塔架式电力电容器装置噪声计算导则

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T/CEC

中国电力企业联合会标准

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塔架式电力电容器装置噪声计算导则

Guidanceforaudiblenoisecalculationofpowercapacitorsmountingon

racks

（征求意见稿）

（本稿完成日期：2020年8月20日）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国电力企业联合会发布

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前  言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国电力企业联合会标准化管理中心提出。

本文件由中国电力企业联合会电网电磁环境与噪声控制标准化技术委员会（CEC/TC22）归口。

本文件起草单位：中国电力科学研究院有限公司、西安交通大学。

本文件主要起草人：。

本文件在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心（北京市白广路二条

一号，100761）。

II

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塔架式电力电容器装置噪声计算导则

1范围

本文件提供了塔架式电力电容器装置噪声计算的指导。

本文件适用于评估由多个电力电容器单元组成的塔架式电力电容器装置的噪声大小。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T3947声学名词术语

GB/T14367声学噪声源声功率级的测定基础标准使用指南

3术语和定义

GB/T3947界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

噪声noise

不需要的声音，且频率在20Hz～20000Hz范围内。

3.2

点声源pointsource

声源尺度远小于声波波长的声源。

3.3

声源强度strengthofasoundsource

Q

点声源发出正弦式波时的体积速度的方均根值。

注：声源强度的单位为立方米每秒（m3/s）。

[来源：GB/T3947—1996，2.28，有修改]

3.4

声压soundpressure

p

有声波时，媒质中的压力与静压的差值。

注：一般使用时，声压是有效声压的简称。有效声压是在一段时间内瞬时声压的方均根值，这段时间应为周期的整

1

T/CECXXXXX—XXXX

数倍或长到不影响计算结果的程度。

[来源：GB/T3947—1996，2.21]

3.5

声压级soundpressurelevel

Lp

有效声压平方与基准声压平方之比的以10为底的对数乘以10。

p2

L10lg…………（1）

p2

p0

式中：

p0——基准声压，p0=20μPa。

3.6

声强soundintensity

I

稳态声场中某点处，与质点速度方向垂直的单位面积上在一定时间T内通过的声能的平均值。声强

的表示式为：

11TT

IIt()dtpt()vt()dt…………（2）

TT00

式中：

v——声场中质点振动速度，单位为米每秒（m/s）。

3.7

声功率soundpower

W

单位时间内通过某一面积的声压与该面上质点振速的法向分量的乘积在整个测量面上的积分。

3.8

声功率级soundpowerlevel

Lw

声功率与基准声功率之比的以10为底的对数乘以10。

W

LW10lg…………（3）

W0

式中：

W0——基准声功率，W0=1pW。

3.9

恒定功率源constantpowersource

声功率不随空间位置、空间声学环境变化的声源。

3.10

2

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恒定体积源constantvolumesource

表面振动不随空间位置、空间声学环境变化的声源。

3.11

指向性因子directivityfactor

DF

在声源远场处的声强与用声功率相同、频率相同的点源替代原声源后在同一点处的声强之比。指向

性因子的表达式为：

Ir(,,)p2(,r,)

D(,)…………（4）

F2

IrSS()pr()

式中：

——替代声源后声场中的声强，单位为瓦每平方米（W/m2）；

IS

——替代声源后声场中的声压，单位为帕（Pa）。

pS

3.12

声压方向比directionalratioofsoundpressure

R(θ,φ)

以声源为球心的球面上，某一方向的声压与参考方向的声压之比

3.13

指向性指数directivityindex

DI

指向性因数的以10为底的对数。

3.14

电容器单元capacitorunit

由一个或多个电容器元件组装于单个外壳中并有引出端子的组装体。

注：由电介质和电极所构成的电容器最小部件称为电容器元件。

3.15

电容器装置capacitorinstallation

由多台电容器单元及相应的配套设备组成，能作为整体完成独立投运的一套设备。

4计算所需的基础资料

4.1电容器单元声源资料

电容器单元的声源资料主要包括：声功率级、声压级、指向性指数、频率特征、几何尺寸等。

声功率级可根据实际条件采用GB/T14367所推荐的方法获取，并标注获取时的声场环境为自由场或

半自由场。

4.2电容器装置结构尺寸资料

3

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电容器装置由多个电容器单元规则布置在塔架上。电容器装置整体呈立方体结构，其典型结构见附

