某220kV城區變電站噪聲分析與治理

某220kV城區變電站噪聲分析與治理

陳昕

(廣東電網有限責任公司汕頭供電局，廣東 汕頭515041)

摘要:針對汕頭城區220 kV廣興變電站噪聲超標擾民的現象，研究了噪聲的頻譜特性及衰減規律，確定了噪聲源，提出了合理建筑結構設計結合隔聲吸聲設計的噪聲治理措施。

關鍵詞:變壓器；低頻噪聲；噪聲治理

收稿日期：2015-03-30；修回日期：2015-04-01

作者簡介：陳昕(1984-)，男，工程碩士，主要從事電網化學、環保、電測、電能以及熱工技術監督工作。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2015.02.021

中圖分類號：TM411;TB535

Analysis and control on the noise of 220 kV

transformer substation in urban

CHEN Xin

(Shantou Power Supply Bureau, Guangdong Power Grid Co., Ltd. Shantou 515041,China)

Abstract:The excess of noise of 220 kV Guangxing transformer substation in urban which disturbed nearby residents has been researched including the frequency component and its energy decrement. Furthermore, building structure redesign combined with the technology of insulation and absorption are carried to reduce the boundary noise, which makes the harmonious living condition around the substation.

Key words: transformer, low-frequency noise, noise control

0　引　　言

220 kV廣興變電站為汕頭市區的半戶內式無人值班變電站，地處韓江路(東西走向)與衡山路(南北走向)交界西南側。變電站于2009年由110 kV變電站升級改造為220 kV變電站，配備2臺容量為180 MVA的主變壓器，日均峰值負荷不超過50 MW，冷卻方式均為油浸自冷/油浸風冷(ONAN/ONAF)，雖緩解了該區域的用電矛盾，但卻陸續接到附近居民對噪聲影響的投訴。

1　監測結果

根據文[1]、文[2]、文[3]及汕頭市政府[2010]44號文《關于頒布汕頭市聲環境功能區劃的通知》相關要求，220 kV廣興變電站執行4類廠界外聲環境功能區標準，其廠界環境噪聲排放限值為晝間小于70 dB(A)、夜間小于55 dB(A)；變電站的周圍區域屬于4a類聲環境功能區，環境噪聲等效聲級限值為晝間小于70 dB(A)、夜間小于55 dB(A)。

220 kV廣興變電站東側和北側的廠界噪聲夜間監測結果如表1所列，可見噪聲均大于57 dB(A)，A住宅小區居民樓天臺的測試點夜間噪聲測定值為59.1 dB(A)，夜間噪聲排放已經超出國家規定的標準限值。

表1　未降噪前廣興站邊界噪聲監測結果　　　　　　　　　　　dB(A)

2　噪聲的產生與特性分析

2.1噪聲源分析

變電站的噪聲按照其產生的機理，一般可分為氣體動力性噪聲、機械噪聲和電磁性噪聲3種。

首先是變壓器運行時硅鋼片磁致伸縮、電磁作用以及漏磁引起的繞組振動都會引起噪聲。當鐵芯的固有頻率和磁致伸縮振動的頻率接近，或者油箱及其附件的固有頻率與鐵芯振動頻率接近時，產生共振會導致本體噪聲進一步增大。主變的冷卻系統也是重要噪聲源，一方面主變風機運行時會產生振動輻射噪聲；另一方面由主變本體的振動傳遞給冷卻裝置，使冷卻裝置振動加劇。另外，裸露的高壓線和部分電氣設備電暈放電時也會產生噪聲。

由于220kV 廣興變電站為半戶外變電站，只有2 臺主變被設置在戶外，其余電氣設備均被設置在變電站室內，結合環保監測部門的廠界噪聲測試結果，判斷造成噪聲擾民的變電站噪聲主要是由戶外的220 kV變壓器運行時，硅鋼片的磁致伸縮和繞組中的電磁力引起的電磁噪聲和變壓器冷卻裝置運轉引起的機械噪聲。主變作為固定設備，其排放的噪聲通過建筑物結構傳播至噪聲敏感建筑物室內時，A住宅小區夜間室內噪聲監測如表2所列，參照4類聲功能區的噪聲敏感建筑物室內等效聲級排放限值標準，250 Hz和500 Hz倍頻帶都出現了超標現象，符合主變是主要噪聲源的結論。

