摘 要

近年来，随着我国用电负荷不断增加，配套的输变电设施随之不断增加，越来越多的变电站正在不断的建设中。随着特高压交直流输电网的建设，因电晕可听噪声引起的环保问题不断增多，同时高空线路噪声的产生会使工厂的噪声值超过《工业企业厂界环境噪声排放标准》所规定的范围。因此对于高空噪声源进行识别与定位，具有一定的理论意义和工程实际应用价值。目前，我国对高空噪声源的定位与识别已经有所研究，但对其进行的细致量化分析比较少。本文对应用声阵列法于高空噪声源的定位与测量进行了研究，具体内容如下：

（1）总结声阵列在噪声源识别研究的发展历程，以及声阵列法用于噪声识别时的工作原理；对高空噪声的成因进行整理与分析，归纳总结高空噪声测量的方法；利用声阵列法对高空噪声数据进行定位与测量，完成对高空噪声数据采集，并对数据进行了工程化分析。

（2）对目前常用的几种噪声预测方式进行了分析和比较，通过比较确定适合的高空噪声预测公式，并对高空线路噪声进行预测。

（3）根据户外声传播衰减计算规律，采用单个麦克风反演高空噪声，计算每个倍频带所对应的声压级到被测点的A计权声压级，计算出各个频谱的功率密度后，减去因大气吸收作用损失的功率密度，从而得到被测点的最终A计权声压级。从而说明利用声阵列对 反演具有可行性。

关键词：高空噪声；声阵列；预测；噪声反演

Abstract

In recent years, with the increasing power load in China, the supporting transmission and transformation facilities are increasing, and more and more substations are under construction. With the construction of UHV AC/DC transmission network, the environmental protection problems caused by corona audible noise are increasing. At the same time, the noise generated by high-altitude lines will make the noise value of factories exceed the range stipulated in the Environmental Noise Emission Standard for Industrial Enterprises. Therefore, the identification and location of high altitude noise sources has certain theoretical significance and practical application value in engineering. At present, the location and identification of high altitude noise sources have been studied in China, but the detailed quantitative analysis of them is relatively small. In this paper, the location and measurement of high altitude noise sources using acoustic array method are studied. The specific contents are as follows:

(1) Summarize the development history of acoustic array in noise source identification research and the working principle of acoustic array method in noise identification; collate and analyze the causes of high-altitude noise, summarize the methods of high-altitude noise measurement; use acoustic array method to locate and measure high-altitude noise data, complete the data acquisition of high-altitude noise, and carry out engineering analysis of the data. 。

(2) Several commonly used noise prediction methods are analyzed and compared, and the suitable formula of high-altitude noise prediction is determined by comparison, and the noise of high-altitude line is predicted.

(3) According to the calculation law of outdoor sound propagation attenuation, a single microphone is used to retrieve the high altitude noise, and the weighted A sound pressure level corresponding to each frequency doubling band is calculated to the measured point. After calculating the power density of each spectrum, the power density lost by atmospheric absorption is subtracted, and the final weighted A sound pressure level of the measured point is obtained. So it is feasible to use acoustic array for inversion.

Key words： high altitude line noise; acoustic array; prediction;; noise inversion