录A。

电容器装置结构尺寸资料包括：层数、层高、每层电容器单元数量、电容器间距、首层电容器距地

面距离等。

5电容器装置噪声计算

5.1噪声计算预处理

5.1.1获取自由场中电容器单元声功率

电容器单元的表面振动与运行中的电压、电流有关，与电容器单元所处的空间位置、声学环境无关。

因此，电容器单元声源为恒定体积源，其处于不同空间位置、声学环境中的辐射声功率、声压等声学参

数会出现变化。

若电容器单元声源资料为在半自由场环境下获取，需换算为自由场环境下的声源资料。若电容器单

元声源资料均为在自由声场环境下获取，则无须进行此步骤。

电容器单元自由场与半自由场的声学资料按公式（5）至公式（7）换算。

…………（5）

LLWW113dB

式中：

——电容器单元在自由场环境下的声功率级，单位为分贝（dB）；

LW1

——电容器单元在半自由场环境下的声功率级，单位为分贝（dB）。

LW1

…………（6）

DDII113dB

式中：

——电容器单元在自由场环境下的指向性指数，单位为分贝（dB）；

DI1

——电容器单元在半自由场环境下的指向性指数，单位为分贝（dB）。

DI1

…………（7）

LLpp116dB

式中：

——电容器单元在自由场环境下的声压级，单位为分贝（dB）；

Lp1

——电容器单元在半自由场环境下的声压级，单位为分贝（dB）。

Lp1

5.1.2设定参考系与计算参量

塔架式电容器装置中的电容器单元排布为立方体阵列结构，因此，参考坐标系的坐标轴方向与电容

器单元的排布方向一致，可参考附录A。

4

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参考坐标系的原点设定在包围电容器装置中所有电容器单元主体（不包含套管）的最小平行六面体

的几何中心。

依据待计算的塔架式电容器装置整体结构，确定下述计算参量：

a）电容器单元声学中心的位置坐标（xi，yi，zi）；

b）待计算的空间位置坐标，用球坐标系表示为（r，θ，φ）；

c）x轴、y轴及z轴方向电容器单元数量nx、ny及nz，电容器单元总数量n=nx×ny×nz；

d）x轴、y轴及z轴方向上电容器单元声学中心的间距dx、dy及dz。

电容器单元的声学中心为电容器单元发声体（通常为电容器外壳整体，不包含套管）的几何中心。

后续的噪声计算中，电容器单元被等效为位于声学中心位置的点声源，该声源具有特定声源强度的恒定

体积源。

5.2电容器装置声压级计算

塔架式电容器装置在自由场空间所产生的噪声声压级可按公式（8）和公式（9）进行计算。

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

pnp1n………（8）

LDR(,)10lg22(,)10lg4r

WI11n

1sinkndsincos/2sinkndsinsin/2sinkndcos/2

R(,)xxyyzz………（9）

n

nkdsinxyzsincos/2sinkdsinsin/2sinkdcos/2

式中：

——自由场中，n个电容器单元组成的电容器装置在（r，θ，φ）处的声压级，单位

Lrpn(,,)

为分贝（dB）；

——自由场中，n个电容器单元组成的电容器装置在θ和φ确定的方向上的声压方向

Rn(,)

比，其参考方向为x轴方向；

k——声波的波数，单位为弧度每米（rad/m）。

通常，预进行噪声计算的位置点均靠近地面。考虑到地面对声波的反射作用，可得塔架式电容器装

置在半自由空间所产生的噪声声压级，其计算见公式（10）：

…………（10）

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

式中：

——半自由场中，n个电容器单元组成的电容器装置在（r，θ，φ）处的声压级，单

Lrpn(,,)

