................................................................1

3術語和定義.......................................................................................................................................................1

4計算所需的基礎資料.......................................................................................................................................3

4.1電容器單元聲源資料...............................................................................................................................3

4.2電容器裝置結構尺寸資料.......................................................................................................................3

5電容器裝置噪聲計算.......................................................................................................................................4

5.1噪聲計算預處理.......................................................................................................................................4

5.1.1獲取自由場中電容器單元聲功率..................................................................................................4

5.1.2設定參考系與計算參量...................................................................................................................4

5.2電容器裝置聲壓級計算...........................................................................................................................5

5.3電容器裝置聲功率級計算.......................................................................................................................5

附錄A（資料性）塔架式電力電容器裝置結構與參考系設置.....................................................................7

附錄B（資料性）電力電容器裝置聲壓方向比計算.....................................................................................9

參考文獻.............................................................................................................................................................11

I

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塔架式電力電容器裝置噪聲計算導則

1范圍

本文件提供了塔架式電力電容器裝置噪聲計算的指導。

本文件適用于評估由多個電力電容器單元組成的塔架式電力電容器裝置的噪聲大小。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T3947聲學名詞術語

GB/T14367聲學噪聲源聲功率級的測定基礎標準使用指南

3術語和定義

GB/T3947界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

噪聲noise

不需要的聲音，且頻率在20Hz～20000Hz范圍內。

3.2

點聲源pointsource

聲源尺度遠小于聲波波長的聲源。

3.3

聲源強度strengthofasoundsource

Q

點聲源發(fā)出正弦式波時的體積速度的方均根值。

注：聲源強度的單位為立方米每秒（m3/s）。

[來源：GB/T3947—1996，2.28，有修改]

3.4

聲壓soundpressure

p

有聲波時，媒質中的壓力與靜壓的差值。

注：一般使用時，聲壓是有效聲壓的簡稱。有效聲壓是在一段時間內瞬時聲壓的方均根值，這段時間應為周期的整

1

T/CECXXXXX—XXXX

數倍或長到不影響計算結果的程度。

[來源：GB/T3947—1996，2.21]

3.5

聲壓級soundpressurelevel

Lp

有效聲壓平方與基準聲壓平方之比的以10為底的對數乘以10。

p2

L10lg…………（1）

p2

p0

式中：

p0——基準聲壓，p0=20μPa。

3.6

聲強soundintensity

I

穩(wěn)態(tài)聲場中某點處，與質點速度方向垂直的單位面積上在一定時間T內通過的聲能的平均值。聲強

的表示式為：

11TT

IIt()dtpt()vt()dt…………（2）

TT00

式中：

v——聲場中質點振動速度，單位為米每秒（m/s）。

3.7

聲功率soundpower

W

單位時間內通過某一面積的聲壓與該面上質點振速的法向分量的乘積在整個測量面上的積分。

3.8

聲功率級soundpowerlevel

Lw

聲功率與基準聲功率之比的以10為底的對數乘以10。

W

LW10lg…………（3）

W0

式中：

W0——基準聲功率，W0=1pW。

3.9

恒定功率源constantpowersource

聲功率不隨空間位置、空間聲學環(huán)境變化的聲源。

3.10

2

T/CECXXXXX—XXXX

恒定體積源constantvolumesource

表面振動不隨空間位置、空間聲學環(huán)境變化的聲源。

3.11

指向性因子directivityfactor

DF

在聲源遠場處的聲強與用聲功率相同、頻率相同的點源替代原聲源后在同一點處的聲強之比。指向

性因子的表達式為：

Ir(,,)p2(,r,)

D(,)…………（4）

F2

IrSS()pr()

式中：

——替代聲源后聲場中的聲強，單位為瓦每平方米（W/m2）；

IS

——替代聲源后聲場中的聲壓，單位為帕（Pa）。

pS

3.12

聲壓方向比directionalratioofsoundpressure

R(θ,φ)

以聲源為球心的球面上，某一方向的聲壓與參考方向的聲壓之比

3.13

指向性指數directivityindex

DI

指向性因數的以10為底的對數。

3.14

電容器單元capacitorunit

由一個或多個電容器元件組裝于單個外殼中并有引出端子的組裝體。

注：由電介質和電極所構成的電容器最小部件稱為電容器元件。

3.15

電容器裝置capacitorinstallation

由多臺電容器單元及相應的配套設備組成，能作為整體完成獨立投運的一套設備。

4計算所需的基礎資料

4.1電容器單元聲源資料

電容器單元的聲源資料主要包括：聲功率級、聲壓級、指向性指數、頻率特征、幾何尺寸等。

聲功率級可根據實際條件采用GB/T14367所推薦的方法獲取，并標注獲取時的聲場環(huán)境為自由場或

半自由場。

4.2電容器裝置結構尺寸資料

3

T/CECXXXXX—XXXX

電容器裝置由多個電容器單元規(guī)則布置在塔架上。電容器裝置整體呈立方體結構，其典型結構見附

錄A。

電容器裝置結構尺寸資料包括：層數、層高、每層電容器單元數量、電容器間距、首層電容器距地

面距離等。

5電容器裝置噪聲計算

5.1噪聲計算預處理

5.1.1獲取自由場中電容器單元聲功率

電容器單元的表面振動與運行中的電壓、電流有關，與電容器單元所處的空間位置、聲學環(huán)境無關。

因此，電容器單元聲源為恒定體積源，其處于不同空間位置、聲學環(huán)境中的輻射聲功率、聲壓等聲學參

數會出現變化。

若電容器單元聲源資料為在半自由場環(huán)境下獲取，需換算為自由場環(huán)境下的聲源資料。若電容器單

元聲源資料均為在自由聲場環(huán)境下獲取，則無須進行此步驟。

電容器單元自由場與半自由場的聲學資料按公式（5）至公式（7）換算。

…………（5）

LLWW113dB

式中：

——電容器單元在自由場環(huán)境下的聲功率級，單位為分貝（dB）；

LW1

——電容器單元在半自由場環(huán)境下的聲功率級，單位為分貝（dB）。

LW1

…………（6）

DDII113dB

式中：

——電容器單元在自由場環(huán)境下的指向性指數，單位為分貝（dB）；

DI1

——電容器單元在半自由場環(huán)境下的指向性指數，單位為分貝（dB）。

DI1

…………（7）

LLpp116dB

式中：

——電容器單元在自由場環(huán)境下的聲壓級，單位為分貝（dB）；

Lp1

——電容器單元在半自由場環(huán)境下的聲壓級，單位為分貝（dB）。

Lp1

5.1.2設定參考系與計算參量

塔架式電容器裝置中的電容器單元排布為立方體陣列結構，因此，參考坐標系的坐標軸方向與電容

器單元的排布方向一致，可參考附錄A。

4

T/CECXXXXX—XXXX

參考坐標系的原點設定在包圍電容器裝置中所有電容器單元主體（不包含套管）的最小平行六面體

的幾何中心。

依據待計算的塔架式電容器裝置整體結構，確定下述計算參量：

a）電容器單元聲學中心的位置坐標（xi，yi，zi）；

b）待計算的空間位置坐標，用球坐標系表示為（r，θ，φ）；

c）x軸、y軸及z軸方向電容器單元數量nx、ny及nz，