摘 要：該文基于虛擬儀器工程平臺（LabVIEW）設計了35kV變電站噪聲監(jiān)測系統(tǒng)。采用多個聲強和聲壓傳感器提取變電站噪聲信號，通過USB數(shù)據(jù)采集卡采樣后送入LabVIEW編寫的軟件進行處理。噪聲監(jiān)測軟件具有實時聲功率、波形顯示、峰值計算、功率譜分析和歷史數(shù)據(jù)管理等功能。該系統(tǒng)具有簡單有效，能直觀顯示監(jiān)測結果，且易于控制的優(yōu)點。

關鍵詞：35kV變電站 噪聲 LabVIEW 聲強 聲壓

近年來，隨著我國人民生活水平的提高和居民用電負荷的快速增長，電力建設步伐也隨之加快。越來越多的變電站不可避免地建設在城鄉(xiāng)居民的生活區(qū)，站內設備產(chǎn)生的噪聲對居民生活的影響也備受關注。變電站內的噪聲主要為可聞中低頻噪聲，包括變壓器本體的電磁噪聲、冷卻風機的機械噪聲、設備運行中機械振動造成的振動噪聲和油冷系統(tǒng)液體流動力噪聲等[1]。如何對主變噪聲進行監(jiān)測，并將監(jiān)測信息反饋給變電站值守人員以進行噪聲控制，是電力運行人員十分關心的工作。

本文基于LabVIEW軟件平臺設計了35kV變電站噪聲監(jiān)測系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了對安裝在變壓器上的多個聲壓、聲強傳感器信號的顯示和處理。軟件具有實時聲功率、波形顯示、峰值計算、功率譜分析和歷史數(shù)據(jù)管理等功能，可以在35kV變電站中進行應用。

1 硬件系統(tǒng)設計

為對35kV變電站內的主變實施噪聲監(jiān)測，分別選取了聲強和聲壓探頭作為傳感器。由以上傳感器所獲得的模擬信號由高速數(shù)據(jù)采集卡進行采集，再經(jīng)USB總線送入計算機中的噪聲分析軟件，完成自動采集、處理和結果顯示。硬件系統(tǒng)結構示意圖如圖1所示，主要部件包括聲強和聲壓探頭、高速采集卡和主機三部分。

圖1 硬件系統(tǒng)結構示意圖

在本系統(tǒng)中，分別在35kV變電站的主變周圍布置4個聲強探頭，在變電站內不同區(qū)域布置8個聲壓探頭。各傳感器獲取的信號均經(jīng)同軸電纜傳輸至控制中心，并連接至數(shù)據(jù)采集卡。主機采用筆記本電腦，使監(jiān)測系統(tǒng)具有便攜式和數(shù)據(jù)共享模式。

2 軟件系統(tǒng)設計

LabVIEW是NI公司開發(fā)的實驗室虛擬儀器工程平臺（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench），可方便實現(xiàn)圖形化編程語言軟件開發(fā)[2]。本文開發(fā)的軟件系統(tǒng)即是基于LabVIEW開發(fā)的應用程序，通過有效利用LabVIEW強大的虛擬儀器開發(fā)功能，實現(xiàn)對變電站噪聲多點信號的采集，并計算噪聲信號的聲功率及其平均值、最大、最小值和噪聲的頻譜分析，便于用戶實時掌握變電站噪聲信息。所開發(fā)軟件的主界面如圖2所示。

該軟件的聲級計算采用了聲壓和聲強測量和計算原理。聲音在以波的形式傳播過程中，會對彈性介質造成機械擾動，聲壓就是指介質中某點因此產(chǎn)生的壓力變化，是一個瞬時值[3]。某段時間內該點的有效聲壓 為

（1）

其中T為時間間隔，p（t）為瞬時聲壓。聲壓級的計算公式為

（2）

單位dB。式中 為基準聲壓值，取 。

聲強是指在垂直于聲波傳播的方向上，在單位時間單位面積內通過的聲能，單位是 [4]。其表達式

（3）

式中u（t）表示質點運動速度， 表示介質密度，c表示聲音在該介質內的傳播速度。聲強級的表達式

（4）

單位dB。其中 為基準聲強，取 。

本軟件基于以上原理對由采集卡得到的數(shù)字信號進行計算分析，從而獲得聲壓和聲強值。另外，對噪聲級采用1/3倍頻程法[5]進行頻譜分析和顯示。1/3倍頻程譜分析是一種常用于聲學的測試分析方法，具有譜線少頻帶寬的優(yōu)點。核心程序流程圖如圖3所示。