位为分贝（dB）。

5.3电容器装置声功率级计算

电容器装置的声功率级可作为声学通用软件的声源参数，用于变电站或换流站整体的噪声计算。

电容器装置的声功率级不等于电容器单元自由声场中声功率级的算术加和，可采用公式（11）计算。

5

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221

LL10lgn10lgR(,)D(,)dS…（11）

WnW12nF1

4r

式中：

自由场中，单台电容器单元的指向性因子。

DF1(,)——

电容器装置的声压级与声功率级的关系由公式（12）和公式（13）给出。

2……（12）

LLrWnpn(,,)DIn(,)10lg4r

4rRD22

nF1……（13）

DIn(,)10lg

RD2(,)(,)dS

nF1

式中：

——自由场中，n个电容器单元组成的电容器装置的指向性指数，单位为分贝（dB）。

DIn(,)

6

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附录A

（资料性）

塔架式电力电容器装置结构与参考系设置

A.1 概述

塔架式电力电容器装置由多台电容器单元排布构成，整体呈平行六面体形状。

每台电容器单元均是噪声声源，对场点处的噪声有贡献。为了使得噪声计算中的公式尽可能简洁，

需设置合适的参考系。

A.2 塔架式电力电容器装置结构与参考系设置

由于电容器装置中电容器单元的排布呈规则的矩形结构，参考系的坐标轴可设置为与电容器单元的

排布方向一致，如图A.1、图A.2所示。

在计算电容器装置在某个场点处的噪声时，电容器单元的位置采用直角坐标（x，y，z）描述较方

便，待计算噪声的场点位置采用球坐标（r，θ，φ）描述较为方便。直流坐标与球坐标之间的关系式

为：

xrcoscos

yrcossin…………（A.1）

zrsin

图A.1塔架式电力电容器装置示意图

7

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图A.2塔架式电力电容器装置主视图

8

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附录B

（资料性）

电力电容器装置声压方向比计算

B.1 概述

电容器单元的噪声由电容器的电压、电流及其自身机械结构决定。塔架式电力电容器装置中的电容

器单元均为相同型号，且运行中的电压、电流相同，因此每台电容器单元的声学特征相同。

在噪声计算中，电容器单元等效为具有恒定体积元性质的点声源。当大量电容器单元排布在一起构

成电容器装置时，该电容器装置可等效为点声源阵列。每个点声源具有相同的声学特征，它们辐射出的

声波频率相同，会出现干涉现象，使得声源阵列整体辐射的噪声出现方向性特征。

B.2 声压方向比公式推导

若在自由声场中仅存在一台电容器单元，其等效的点声源位于坐标原点，则其声压为：

Aj()tkr0

ptr0(,)e…………（B.1）

r0

式中：

pr0()——电容器单元等效的点声源r处的声压，单位为帕斯卡（Pa）；

r0——场点与点声源间距离，单位为米（m）；

A——声压系数，与点声源的声源强度有关，对于某一种型号的电容器，其值不变。

当存在多台电容器单元时，每台电容器等效为一个点声源。设第i个点声源位置坐标为（xi，yi，zi），

待计算的场点位置的球坐标为（r0，θ，φ），其对应的直角坐标为（r0sincos,r0sinsin,r0cos）。

则场点与第i个声源的距离为：

1/2

222

rrii(sincos000x)(sinsinryii)(cosrz)

……（B.2）

1/2

2222

rxyz0000()2sincos2sinsin2cosiiixriyrizri

将式进行Taylor展开，并忽略高阶小量，可得：

rrxii0sincosyisinsinzicos…（B.3）

第i个点声源在场点（r0，θ，φ）处所贡献的声压为：

Aj()tkri

pie…………（B.4）

ri

9

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将所有的点声源在场点处所贡献的声压进行叠加，可得电容器装置整体在场点处贡献的声压为：

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

根据声压方向比的定义，选取θ=0，φ=0的方向为参考方向，可得电容器装置的声压方向比为：

1sinkndsincos/2sinkndsinsin/2sinkndcos/2

xxyyzz

Rn(,)

nnnsinkdsincos/2sinkdsinsin/2sinkdcos/2

xyzxyz……（B.6)

