摘 要

近年来越来越多的变电站建立在了居民区附近。变电站工作时的噪声对周围居民产生了很大的影响，因此噪声防控工作刻不容缓。如何正确的进行噪声测量和准确的分析噪声源的噪声信号是对噪声源噪声污染进行针对性控制的前提。在进行测量时传统的噪声测量仪器测量功能单一，测量过程中人工干预程度高也缺少对测试数据的有效管理。基于虚拟仪器的噪声测试软件解决了传统仪器的不足，逐渐成为当前测试中主要使用的工具。因此开展对基于虚拟仪器的噪声测试系统设计及其优化的研究具有一定的理论意义和实际工程应用价值。

本文以图形化编程语言LabVIEW作为软件开发平台，进行测试系统的优化研究。首先阐述了如何正确的对变电站噪声进行测量并对变电站主变压器噪声特性进行分析。之后对单通道多采样噪声测试系统进行详细的分析研究，较为细致的叙述了如何利用虚拟仪器技术构建针对噪声测试的软件。最后针对现有的噪声测试系统进行优化设计。本文的重点在于研究对数据储存模块和实际应用上的优化。针对储存模块的不足和使用中操作过于繁琐等问题，新增了电子表格格式和TDMS格式的储存程序，并对程序整体进行优化。优化后的噪声测试系统在使用时具有工作面板简洁明了、人机互动效果友好、操作简单、系统稳定可靠等优点。

关键词：变电站；LabVIEW；噪声测试系统；优化

Abstract

In recent years, more and more power stations have been built near residential areas. Noise during substation operation has a great impact on the surrounding residents, so it is urgent to prevent and control noise. How to measure the noise correctly and analyze the noise signal of the noise source accurately is the premise to control the noise pollution of the noise source. The traditional noise measurement instrument has a single measurement function and a high degree of manual intervention in the measurement process. However, the noise measurement software based on virtual instrument solves the shortcomings of the traditional instrument and gradually becomes the main tool used in the current test. Therefore, the research on Optimization of noise measurement system based on virtual instrument has certain theoretical significance and practical engineering application value.

In this paper, the graphical programming language LabVIEW is used as the software development platform to optimize the test system. Firstly, how to measure the noise of the substation correctly and analyze the noise characteristics of the main transformer of the substation are expounded. After that, the single-channel multi-sampling noise testing system is analyzed in detail, and how to use virtual instrument technology to build software for noise testing is described in detail. Finally, the existing noise measurement system is optimized. This paper focuses on the optimization of data storage module and practical application. In view of the shortcomings of storage module and the cumbersome operation in use, a new storage program in spreadsheet format and TDMS format is added, and the overall optimization of the program is carried out. The optimized noise testing system has the advantages of concise and clear working panel, friendly man-machine interaction effect, simple operation and stable and reliable system.