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 高空线路噪声 1

1.2.1 高空线路噪声的影响 1

1.2.2 国内外研究现状 2

1.3 声阵列法国内外研究情况 3

1.4 可听噪声 3

1.4.1 可听噪声概念 3

1.4.2 可听噪声的频谱 5

1.5 本文研究目的及意义 5

1.6 本章小结 6

第2章 高空线路噪声成因、定位与测量 7

2.1 高空线路噪声产生原理 7

2.2 高空线路噪声定位原理 7

2.3 高空线路噪声测量原理 9

第3章 高空线路噪声测量结果与分析 11

3.1 高空线路噪声测量结果 11

3.2 高空线路噪声测量结果分析 15

第4章 高空线路噪声的预测与反演 17

4.1 噪声预测 17

4.2 高空线路噪声反演 18

4.3 声学模型 19

4.3.1 等效点声源 19

4.3.2 地面上方线声源的声压分布 20

4.3.3 高空线路噪声衰减计算 21

4.3.4 计算结果 24

第5章 结论 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景

近年来，我国城市化进程不断加快，人民的生活水平不断提高，对于电的需求也在不断提高。输变电设施随之不断增加，越来越多的变电站正在不断的建设中。特高压交直流输电网的建设，解决了一部分输电问题，但其产生的电晕可听噪声也引发了许多环保问题。2008年，我国开始实施《工业企业厂界环境噪声排放标准》，这使的噪声问题受到了更多的重视。高空线路噪声会使工厂的噪声值超过《工业企业厂界环境噪声排放标准》规定的范围，直接导致工厂利益受到损害，甚至危害工厂维护人员健康。因此对于高空噪声源进行识别与定位，具有一定的理论意义和工程实际应用价值，对于建设资源节约、环境友好的环保型电网具有重要意义。

但高空噪声源由于其本身的特点，导致对其的测量与识别都具有一定的困难，在测量噪声的过程中无法使用目前较为普遍的近场声全息方法测量高空线路噪声的相对声压级，对其进行工程化应用与计算也较为复杂。因此，利用声阵列法测量高空线路噪声有较大的可行性以及实际应用价值。

声阵列法可以准确识别声源所在的位置，并以色彩方式，将声源位置以及幅值大小显示为直观图像，在测量中可以迅速、直观的得到视野内声源的位置，以及声源的幅值和频谱。声阵列法的优点是在测试过程中，测试仪器与声源之间的距离较远，测量仪器占用测试场地较小，条件较易满足。在应用中，声阵列法可以同时识别不同的噪声源，并对其频谱特性进行分析，并且可以对测得的噪声按照需要进行排序，工作环境安全，诊断快速，工程应用更广泛，不干扰正常的现场工作秩序，可以很好地满足测量高空线路噪声的要求。

1.2 高空线路噪声

1.2.1 高空线路噪声的影响

随着工业与生活用电量的不断增加，电力系统进入了高速发展的阶段。同时对于输电电网，输电线路的也加大了建设力度。随着输电电网覆盖范围的不断扩大，超、特高压交流输电工程只能不断向城市靠近。同时居民住宅区域正在不断的扩大，许多郊区也在区域城镇化，这使得很多输电线网靠近居民区。线路以及输电设备引发的噪声污染问题越来越多。有关研究表明，相比一般的环境噪声，输电线路产生的可听噪声由于其自身的特性，会比一般噪声更令人厌烦。如果长期处于这样的环境中，将有害身心健康。无论是从环境保护的角度还是从城市建设的角度来看，输电线噪声所带来的一系列问题是不容忽视的。而近年来高空线路噪声问题也带来了很多冲突与纠纷，高空线路噪声带来的影响不仅关乎工厂自身建设以及工人安全，还关系着附近居民的身心健康问题。

1.2.2 国内外研究现状

由于国外电力系统发展远早于中国，20世纪60年代各国便开始了对输电线路可听噪声的研究。而所有国家之中，美国是最早对高压输电问题展开研究的国家。美国电力公司（AEP）于1974年开始了对单相345kv输电线线路噪声的研究，并利用导线的不同参数进行了计算。通用电气（GE）利用特高压试验场，对输电线附近的电磁环境进行了深入的研究。美国邦纳维尔电力公司（BPA）于1976年展开了对1200kv的三相输电线路噪声的研究。美国电力研究院（EPRI）也对1000~1500kv的三相输电线路进行了研究。1971年，美国完成了ProjectUHV5年计划，该项目的研究重点为1000kV~1500kV级特高压交流输电线路的电晕问题，其中包括对线路的可听噪声的具体问题，电晕效应产生的电晕损失以及无线电干扰等问题。

