探索电力设施声振奥秘 让电网更智慧更环保
——走进公司电力设施振动与声学技术实验室
作者：卢铃 伍奕涵 贺蓓
实验室简介
电力设施振动与声学技术实验室依托国网湖南省电力有限公司电力科学研究院建立，围绕电力设施振动与声学机理及感知技术、电力设施振动与声学诊断及预警技术、电力设施振动危害防治三大方向开展技术攻关，致力于保障电力设施安全稳定运行，满足电网绿色发展需要。
实验室成果展示（近5年）
●累计承担国家级项目1项、省部级项目2项、公司级项目30项
●获国家级科技奖励1项、省部级科技奖励23项、公司科技进步奖5项
●获得国家发明专利授权57项、实用新型专利授权13项
●编写国家标准1项、行业标准10项、企业标准7项
●累计发表学术论文135篇，其中SCI/EI检索论文107篇，中文核心论文28篇，编写专著4本
1月22日，国家电网有限公司电力设施振动与声学技术实验室牵头申报的3项公司科技项目获批立项。实验室瞄准真空有载分接开关数字化运维关键技术、高性能声音敏感材料器件与智能声源定位技术，联合中国电科院、国网智研院、湖南大学、乌镇实验室等单位开展科技攻关。
实验室长期聚焦电力设备声纹识别与噪声防治技术领域开展研究。声纹识别技术作为现有电力设施运行状态监测手段的补充，可发现设备早期潜伏性缺陷，助力电力设施可观、可测、可调、可控。同时，随着电网规模的不断扩大及城市用地资源的日趋紧缺，越来越多的变电站选址在城市中心区域，如何做好变电站噪声控制成为实验室重点关注的研究课题。经过多年攻关，实验室在电力设施声振监测、提升变电站噪声防治水平方面取得了众多创新成果，为电网运维更智慧、运行更环保提供了新的技术支撑。
聆听设备“语言”，问诊设备状态
变电站、换流站内的变压器、电抗器等设备出现异常工况或机械缺陷时，经验丰富的运维人员可通过设备产生的特有声音来判断故障类型。但这种方式主观性强。近年来，随着声学理论研究的深入和大数据、深度学习等新技术的应用，声纹识别技术在电力行业应用越来越广泛。相较于靠人工经验判断的方式，该技术判断缺陷隐患的准确性大幅提升，且具有无须接触、不停电等优点。2014年，实验室成立，开始深入研究该技术。
“变压器等电力设备运行时产生的声学信号体现大量的状态信息，就像人的指纹一样具备辨识特征。设备出现异常时，声纹会随之改变。”实验室团队成员王兰博介绍，“我们可借助声纹识别技术发现电力设施安全隐患，实现电力设施运行状态全天候监测、隐患自动预警和检修辅助决策。”
实验室团队对电力设施噪声信号进行分离、特征提取和识别等处理，建立了电力设施声纹特征数据库，并自主研发了变压器声纹巡检装置、输电线路声纹在线监测装置等。运维人员利用这些装置远程监听变压器、线路的声音，进而判断变压器是否出现了直流偏磁、冷却装置异常、局部机械松动等情况，线路绝缘子是否有异常放电等缺陷，提高电力设施智能化运检水平。
实验室相关成果已在湖南500千伏鼎功变电站等十余座变电站应用，并推广到湖北、江苏等省份的电网和发电企业。
控制设备噪声，优化运行环境
“变电站的噪声限值大多要求达到《声环境质量标准》（GB 3096-2008）的2类声环境功能区要求，而220千伏株洲白关智慧能源站一投运，无须治理就到达了更为严格的1类要求。”湖南电科院化学与环境工程技术中心副主任黄韬说。2022年8月31日，株洲白关智慧能源站建成投运。经测量，站界噪声低于45分贝，达到1类声环境功能区的噪声限值要求。
实验室常务副主任胡胜介绍，在该工程建设早期，实验室支撑国网湖南电力发布了《国网湖南电力变电站通用设计降噪分册标准化施工图》等相关文件，从源头上解决了变电站噪声问题。这样相比变电站投运后再治理，费用成本可降低30%以上。
为提高电力设施噪声监测能力，实验室提出了输变电工程噪声抗环境干扰监测技术，研发了抗干扰性强、耐候性好的站界噪声在线监测系统。该系统可自动过滤环境噪声，将噪声监测数据实时上传至后台进行分析处理，实现噪声情况自动判别、预警，提升站界噪声监测的准确性和信息化水平，为重点地区变电站噪声治理提供了数据支撑。目前，该系统已在长沙、株洲、娄底等地的25座变电站使用。
实现噪声精准监测的同时，实验室还研发了一系列降噪、隔声材料及装置。针对常规硬性隔声装置重量大的问题，实验室研制了超薄柔性隔声材料，在有效防治变电站噪声的同时实现隔声装置现场快速拆卸，最大限度降低隔声装置对运维检修的影响；针对变电站低频噪声，研制了兼具防火、防腐、轻质、免维护等特点的隔声墙板材料；针对户外变电站常用的隔声屏障吸声材料低频吸声能力不足等问题，开发了复合共振吸隔声屏障。
在预防和治理配电变压器噪声项目中，实验室建设了10千伏配电变压器多工况声振测试系统，掌握了配电变压器噪声、振动源特性和在典型居民建筑物中的传播衰减规律，采用铁芯材料优化选型、改进油箱设计等方式降低变压器噪声，并研发了多种隔振装置。相关技术和产品在湖南、江苏等地应用，降噪效果良好。
形成工作体系，培育发展力量
人才是发展的核心力量。实验室注重人才队伍建设，组建了涵盖电气、振动、声学、环保、材料、汽机、水机等多专业人员的科研团队，培养出公司级专家人才6人、省级专家人才3人。
实验室在多年的运转中探索出一套行之有效的工作方法，建立了一个充满活力的创新团队，形成了一套科学严谨的工作体系。实验室以科技项目、技术标准等为牵引，培养造就了一批优秀的学术带头人；通过“老带新”“师带徒”等机制，组织青年员工参与科技项目攻关、关键技术研究等，促进青年员工逐渐成长为实验室技术骨干。
目前，实验室正在开展换流站噪声控制关键技术及站界噪声智慧化监测、变电站及声源设备低频线谱噪声监测与控制技术、有载分接开关在线感知和缺陷识别技术等方面的研究，后续将以电力设施声振机理研究为基础，以诊断预警关键技术研究为重点，以标准体系建立为手段，朝着电力设施“听得准、听得懂、控得住”目标不断前进。
本文内容来自国家电网报。