Key words：transformer substation；LabVIEW；Noise Testing System；Optimize

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 变电站噪声测量优化的目的和意义 1

1.2 国外研究情况 1

1.3 国内研究现状 2

1.4 研究内容及研究目的 2

1.4.1研究内容 2

1.4.2研究目的 2

1.5本章小结 2

第2章变电站噪声测试技术 4

2.1变电站噪声测试技术 4

2.1.1对测试对象的调查 4

2.1.2 声环境测试标准 4

2.1.3 变电站噪声测试方法 5

2.2 背景噪声的测试与修正 9

2.3 本章小结 10

第3章 虚拟仪器和噪声测试系统的组成 11

3.1 测试程序硬件分析 11

3.1.1 声传感器 11

3.1.2 数据采集卡 12

3.2 虚拟仪器的基本概念 13

3.3 LabVIEW开发平台 14

3.4 DAQ助手和NI-DAQmx高级编程 15

3.5 现有基于LabVIEW的噪声测试程序分析 15

3.5.1 数据采集模块 16

3.5.2 数据存储模块 17

3.5.3 数据处理模块 17

3.5.4 数据显示模块 18

3.6 本章小结 19

第4章 噪声测试程序的优化研究 20

4.1 对程序整体上的优化 20

4.2 对数据储存模块上的优化 21

4.2.1 电子表格格式储存程序设计 22

4.2.2 TDMS格式储存程序设计 23

4.2.3 噪声测试框图程序优化 25

4.3 本章小结 26

第5章 实际测试方法及结果 27

5.1 实际测试方法 27

5.2 测量数据处理 28

5.2.1 1#主变压器声学特性 29

5.2.2 2#主变压器声学特性 30

5.3 本章小结 31

第6章 结论及展望 32

6.1 结论 32

6.2 展望 32

参考文献 33

致谢 35

第1章 绪论

1.1 变电站噪声测量优化的目的和意义

噪声是人们日常生活中不想要的声音，它与接受声音者的主观需求有关，比如对于那些妨碍了人们正常学习，工作和生活或是对人们所需要的声音产生干扰的声音都被称为噪声。从物理学上来说噪声就是发声体做无规则的运动产生的一系列由不同频率和强度的声波无规则组合成的声音。我国经济的高速发展，城市规模慢慢扩大用电负荷也逐渐增加，由于国家土地资源有限，越来越多的变电站都建立在靠近居民区的地方。变电站在运行过程中产生的噪声污染对周围居民的生活产生了很大的影响，对人们的身心健康造成了危害。所以对于输变电工程中噪声的控制和治理已经成为当前国家需要解决的重大问题。对变电站噪声测试主要是对变电站各种主要噪声源进行声压和声强测试、声压衰减测试、站界处声压测试和声压指向性测试^[1]。几乎所有噪声问题的解决都离不开噪声测量，噪声测量的数据是解决噪声问题的依据。测试结果经过处理分析可为变电站噪声的分布预测和变电站防控噪声污染提供数据和参考。并以此去评估所测噪声对周围环境和生物的影响程度。

1.2 国外研究情况

国外声学测量相关研究起步比较早，噪声测试仪器的制造工艺、优化设计以及技术更新方面已经较为成熟。在噪声检测技术实际应用方面，G.Conrad^[2]等人提出了电阻噪声测试设备的概念，对不同电阻噪声信号进行了测试对比，设立了测试标准。Hu J等人提出了一种局部建立声模型的方法^[3]，通过将变压器和电抗器的每个发射面分成若干部分，每个部分都相当于一个点源。基于声强法原理建立了变压器和电抗器的多点声源模型。结合室外点源传播衰减理论和变电站所处环境，建立了噪声衰减预测模型。Liu B ^[4]等人为了研究混合噪声，将混合噪声分离为多个互相独立的噪声信号。提出了一种通过结合小波变换和稀疏分量分析的高压变电站单通道混合噪声信号分离算法。国外对噪声测试系统的研究也十分全面，能够根据使用者的需求给出完善的解决方法。丹麦的Bamp;K公司设计制造出的PULSE软件是专门用来进行对振动测量和噪声测量进行处理分析的平台^[5]。德国的BBM公司的NVH测试设备具有的振动噪声测试分析系统功能也十分强大。日本的RION公司研制的DSPS振动噪声动态数据采集系统以及比利时LMS公司研制的一系列软件和振动噪声测试传感器，都可以在实际测试时为使用者提供完善的方案完成数据采集。最后美国国家仪器公司设计开发的虚拟仪器软件和相关配套的数据采集卡等硬件结合在一起，能够更加灵活方便地在振动噪声测试任务中帮助操作者完成相关的数据采集。