1sinkndsincos/2sinkndsinsin/2sinkndcos/2

xxyyzz

nsinkdxysincos/2sinkdsinsin/2sinkdzcos/2

将公式（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）中的指数项仅影响声压的相位，不影响其有效值，因此电容器装置在场点处贡献的总

声压级与仅一台电容器在场点处的声压级关系为：

22

Lrpn(,,)Lrp1(,,)10lgn10lgRn(,)……（B.8）

式中：

——由n台电容器组成的电容器装置，在场点（r，θ，φ）处的声压级，单位为分贝

Lrpn(,,)

（dB）；

——仅一台电容器单元，在场点（r，θ，φ）处的声压级，单位为分贝（dB）。

Lrp1(,,)

10

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参考文献

[1]GB/T3947—1996声学名词术语

[2]GB/T17247.2—1998声学户外声传播衰减第2部分：一般计算方法

[3]HJ2.4—2009环境影响评价技术导则声环境

[4]马大猷.现代声学理论基础[M].科学出版社,2004.

[5]杜功焕,朱哲民,龚秀芬.声学基础.第3版[M].南京大学出版社,2012.

[6]诺顿.工程噪声和振动分析基础[M].航空工业出版社,1993.

_________________________________

11

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目  次

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

1范围...................................................................................................................................................................1

2规范性引用文件...............................................................................................................................................1

3术语和定义.......................................................................................................................................................1

4计算所需的基础资料.......................................................................................................................................3

4.1电容器单元声源资料...............................................................................................................................3

4.2电容器装置结构尺寸资料.......................................................................................................................3

5电容器装置噪声计算.......................................................................................................................................4

5.1噪声计算预处理.......................................................................................................................................4

5.1.1获取自由场中电容器单元声功率..................................................................................................4

5.1.2设定参考系与计算参量...................................................................................................................4

5.2电容器装置声压级计算...........................................................................................................................5

5.3电容器装置声功率级计算.......................................................................................................................5

附录A（资料性）塔架式电力电容器装置结构与参考系设置.....................................................................7

附录B（资料性）电力电容器装置声压方向比计算.....................................................................................9

参考文献.............................................................................................................................................................11

I

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塔架式电力电容器装置噪声计算导则

1范围

本文件提供了塔架式电力电容器装置噪声计算的指导。

本文件适用于评估由多个电力电容器单元组成的塔架式电力电容器装置的噪声大小。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T3947声学名词术语

GB/T14367声学噪声源声功率级的测定基础标准使用指南

3术语和定义

GB/T3947界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

噪声noise

不需要的声音，且频率在20Hz～20000Hz范围内。

3.2

点声源pointsource

声源尺度远小于声波波长的声源。

3.3

声源强度strengthofasoundsource

Q

点声源发出正弦式波时的体积速度的方均根值。

注：声源强度的单位为立方米每秒（m3/s）。

[来源：GB/T3947—1996，2.28，有修改]

3.4

声压soundpressure

p

有声波时，媒质中的压力与静压的差值。

注：一般使用时，声压是有效声压的简称。有效声压是在一段时间内瞬时声压的方均根值，这段时间应为周期的整

1

T/CECXXXXX—XXXX

数倍或长到不影响计算结果的程度。

[来源：GB/T3947—1996，2.21]