該軟件系統(tǒng)主要由以下模塊組成：

（1）數(shù)據(jù)實時顯示模塊。

如圖2所示，分別對主變壓器（4個聲強探頭）和變電站周圍區(qū)域（8個聲壓探頭）傳感器采集到的信息用波形圖實時顯示，設置游標方便查看波形上任一點的時間或幅值。右側的液罐控件可以直觀顯示當前的聲強級或聲壓級幅度。

圖3 變電站噪聲監(jiān)測分析軟件主界面

圖3 1/3倍頻程分析程序流程圖

（2）數(shù)據(jù)分析模塊。

數(shù)據(jù)分析模塊主要分為主變或變電站周圍區(qū)域噪聲的時域信息和頻域信息分析模塊。

對于噪聲的時域信息，通過對4個聲強探頭和8個聲壓探頭傳輸數(shù)據(jù)的聲級計算分析，得到監(jiān)測時間和當前噪聲級（dB）間的關系，則可以計算并顯示設定時間區(qū)間內的聲級平均值、最大值和最小值。本日記錄可以顯示當天的噪聲大小隨時間的變化趨勢，方便操作人員讀取或存儲噪聲信息。

對于噪聲的頻域信息，可根據(jù)采集到的時域特征，實施時頻域變換，從而顯示主變或變電站周邊噪聲的頻域信息，包括頻率上限、下限和中心頻率，且可對當前數(shù)據(jù)進行功率譜分析，為運行人員提供更加豐富的噪聲狀態(tài)信息。

圖4 數(shù)據(jù)實時顯示模塊

圖5 時域信息分析模塊

圖6 頻域信息分析模塊

（3）數(shù)據(jù)管理模塊。

為方便分析噪聲數(shù)據(jù)的歷史變化規(guī)律，本軟件設計了噪聲數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫結構如圖2中所示?！奥晱?01”等分別代表各文件夾名，其中保存了歷史噪聲信號的時域、頻域和能量信息?！皩С鰣D像”可保存當前實時波形和功率譜、本日記錄等圖片形式的信息?！癛eports”內可保存操作人員人工填寫的備注等報告文件。本模塊支持打開、更改、刪除、新建、打印歷史數(shù)據(jù)報表的功能。為35kV變電站不同主變噪聲數(shù)據(jù)的橫向比對奠定基礎。

3 結語

為對35kV變電站進行噪聲監(jiān)測和分析，本文基于LabVIEW軟件平臺開發(fā)了一套變電站噪聲監(jiān)測系統(tǒng)。通過在35kV主變和變電站區(qū)域內安裝聲壓和聲強傳感器，實現(xiàn)噪聲信號的采集。采用USB高速數(shù)據(jù)采集卡對傳感器信號實時采集，并傳輸至主機，通過噪聲監(jiān)測軟件實現(xiàn)對噪聲信號的實時聲級計算、頻譜分析和數(shù)據(jù)管理。該軟件具有操作界面友好，分析功能全面，速度快、可靠性高的特點，有助于變電站值守人員實時掌握站內噪聲信息。

參 考 文 獻

[1] 李永明， 王玉強， 徐祿文等. 變電站噪聲預測和仿真分析[J].電力建設， 2013， （7）.

[2] 王福明等. LabVIEW程序設計與虛擬儀器[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009.

[3]李強. 基于虛擬儀器的聲強分析系統(tǒng)[D].吉林大學， 2007.

[4]呂佳珩， 呂銘剛， 武佩. 基于LabVIEW的聲強測量分析系統(tǒng)的研究[J]. 內蒙古農業(yè)大學學報：自然科學版， 2008， （2）.

[5]王東生. 分貝的由來和1/3倍頻程算法[J].橡塑資源利用， 2005， （5）.