美国利用其较早建设高压试验设施的优势，开展了大量的研究，并对长期观测得到的数据结果进行分析和处理。一些学者则针对用特高压输电线中单相输电线和三相输电线试验线段对其产生的可听噪声展开就深入的研究。通过一系列的分析实验，得到了输电线路各因素对可听噪声的影响方式。如不同分裂导线、导线不同得几何结构尺寸等，均会对噪声值产生影响。

20世纪60年代，前苏联同样也展开了对特高压输电线路的研究。即使已经进入21世纪，前苏联依然是唯一一个有特高压输电工程运行经验的国家。1960年，前苏联组织开展了对特高压输电线路的基础研究。1973年，前苏联建设长为1.17km的三相特高压输电线路。五年后便建设了工业性试验线路。前苏联于1988年，投入运行1150kV特高压输电线路，长度达390km。

加拿大魁北克水电研究所（IREQ）在特高压输电线研究方面也有着出色的成果。利用300m的试验线段和两个边长为5.5m的正方形电晕笼，进行了分裂导线电晕噪声实验。

1973年，日本开始了对特高压输电技术的一系列研究。主要研究的技术中心包括日本的东京电力公司以及中央电力研究所。1980年，中央电力研究所利用污秽绝缘子试验中所使用的连续对绝缘子加压的试验设备以及的特高压雾室，对不同分裂数目的导线进行了相应的电晕特性分析。日本至今仍在研究降低导线噪声的方法。

1986年，我国开展了“特高压输电前期研究”的项目。这一项目是我国较早开展的特高压输电线路研究工作。相比起国外各国，我国对于输电线路的研究起步较晚。最早输电线路噪声研究始于的20世纪90年代。而在研究初期，我国并没有专门进行测试电晕效应的试验基地，所以我国早期的研究工作只能集中于电晕效应以及其传播问题的计算。此时国外已经根据实验数据推算出经验公式，因此我国在进行计算时，只能根据国外已有的经验公式。但由于各国国情不同，在高空线路方面的导线参数排布都有所不同，为此我国也建立了相应的实验研究基地。随着特高压输电线路的不断建设，我国也逐渐开展了利用特高压电晕笼的实验方式。

目前我国主要研究单位包括中国电力科院、陕西电科院、武汉高压研究院等机构，这些机构对线路噪声的各个领域都进行了相应的研究。华北电力大学、重庆大学、西北工业大学在输电线路噪声的研究方面也有着显著的成果。

虽然对于线路噪声的研究发展速度较快，但是与国外相比，仍存在巨大差距，仍然处于研究的初级阶段。而我国各城市之间在地理位置上跨度较大，其气候环境也有所不同，在进行设计计算时不能一概而论。

1.3 声阵列法国内外研究情况

传声器阵列是由两个或两个以上的传声器，按照特定的空间几何位置排列组成的，其主要参数包括阵元分布方式、阵元间距、阵元个数、阵的孔径等，理论上说，一个好的传声器阵列应该用最少的传声器数量，达到更好的识别效果。