3.5

声压级soundpressurelevel

Lp

有效声压平方与基准声压平方之比的以10为底的对数乘以10。

p2

L10lg…………（1）

p2

p0

式中：

p0——基准声压，p0=20μPa。

3.6

声强soundintensity

I

稳态声场中某点处，与质点速度方向垂直的单位面积上在一定时间T内通过的声能的平均值。声强

的表示式为：

11TT

IIt()dtpt()vt()dt…………（2）

TT00

式中：

v——声场中质点振动速度，单位为米每秒（m/s）。

3.7

声功率soundpower

W

单位时间内通过某一面积的声压与该面上质点振速的法向分量的乘积在整个测量面上的积分。

3.8

声功率级soundpowerlevel

Lw

声功率与基准声功率之比的以10为底的对数乘以10。

W

LW10lg…………（3）

W0

式中：

W0——基准声功率，W0=1pW。

3.9

恒定功率源constantpowersource

声功率不随空间位置、空间声学环境变化的声源。

3.10

2

T/CECXXXXX—XXXX

恒定体积源constantvolumesource

表面振动不随空间位置、空间声学环境变化的声源。

3.11

指向性因子directivityfactor

DF

在声源远场处的声强与用声功率相同、频率相同的点源替代原声源后在同一点处的声强之比。指向

性因子的表达式为：

Ir(,,)p2(,r,)

D(,)…………（4）

F2

IrSS()pr()

式中：

——替代声源后声场中的声强，单位为瓦每平方米（W/m2）；

IS

——替代声源后声场中的声压，单位为帕（Pa）。

pS

3.12

声压方向比directionalratioofsoundpressure

R(θ,φ)

以声源为球心的球面上，某一方向的声压与参考方向的声压之比

3.13

指向性指数directivityindex

DI

指向性因数的以10为底的对数。

3.14

电容器单元capacitorunit

由一个或多个电容器元件组装于单个外壳中并有引出端子的组装体。

注：由电介质和电极所构成的电容器最小部件称为电容器元件。

3.15

电容器装置capacitorinstallation

由多台电容器单元及相应的配套设备组成，能作为整体完成独立投运的一套设备。

4计算所需的基础资料

4.1电容器单元声源资料

电容器单元的声源资料主要包括：声功率级、声压级、指向性指数、频率特征、几何尺寸等。

声功率级可根据实际条件采用GB/T14367所推荐的方法获取，并标注获取时的声场环境为自由场或

半自由场。

4.2电容器装置结构尺寸资料

3

T/CECXXXXX—XXXX

电容器装置由多个电容器单元规则布置在塔架上。电容器装置整体呈立方体结构，其典型结构见附

录A。

电容器装置结构尺寸资料包括：层数、层高、每层电容器单元数量、电容器间距、首层电容器距地

面距离等。

5电容器装置噪声计算

5.1噪声计算预处理

5.1.1获取自由场中电容器单元声功率

电容器单元的表面振动与运行中的电压、电流有关，与电容器单元所处的空间位置、声学环境无关。

因此，电容器单元声源为恒定体积源，其处于不同空间位置、声学环境中的辐射声功率、声压等声学参

数会出现变化。

若电容器单元声源资料为在半自由场环境下获取，需换算为自由场环境下的声源资料。若电容器单

元声源资料均为在自由声场环境下获取，则无须进行此步骤。

电容器单元自由场与半自由场的声学资料按公式（5）至公式（7）换算。

…………（5）

LLWW113dB

式中：

——电容器单元在自由场环境下的声功率级，单位为分贝（dB）；

LW1

——电容器单元在半自由场环境下的声功率级，单位为分贝（dB）。

LW1

…………（6）

DDII113dB

式中：

——电容器单元在自由场环境下的指向性指数，单位为分贝（dB）；

DI1

——电容器单元在半自由场环境下的指向性指数，单位为分贝（dB）。

DI1

…………（7）

LLpp116dB

式中：

——电容器单元在自由场环境下的声压级，单位为分贝（dB）；

Lp1

——电容器单元在半自由场环境下的声压级，单位为分贝（dB）。

Lp1

5.1.2设定参考系与计算参量

塔架式电容器装置中的电容器单元排布为立方体阵列结构，因此，参考坐标系的坐标轴方向与电容

器单元的排布方向一致，可参考附录A。

4

T/CECXXXXX—XXXX

参考坐标系的原点设定在包围电容器装置中所有电容器单元主体（不包含套管）的最小平行六面体

的几何中心。

依据待计算的塔架式电容器装置整体结构，确定下述计算参量：

a）电容器单元声学中心的位置坐标（xi，yi，zi）；

b）待计算的空间位置坐标，用球坐标系表示为（r，θ，φ）；

c）x轴、y轴及z轴方向电容器单元数量nx、ny及nz，