表2　未降噪前A住宅小區噪聲監測結果　　　　　　dB

2.2噪聲頻率特性分析

現階段變電站噪聲標準是以等效A聲級為標準，未考慮頻率成分尤其是低頻噪聲對人體的影響。最近研究表明，因為低頻噪聲與人體各部分器官的固有頻率相接近，對人體危害更大，會引起強烈的生理和心理不適感。

噪聲頻率特性分析有助于了解和識別主要噪聲源的性質，頻譜中各峰值對應的頻率就是由某種噪聲源產生的，通過主要峰值識別對應的主噪聲源，為降噪工程提供依據。220 kV廣興站這種半室內的主變產生噪聲遇到墻體后發生反射，反射聲與直達聲混合使得聲源處的聲級水平增大。本文采用PULSE 7700系統測量主變表面各點的聲壓，測量時采用網格布點法，即橫縱2個方向上每間隔1 m設1個采樣點。

圖1　廣興站#1主變表面不同高度聲壓頻譜圖

(1) 不同高度的聲壓頻譜研究。220 kV廣興變電站#1、#2兩臺主變的東側及頂部均無遮攔，不同高度處的聲壓值有所不同。以#1主變為例，主變表面1.2 m、2 m和3 m三個不同高度的聲壓頻譜如圖1所示。

#1主變表面在3個不同高度的峰值頻率一致，都為100 Hz和315 Hz，而且不同頻率處的聲壓數值相近，說明變壓器表面噪聲的頻譜規律與高度無關。磁致伸縮導致鐵芯勵磁時的周期性振動，通過鐵芯和繞組構成的變壓器器身向四周傳遞振動，因此主變表面不同高度處的聲壓水平相差不大。

圖2　廣興站#1主變表面不同側面聲壓頻譜圖

(2)不同側面的聲壓頻譜研究。220 kV廣興變電站#1、#2兩臺主變的東側無遮攔，而西、南、北三側均設置了圍墻。以#1主變為例，主變不同側面的聲壓頻譜如圖2所示，其中S2為東側。

#1主變不同側面聲壓頻譜的升降趨勢和峰值頻率一致，峰值頻率為100 Hz和315 Hz。圖3紅線S2代表東側無障礙物阻擋的一面，其聲壓數值略低于其他三個側面，說明面聲源聲波遇到障礙物后反射，能與原聲場疊加，從而增加噪聲水平。

2.3噪聲衰減特性分析

對噪聲衰減的分析，根據噪聲傳播過程中是否受到阻隔，區分兩種情況：一種是噪隨距離增加，噪聲水平自然衰減，直至衰減到背景噪聲水平；另一種是噪聲在傳播過程中受到阻隔，在隔擋物另一側的噪聲會有較大幅度衰減。220 kV廣興變電站2臺半戶外式主變同時存在這2種情況，如圖3所示設置4個路線，對噪聲源的200 Hz、315 Hz、500 Hz和800Hz共4個頻率研究其衰減特性。

圖3　廣興站4條衰減特性路徑示意圖

圖4～7依次為路線1-4的噪聲隨距離衰減特性曲線。4條路徑不同頻率噪聲的衰減屬于發散性衰減，其衰減量與距離的平方成反比，衰減速率由快變慢，在40 m后的衰減量幾乎接近0。不同于完全露天主變的噪聲沒有反射聲場的疊加效應，向四面八方傳播，噪聲衰減至背景噪聲的速率較快；廣興站主變的其中三面為剛性反射面，噪聲基本朝向無阻擋的東側傳播，其半自由空間中任一點的聲壓都是直接輻射到該點的聲壓和從反射到該點的聲壓的疊加。

路線2和3的噪聲衰減路徑上存在障礙物情況，低頻噪聲得到有效衰減，500 Hz以下噪聲衰減量在20 dB左右。路線1和4無阻擋，其低頻噪聲的衰減不明顯。

2.4A住宅小區頂樓夜間噪聲分析

對A住宅小區頂樓夜間噪聲衰減進一步分析，由表3可知，影響該居民樓的噪聲以低頻噪聲為主，

表3　A住宅小區頂樓噪聲監測結果

噪聲的峰值出現在頻率315 Hz。由于小區居民樓天臺至廣興站變壓器直線距離之間無障礙物阻擋，按照點聲源聲壓計算公式求出315 Hz聲壓級數值約為30 dB，小于實測值50.31 dB，可能是逆溫層的存在，夜間氣溫隨著高度增加而增高，即住宅小區樓層高處的空氣密度小，導致聲音由下向上傳播過程中，聲線離開法線向外側偏折，輻射至樓頂的聲波數明顯增加，表現為該頻段聲壓級數值增大。其監測結果如表3所列。

