引言：电力电容器塔作为电力系统中的重要组成部分，具有提升输电线路输电能力和改善电力系统电压质量的作用，同时也是换流站主要噪声来源之一，受单元间相互遮挡、声波相干性作用复杂、单元设置数量相对较多等因素的影响，导致其噪声预测的难度大幅提升，在换流站规划与降噪措施中，需对其噪声进行预测。
1. 换流站电力电容器噪声机理
在换流站中设置的电力电容器通常涉及多个电容器元件，通过不同的串并联方式组合而成，通过铝箔与聚丙烯薄膜的设置，确保电力电容器元件大部分部位受力均衡，并形成完整的电容器。由于电力电容器元件中间薄油层具有较高的强度，导致其中间受力处虽存在偏移但可抵消，使内部极板在受到上下静电力作用下保持平衡，导致电力电容器元件在竖直方向上发生振动，从其顶部与底部产生噪声辐射，向空气中进行传播[1]。
2. 换流站电力电容器塔噪声预测分析
2.1 BEM
换流站中的电力电容器塔中，通常会在其较高位置上裸露放置间距小、数量多的电力电容器组，在几十甚至数百个有限尺度相干声源的作用下，产生排列间距齐整的三维立体声源组合，就是所谓的噪声。由于换流站电力电容器塔在一般情况下，其高度与占地面积相对偏大，在其噪声检测中很难采用传统的实验室检测的方式获取精准的数值。同时为保证换流站规划设计的科学性和噪声处理措施的有效性，在其噪声预测分析中还要通过综合考虑换流站内其他电力设备产生的噪声干扰、电力电容器单元设备运行的复杂工况以及其整体运行的安全性与稳定性等。对此，可以提出换流站每个电力电容器单元针对特性完全一致的假设，根据电力电容器单元箱壁相对独立的表面振动，忽略其他电力电容器单元通过架塔等传播产生的振动干扰，用仿真方法对电力电容器塔的噪声进行预测，完成BEM建模。根据表面振动速度等数据计算电力电容器单元各壁面辐射的声功率级，结合各壁面加速度幅值变化区域，以BEM仿真结果为依据，进而获得各壁面在固定中心频率下某频带内的声功率级与声辐射贡献量，围绕实际情况，完成换流站电力电容器塔BEM建模。
2.2 完整建模方法
在换流站的噪声预测工作中通常会借助SoundPLAN等噪声预测评估软件，利用扇型模型计算声场，以户外声传播的衰减为计算原理，从接收点发出声波，使其对所有需要纳入考量范围的区域与实体中源和反射体等的全面覆盖。在换流站电力电容器塔噪声预测分析的完整建模中，可将电力电容器单元的套管与箱壁进行简化处理，将其视为可通过表面辐射噪声的等效声源体，实现电力电容器塔向工业建筑物的转化，分别使电力电容器单元的箱壁与工业建筑物的顶面与4个侧面相对应，对于套管在该工业建筑物中所对应的部分忽视声源的单独设置，在整个噪声预测中仅对其在声传播中的作用进行考量[2]。在实际的换流站电力电容器塔噪声评估中，考虑到部分面在声功率级相对偏小，无法在噪声预测评估软件中对工业建筑物的底面进行赋值处理，因此，可根据电力电容器单元各壁面声功率级与声辐射贡献量的声学特性，将该面的声辐射贡献量在其他各面中平均分配，最终获得电力电容器单元各壁面声功率级的修正值。在换流站电力电容器塔噪声预测中运用完整建模方法虽然无法对声波干涉与振动源相位差产生的影响进行充分考虑，但基于这种方法获得的噪声预测结果可以综合电力电容器之间的遮挡作用与电力电容器单元的声辐射指向性。
2.3 简化点线声源
应用完整建模方法展开换流站电力电容器塔噪声预测工作，在实际的预测过程中不仅需要完成较大的工作量，还无法保证各侧面声功率级获取的准确性，对此，在预测换流站电力电容器塔噪声的过程中可对电力电容器单元进行简化处理，通过在电力电容器单元几何中心设置电声源的方式，完成电力电容器单元向点声源的转变，按照如下所示的声功率级计算方式，获得换流站电力电容器塔点声源的声阵列。
其中，Lp，i代表1至17个测点分别对应的声压级；S代表测量面的总面积；S0代表基准面积，通常情况按照1㎡计算。
考虑到换流站中电力电容器塔单元数量相对较多，为保证其预测结果计算的高效性和噪声预测模型建立过程的简便性，在声源模型建立环节还可将电力电容器塔模拟成单个竖直的线声源，进而开展高效的换流站电力电容器塔噪声预测工作。在电力电容器塔向竖直方向线声源的简化过程中，要明确电力电容器塔的几何中心，确保该线声源的设置位置的准确性，根据电力电容器塔的有效高度设置相应的线声源长度，以电力电容器塔主体结构的顶部与底部分别为该线声源的起点和终点，在确保所有电力电容器单元在声源预测中保持相对独立的基础上，按照
的公式展开科学计算，其中，N代表的是电力电容器塔的单元数量。以能量叠加的方式完成线声源总声功率级的计算。
2.4 简化工业建筑物建模方法
考虑到电力电容器塔噪声空间的指向性与分布特性，如果将换流站的电力电容器塔产生的噪声简化为点声源或线声源，根本无法体现这一特点，同时还无法将电力电容器塔本身对噪声传播造成的影响进行综合考虑。针对这一问题，在预测换流站电力电容器塔噪声的过程中，可以将其转化为单一的工业建筑物。根据电力电容器塔主体结构实际的尺寸大小，明确该工业建筑物模型的标准尺寸，将其距离地面的高度设置为Z0，同时分别将该工业建筑物套管所在侧面标记与其他侧面和顶面分别标记为T1、T2、T3、T4、T5，分别在这5个面的几何中心位置完成面声源的设置。考虑到电力电容器塔结构和内部空间设置的对称性，在面声源设置中要保证T1和T2、T3和T4的声功率等级保持一致。按照如下所示的公式，以T1面相对所有面透过缝隙辐射声功率与该面上所有电力电容器单元的辐射声功率的总和作为该面声功率等级的计算结果。
其中，pT1代表T1面上电力电容器单元与该面总面积的占比。结合这一公式还可完成T3面声功率级的计算。
结论：综上所述，在换流站电力电容器塔噪声的预测中，由于不同的预测模型在实际应用中具有不同的特点，可以满足电力电容器单元间遮挡、声辐射指向性、单元间声波相干性、单元不同壁面处相位差等预测需求。在实际的噪声预测工作中，可着重加强对简化工业建筑物建模方法的运用，获取准确的噪声预测结果。
参考文献：
[1] 丁国君,刘阳,关弘路,等. 高压直流换流站内滤波电容器可听噪声特性研究[J]. 自动化仪表,2022,44(7):36-40.
[2] 张恒友. 用于电容塔电容器状态监测的通信系统研究[D]. 黑龙江:哈尔滨理工大学,2021.