利用声探测技术对目标进行识别与定位最早用于声纳技术。基于地面的声探测技术最早被用于第一次世界大战中，用于探测敌军的听力设备。随着科学技术的发展，声阵列技术逐步完善，并在日常生活中得到广泛应用。声阵列可以根据其运动状态，分为静止声阵列和运动声阵列。而由于阵列所需识别的对象不同，国内外学者进行了更深入的研究，因此利用传声器阵列对噪声源进行识别，受到了人们的重视，也逐渐成为声阵列方面的研究重点。根据声阵列拓扑结构的差异，声阵列可以分为一维（线性）阵列、二维（平面）阵列、三维（立体）阵列、均匀线性阵列(uniform linear array，ULA)、非线性阵列、非均匀线性阵列等等。一维阵列为线性阵，阵元以一定间隔分布在一条线上；二维阵列目前应用比较广泛，阵型包括十字阵、平面阵等，二维阵列的阵元分布在一个平面上，及二维结构；三维阵列常见的有球形阵和柱面阵等，其传声器按照一定的规律分布在一个三维几何结构上。Johnson和Dudgeon在《阵列信号处理》一文中提到了声阵列法在一战时期的使用方式。但早期的一维阵列在声源识别方面具有一定的局限性，因此人们展开了对二维阵列的研究。而二维阵列受到人们的重视，是因为1987年，Elias和Blacodon Caplot利用二维阵列在法国对直升机旋翼的噪声源进行识别。此后人们开始逐渐关注二维阵列的优点，随着研究的不断深入，目前三维声阵列也已得到广泛的运用。

1.4 可听噪声

1.4.1 可听噪声概念

可听噪声有三组基本概念，即：声压和声压级、声强和声强级、声功率和声功率级。声压用符号P表示，单位为帕（Pa），用来衡量声音的强弱。研究表明，只有声音的强度必须以指数形式增长，听感才能均匀地增强。在之后的研究中，得出了人耳的听感强度具有对数性质的结论。对于人耳而言，2×10^-5Pa的声压人耳就能够听到，20Pa的声压会难以忍受。最大值相当于最小值的100万倍之多，但在这一过程中，人耳感受到的在声音响度方面增强程度约为120倍。这一结果也很好地说明了人耳对声音强弱的感觉，并不正比与声压的大小或是声强的大小，反而与其对数值更接近于正比例关系。因此，声学中常用声压级、声强级和声功率级来量度声压、声强和声功率，其单位为分贝（dB）。声压级定义为：

（1.1）

式中，L_p为声压级，dB；p为声压；p₀=2×10^-5Pa，指的是人的听阈声压值。

声波可以使声源的能量在空间中传播，而声强这一概念的引入是为了描述能量的强弱。声强表示单位时间内通过单位波振面的声能，声压与声强密切相关，已知声压可求出声强：

（1.2）

式中，I为声强，W/m²；S为空气密度，kg/m³；C为空气中的声速，m/s；δ为声阻抗率（kg/m²s）。

类似的，声强级的基准为听阈声强值I₀=10^-12W/m²，其定义为：

（1.3）

声功率是用于描述声源性质的。在自由声场中，声波以球面波的形式辐射，声功率可表示为：

（1.4）

其中，I为距声源r处的平均声强，W/m²；W为声源辐射的声功率，W；r为距声源的距离，m。声功率级以声功率W₀=10^-12W为基准，其定义为：

（1.5）

可听噪声可以分解为不同频率的声音。即使声压相同，不同频率的声音，带给人们的感受也会不同，人耳对1000Hz至5000Hz的声音最敏感。所以，频率与人耳的感受直接相关，一般来说，人耳对频率高的声音敏感。因此，当同时含有低频至高频的各个频率的声音进入人耳时，一部分低频分量会被过滤。所以，人类的听觉不能作为来测定声音不同的频率分量，也无法测定相应的声强大小。因此，引入了A计权网络，从而对声音的声级进行客观的评估。它的原理是一个安装了滤波器的声级计，从而使得它对频率的判断与人耳的判别能力相似。而A声级就是指被A网络计权了的声压级。等效声级L_eq是在指规定测量时间内所测得的所有A声级能量的平均值。对于输电线路可听噪声的评测，则利用统计声级出现的概率或声级累积的概率来计算其噪声级。这种方法的评价量为累积百声级L_N，及在测量时间段内声级高于L_N所占时间为总时间段N%。例如L₁₀=50dB（A），表示在、测量时间段内，声级高于50dB（A）的时间占总时间比例的10%。对于可听噪声而言，通常用L₅₀进行评价，相当于中值噪声级。

1.4.2 可听噪声的频谱

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：