3　噪聲的治理措施與效果

3.1降噪工程基本思路

控制噪聲的主要方法，首先是降低噪聲源發出的噪聲，其次是在噪聲達到人耳之前，采取阻尼、隔振、吸聲、隔聲、消聲器、個人防護和合理布局等方法，盡量減弱或降低噪聲源的振動，或將傳播途中的聲能吸收，或減弱對耳膜的作用等，從而實現控制和治理噪聲的目的。對噪聲的控制，應綜合合理建筑結構設計、隔聲及吸聲設計等方案優點，才能有效控制噪聲對人的影響。

220 kV廣興變電站內主要噪聲源的主變運行噪聲屬于低頻噪聲，由于目前尚無對低頻噪聲有高吸聲系數的材料，針對該噪聲源及其傳播衰減特性，同時降低噪聲在墻面上多次反射造成的混響效應，采用東側安裝拆裝式通風消音門及其余3側加掛吸音墻的“吸聲”和“消聲”相結合的治理方案。

3.2降噪工程具體措施

(1)主變室加裝通風消音門。#1、#2主變的東面作為噪聲重要傳播途徑，采用JS-105型拆裝式消聲隔音門進行噪聲的有效阻隔，如圖8所示。大門外面板采用1.2 mm厚覆膜鋼板，基材為鍍鋅鋼板；內面板為熱鍍鋅百葉型沖孔吸聲板；中間填充防火吸音材料。每樘大門下部加裝鍍鋅鋼板制成的消聲百葉窗，其吸聲采用折板阻性吸聲片，吸聲面積大兼具通風作用。

圖8　#1主變加裝通風消音門示意圖

(2)主變室加裝吸音墻。#1、#2主變的西、南、北三側墻面裝設吸音墻，吸音墻表面為百葉型沖孔板，厚度為0.8 mm；內填充70 mm厚防火吸音棉板，并用玻璃纖維布及鋼鋁板網包裹；將吸音墻分成若干個單元，通過輕鋼龍骨支撐固定于墻上。其中#1主變北面靠韓江路側主變防火墻填充磚砌體后，吸音墻制作至13 m高，其余吸音墻高度為9 m。

如圖9所示，吸音墻纖維多孔吸聲材料內部存在大量微小連通孔隙，使入射到吸音墻的噪聲由于阻尼作用不斷發生熱交換，部分聲能被轉化為熱能逸散；纖維多孔吸聲材料與百葉穿孔板之間的空氣層構成亥姆霍茲共振體，噪聲于此處產生劇烈共振，也損耗了部分聲能。上述特殊結構對中寬頻治理突出，對低頻噪聲也具有良好的吸收效果，平均隔聲量約25 dB，平均吸聲系數在0.65～0.9之間。

圖9　主變室吸音墻結構示意圖

(3)主變側風機加裝消聲器。在電氣綜合樓靠主變側的4臺排風機風口處，安裝阻抗復合式消聲器，控制風機高強度的寬頻帶噪聲。

3.3降噪工程治理效果

220 kV廣興變電站噪音治理工程改造完工后，對該變電站進行監測，東面和北面的廠界夜間噪聲均低于44 dB，均達到《GB 12348-2008工業企業廠界環境噪聲排放標準》中的2類聲環境功能區標準。

4　結束語

通過對主變這一低頻噪聲源進行吸聲技術與消聲技術相結合的綜合降噪改造，加裝通風消音門和吸音墻，實現220 kV廣興變電站廠界環境噪聲的達標排放。

針對類似220 kV廣興站開口房間內的主變，在以后的降噪工程中，可考慮在開口處布放若干揚聲器和誤差傳聲器構成虛擬聲屏障這種有源噪聲控制方法，彌補隔聲和吸聲等被動降噪法存在的工程量較大以及影響設備通風散熱的不足。

[參考文獻]

[1]GB 3096-2008,聲環境質量標準[S].

[2]GB 12348-2008,工業企業廠界環境噪聲排放標準[S].

[3]GB/T16190-94,城市區域環境噪聲適用分析技術規范[S]．

(責任編輯陳化鋼)