1.3 国内研究现状

随着噪声污染问题加重，噪声已经成为了公害之一，为了解决相关问题，国内对于噪声的相关研究也在不断推进。国内研制的噪声测试系统在性能上与国外相比还是存在着一定的差距，但随着我国综合国力的显著增强，科技水平的不断提高。国内在噪声测试系统方面做了不少的研究，有些研究院和部分高校对振动噪声的理论和测试系统及测试方法的研究也在不断的深化。一些科研成果已经达到了可以和国际接壤的水平。高慧^[6]等人开发了通过一套以微机为中心的数字化系统进行多点控制，从而实现对4路稳态宽带噪声的测量。张建华^[7]基于德朗的模块采集系统开发出了多通道内燃机噪声测试系统。由北京东方振动噪声技术研究院研制开发的DASP测试仪器为国家的振动噪声测试技术开创了道路。由北京波谱科技有限公司涉及的WS-AV测试信号分析处理系统在许多领域都得到了广泛应用。北京理工大学的向建华设计了一套基于MATLAB发动机曲轴扭振分析系统，对发动机进行分析。随着科技的发展，测试中对传统复杂仪器的依赖在逐渐减少，取而代之的是一种将计算机技术和噪声测试技术相结合的虚拟仪器技术，由于其优越的性能，这种技术在测试中得到了广泛的应用。江伟等人^[8]提出了基于虚拟仪器的测试系统设计方案。由于每个基于虚拟仪器的测试系统都对相关的测试领域有着针对性，王宁^[9]、李玉峰^[10]、韩安^[11]、王传英^[12]等人分别针对各自领域的需要开发了相关方向的噪声测试系统。

1.4 研究内容及研究目的

1.4.1研究内容

本文通过对噪声测试系统进行调查研究，同时研究测试系统在变电站噪声测试中的运用，对于LabVIEW测试系统的程序编辑进行学习研究，理解噪声测试的各个相关知识点，理解变电站噪声特性，对具体的变电站噪声测试方法进行优化研究。

1.4.2研究目的

结合变电站噪声测试的方法，以LabVIEW软件平台上进行噪声测试系统的程序开发设计。研究其在噪声测试的过程中显现出的不足之处，对现有的LabVIEW噪声测试程序或实际测试过程中存在的问题进行优化，设计出符合国家标准的变电站噪声测试方法。

1.5本章小结

基于虚拟仪器的噪声测试系统及其相应硬件设备，在测试应用中方便操作，应用灵活，由于计算机强大的计算能力大大的弥补了传统噪声测量仪器在使用和数据处理等能力方面的不足。让噪声测试系统走向了小型化、高精度、多功能等的方向。因此对现有噪声测试仪器进行优化研究对解决噪声污染问题具有重要意义。

第2章变电站噪声测试技术

2.1变电站噪声测试技术

要对变电站噪声进行评价和控制就要获得变电站噪声数据，因此就必须对变电站噪声源进行测量，通过对测量数据的分析和计算对变电站噪声的情况做出科学的评估，为之后进行变电站噪声控制提供数据支持。只有在国家和行业标准规定的范围内采取正确的测试程序和测试方法对变电站噪声进行测试才能得到真实有效的数据。

2.1.1对测试对象的调查

对变电站测试对象和测试现场进行调查的目的主要是清楚变电站本身所处的位置以及变电站内部拥有的电力设备的分布，以此去确定厂界范围和主要的噪声源以及周边环境的其他噪声信息和主要的声音传播途径等^[13]。变电站变压器噪声主要由变压器自身产生的噪声及其冷却系统产生的噪声组成。变压器自身的噪声是由铁芯产生磁滞伸缩变形以及绕组、油箱和磁屏蔽中的电磁力引起的，冷却系统的噪声是由变压器的散热系统中的风扇和泵产生的噪声组合而成。高抗部分的噪声产生原理与变压器噪声生成原理类似。带电构架产生的噪声是由构架及部分设备由于周围的电晕产生的可以让人耳直接收听到的噪声。

对于室内变电站来说抽风机噪声也是主要噪声源，各种操动机构和高压断路器分闸和合闸操作也算间接存在的噪声源。

对变电站噪声进行测量，不仅要测量出变电站内部主要设备的噪声数据，还要对变电站附近的环境敏感区进行测量用来评估变电站噪声对周围居民的影响。也就是说，在调查变电站内部各种主要噪声源分布的同时还要调查附近建筑物的分布情况，在进行测量时也要在这些地方设置测量点进行测量，根据测量得到的数据再分析是否符合声环境国家标准。

