摘 要： 通过相干分析法研究了电容器的振动与噪声的关系，得出了电容器振动和噪声的相干系数频谱以及产生电容器噪声的频率特性。
为了验证电容器的振动噪声频率特性，首先对交流滤波场内的电容器进行测量，分析电容器塔的噪声辐射特性。由于电容器与电抗器在滤波场相距较近，因此通过相干分析法研究了电容器的振动与噪声的关系，得出了电容器振动和噪声的相干系数频谱以及产生电容器噪声的频率特性。
1 相干分析
相干分析主要用来分析噪声信号中的频率成分与振动特征频率之间的关系，确定振动幅值对应的频率相对于对应点噪声声压级的影响和振动源对总噪声的影响。
对于随机信号x(t)、y(t)，理想条件下的相干函数记为(f)：
其中，Sx(f)、Sy(f)分别是系统输入信号和输出信号的自功率谱密度函数，Sxy(f)为Sx(f)、Sy(f)之间的互功率谱密度函数。
对于振动、噪声的单输入、单输出系统，系统常常会进入一些干扰信号被系统输出，成为输出y(t)的一部分。如图1所示，其中n(t)与x(t)不相关，y1(t)是x(t)所引起的输出，y(t)为实测的输出。此时：
由式(7)可以看出，如果能够分别求出滤波场各个噪声源与各个测点噪声信号之间的相干函数，就能够轻而易举地分离出复杂声场中的主要噪声源。
2 交流滤波场电容器的噪声测试与分析
2.1 交流滤波场噪声测试系统
在测量滤波场中设备的噪声时，一般近距离测量。但是在高压换流站中很多设备都带有高电压，不允许进行近距离测量，而当距离较远时，在测量电容器噪声时不可避免会得到周围噪声源在此测点的叠加值[1]。而通过使用声振相干分析分离的方法可以把滤波场中电力电容器的噪声频谱分离出来。换流站交流滤波场测试系统如图2所示。
2.2 交流滤波场主要设备的噪声特性分析
在交流滤波场中，选择了受干扰较小的测点2测量电力电容器附近的噪声，并且在不同工况下（300 MW、900 MW、1 500 MW、2 100 MW、3 000 MW）分别进行测量。
(1)电力电容器在300 MW工况下的A计权噪声窄带谱有很明显的谐波现象，基波100 Hz处峰值最大，主要峰值从高到低依次为100 Hz：69.6 dB(A)、500 Hz：64.9 dB(A)、400 Hz：53.6 dB(A)、1 200 Hz：53.3 dB(A)、600 Hz：53.2 dB(A)。
(2)电力电容器在900 MW工况下的A计权噪声窄带谱在100 Hz基频有谐波现象，主要峰值从高到低依次为500 Hz：70.7 dB(A)、100 Hz：70.5 dB(A)、1 200 Hz：63.2 dB(A)、400 Hz：59.1 dB(A)、600 Hz：55.4 dB(A)。
(3)电力电容器在1 500 MW工况下A计权噪声窄带谱在100 Hz基频有谐波现象，主要峰值从高到低依次为500 Hz：66.4 dB(A)、1 200 Hz：60.6 dB(A)、600 Hz：59.2 dB(A)、400 Hz：56.7 dB(A)。
(4)电力电容器在2 100 MW工况下的A计权噪声窄带谱在100 Hz基频有谐波现象，主要峰值从高到低依次为100 Hz：71.7 dB(A)、1 200 Hz：65.6 dB(A)、500 Hz：57.9 dB(A)、700 Hz：57.0 dB(A)、600 Hz：56.7 dB(A)。
(5)电力电容器在3 000 MW工况下的A计权噪声窄带谱在100 Hz基频有谐波现象，主要峰值从高到低依次为100 Hz：78.9 dB（A）、500 Hz：70.1 dB（A）、300 Hz：63.4 dB（A）、1 200 Hz：60.0 dB（A）、700 Hz：59.5 dB（A）。
电力电容器在不同工况下的声压级不同，由测量结果可知电力电容器在300 MW、900 MW、1 500 MW、
2 100 MW、3 000 MW工况下有对应的声压级分别为63.8 dB、69.9 dB、66.8 dB、67.5 dB、69.5 dB，其变化趋势如图3所示。
从上述测量结果可以看出，电力电容器在不同工况下噪声辐射的主要频率有：100 Hz、300 Hz、400 Hz、500 Hz、600 Hz、700 Hz、1 200 Hz，还有其他100 Hz的高次谐波峰值，但相对较小。根据电容器元件振动频率特性可以看出，交流滤波场中电容器附近的噪声频率中100 Hz、500 Hz、600 Hz、700 Hz、1 200 Hz与理论分析的振动频率比较吻合，而噪声频谱中的300 Hz和400 Hz可能是由于电容器在静电力作用下的结构共振引起的，也可能是与其他噪声源的频率叠加而成的[2]。
综上所述，交流滤波场存在比较严重的多声源叠加，呈现出比较明显的谐波，其原因是在电容器塔附近有平波电抗器的干扰，因此测得的噪声是电容器和电抗器叠加的结果，为了分离所测信号究竟是来自电容器还是电抗器，有必要通过相干分析技术进一步分析。
本文主要把功率谱和相干函数的计算方法应用到直流换流站滤波场电力电容器噪声测量与相干分析中，并得到了以下结论：
(1)交流滤波场存在比较严重的多声场叠加现场，出现比较明显的谐波，谐波的主要峰值频率为500 Hz、600 Hz、700 Hz。
(2)电容器外壳在不同工况下的主要振动频率成分有100 Hz、300 Hz、400 Hz、500 Hz、600 Hz和700 Hz，其中100 Hz处电容器外壳的振动幅值最大。而电容器辐射噪声的主要频率成分为100 Hz、600 Hz、700 Hz、500 Hz和300 Hz。其中100 Hz出现在每种工况下，其他频率在不同工况下会有所不同。
(3)随着负载功率的增加，交流滤波场中电力电容器的声压级是先增加后下降，最后又增加。
参考文献
[1] 魏玲燕，杨景南.电力电容器噪音产生的原因及预防措施探讨[J].电力电容器，2001，40(1)：26-28.
[2] 曹涛，汲胜昌，吴鹏，等.基于振动信号的电容器噪声水平计算方法[J].电工技术学报，2010，25(6)：172-177.