2.1.2 声环境测试标准

声环境现状调查主要是指评价范围内各功能区噪声现状^[14]，噪声源种类、数量和噪声级，边界噪声的超标情况，现有的噪声敏感目标和相应的噪声功能区划分以及应执行的噪声标准和受影响人口分布情况^[13]。他的目的是为声环境预测评价和现状评价提供基础的资料，为管理部门提供声环境质量现状的情况便于评估和判别项目建设完后的对声环境的影响程度。

对变电站附近的区域进行声环境监测时，必须要根据GB3096-2008《声环境质量标准》^[15]的规定，整个声环境区域都应该被监测点覆盖，如果敏感目标是高层建筑时，应该对不同的高度进行测点覆盖。变电站噪声的噪声源属于固定声源，要对距声源不同距离的敏感目标都布置监测点，受声源影响明显的位置应该重点布置，如有需要可在距声源不同距离处设置衰减监测断面。

测量时风速应该在每秒5米以下，并且天气应该无雨雪，无雷电。测量仪器应选择精度为2型或2型以上的环境噪声自动监测仪或是积分平均声级计性能应符合规定，并且要进行定期校验，测量前后使用声校准器校准测量仪器的示值偏差大于0.5dB测量就无效，测量时传声器应该加装防风罩。声校准器应符合GB/T15173对声级校准器的要求。

在测量时声源应正常运行，每侧一个点都应该分昼夜进行分别测量，如果噪声起伏较大，应该根据实际情况增加昼夜的测量次数，如有必要就进行二十四小时监测。测点的选择也很重要它需要根据监测的对象和监测的目的可以分成三种测点条件进行声环境噪声测量：

1. 在一般户外时：应该距除了地面意外的任何反射物3.5米以外测量，距离地面应在1.2米以上。使用监测车辆测量时传声器应固定在车顶部高度1.2米处，如有需要也可以通过将传声器放置于高层建筑上，以此扩大检测范围。
2. 测量敏感建筑物户外时：应将传声器放置在距地面1.2米高度以上，距离墙壁或者窗户一米处。
3. 测量敏感建筑物室内时：应将传声器放置在距离地面1.2至1.5米高处，距离墙壁和其他的反射面最少1米远，距离窗户大约1.5米处。

环境功能区的监测方法有两种，分别是定点检测法和普查检测法。定点检测法是通过选择能够反映各种功能区声环境质量的，每次测量的高度和位置都要保持不变的监测点1至多个进行长期定点监测。普查检测法在针对0至3类声环境功能区进行检查时，要将被普查的声环境功能区划分为多个等大的正方形网格，划分的网格要完全覆盖住所测区域，有效的网格总数应大于100个，测点所处的条件为一般户外条件并且应设置与每个网格的中心。

2.1.3 变电站噪声测试方法

确定测点的位置是变电站噪声测试过程中非常重要的一环，测点位置的选取情况直接影响测量结果。在变电站噪声测试中测点的位置不能随意去选，否则所测得的数据就是不可信的。所以要根据国家标准电力变压器第十部份声级测定中对于测点位置选取的规定去选取变电站噪声测试中的测量点^[16]。在选取测量点时应该先找到规定轮廓线和基准发射面，传声器应布置在规定轮廓线上。

首先基准发射面的位置主要与变压器的相对位置和其所采用的冷却设备的类型有关。对于那些带有保护外壳及保护外壳内有冷却装置的干式变压器及普通的带冷却设备的变压器和不带冷却设备的变压器来说，基准发射面是由一条不包括高于箱盖的升高座，套管和其他附件从箱盖顶部垂直到箱底而形成的表面，它要包括距离变压器油箱小于三米的冷却设备及相关的辅助设备。三米以外的设备不用包括在内。

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