城市110kV變電站噪聲來(lái)源及降噪措施

郭軍科　鄭中原　甘智勇　賀　欣　于金山

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院天津300392）

城市110kV變電站噪聲來(lái)源及降噪措施

郭軍科鄭中原甘智勇賀欣于金山

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院天津300392）

目前變電站噪聲超標(biāo)擾民問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越明顯，隨著社會(huì)用電量的增長(zhǎng)以及居民環(huán)保維權(quán)意識(shí)的提高，關(guān)于變電站的噪聲投訴問(wèn)題也日益增多。本文總結(jié)了110kV變電站噪聲的幾種來(lái)源，分析了噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，并探討了常見(jiàn)的降噪措施，為城區(qū)變電站的噪聲控制提供參考。

變電站；噪聲來(lái)源；降噪措施

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，全社會(huì)的用電需求迅速增長(zhǎng)，城市中建立了越來(lái)越多的變電站。但是由于城市空間資源限制，很多變電站選址較為困難，于是變電站的噪聲擾民問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重。由于220kV及以上的變電站一般選址較為偏遠(yuǎn)，35kV及以下的變電站占地面積及其對(duì)周邊影響較小，因此在城市變電站中，110kV變電站離居民區(qū)較近且占地面積較大，在其運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲容易對(duì)周邊產(chǎn)生較大影響。

1　變電站噪聲來(lái)源

1.1主變壓器噪聲

變壓器運(yùn)行時(shí)會(huì)由于構(gòu)成鐵心的硅鋼片發(fā)生磁致伸縮引起鐵芯周期性振動(dòng)，誘發(fā)變壓器外殼產(chǎn)生振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。通常，鐵芯硅鋼片的磁致伸縮振動(dòng)是變壓器噪聲的主要來(lái)源，它發(fā)射的噪聲大小主要取決于變壓器的額定功率和鐵芯的磁通量密度,而不是負(fù)荷的大小。

變壓器的正常運(yùn)行時(shí)的噪聲頻率大多低于1kHz。在變壓器施加正弦負(fù)載電流（工頻電流）時(shí)，繞組噪聲的頻率主要是電流頻率的2倍；而鐵芯噪聲的頻率主要分布在工頻電流的4次諧頻到10次諧頻的范圍內(nèi)，這取決于鐵芯中的磁通量密度。因此，變壓器有負(fù)載時(shí)的噪聲頻譜由頻率為100Hz（工頻為50Hz）的繞組噪聲和頻率更為豐富的鐵芯噪聲疊加組成。通常變壓器電功率容量越大，兩倍工頻噪聲所占的比例也越大。圖1是某變電站主變壓器（110kV，6.3MW）的噪聲頻譜圖。

圖1　主變壓器噪聲頻譜

從變壓器的頻譜測(cè)試結(jié)果了解到，變壓器的噪聲以50Hz的偶次諧頻為主的寬帶噪聲，其噪聲能量主要分布在100Hz～800Hz中低頻段。并且同一站內(nèi)的同類(lèi)型主變壓器的噪聲頻譜形狀基本相同，主變?cè)肼暢尸F(xiàn)明顯的低頻窄帶特性。

1.2冷卻系統(tǒng)噪聲

變電站的冷卻系統(tǒng)噪聲主要來(lái)自潛油泵以及主變冷卻風(fēng)扇的運(yùn)行噪聲。110kV變電站的主變多在低負(fù)荷時(shí)采用油浸自冷（ONAN）方式，在高負(fù)荷時(shí)采用油浸風(fēng)冷（ONAF）方式。因此在夏季用電高峰期，變壓器的潛油泵和冷卻風(fēng)扇在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，冷卻風(fēng)扇的噪聲比主變本體噪聲更大，使得主變的合成噪聲提高。

1.3通風(fēng)散熱系統(tǒng)噪聲

通風(fēng)散熱系統(tǒng)噪聲一般來(lái)自安裝在建筑物外墻體上的空調(diào)或者排風(fēng)扇，用于變電站的開(kāi)關(guān)室、GIS設(shè)備室或變壓器室散熱。通風(fēng)散熱系統(tǒng)噪聲的頻率主要集中在中高頻，在夏季高溫天氣通風(fēng)散熱系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)才存在。但由于夏季變電站附近居民多開(kāi)窗，因此通風(fēng)散熱系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)對(duì)附近居民環(huán)境敏感點(diǎn)的影響較大。通風(fēng)散熱系統(tǒng)噪聲也是目前夏季變電站噪聲擾民投訴的主要原因。

1.4其他噪聲

電抗器與電容器運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生噪聲。電抗器與變壓器的噪聲組成基本相同，是由于電抗器本體鐵芯的磁致伸縮導(dǎo)致的振動(dòng)產(chǎn)生，其噪聲頻率特性與主編噪聲頻率特性基本相同；電容器的噪聲是由于電極間靜電力的作用使電容器內(nèi)部元件產(chǎn)生振動(dòng)。由于現(xiàn)實(shí)條件下，110kV變電站的電抗器與電容器數(shù)量較少且噪聲較小，因此不屬于變電站的主要噪聲來(lái)源。

2　變電站噪聲標(biāo)準(zhǔn)限值

我國(guó)的變電站噪聲限值主要參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）和《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348-2008）中關(guān)于各功能區(qū)環(huán)境噪聲限值的規(guī)定。

表1　環(huán)境噪聲限值

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096－2008）標(biāo)準(zhǔn)，110kV變電站的噪聲環(huán)境劃分比較復(fù)雜，為滿足實(shí)際情況的要求，對(duì)緊挨著主干道的一側(cè)廠界可按4a類(lèi)區(qū)域（晝間≤70 dB；夜間≤55 dB）控制，靠近商業(yè)、工業(yè)及居民混雜區(qū)的廠界按2類(lèi)區(qū)（晝間≤60 dB；夜間≤50 dB）控制，對(duì)緊挨著行政和居民區(qū)一側(cè)廠界則按1類(lèi)區(qū)域（晝間≤55 dB；夜間≤45 dB）標(biāo)準(zhǔn)控制。

3　變電站降噪措施

在變電站噪聲治理方面，降噪措施主要有變壓器噪聲治理、吸聲、聲屏障隔聲、設(shè)備隔振、聲調(diào)控和有源消聲等方式。

3.1變壓器噪聲治理

包含本體及冷卻系統(tǒng)噪聲。減低本體噪聲的主要方法有：選用低噪聲設(shè)備，在制造階段選用高導(dǎo)磁硅鋼片，降低鐵心的磁滯伸縮，在鐵心表面涂加環(huán)氧漆等方式來(lái)降低鐵心產(chǎn)生的電磁噪聲。

降低變壓器冷卻系統(tǒng)噪聲的方法：盡量選擇自冷式散熱變壓器，或者選用無(wú)噪音風(fēng)扇或加裝消聲彎頭等方式降低冷卻系統(tǒng)噪聲。

3.2吸聲技術(shù)

吸聲技術(shù)主要用于變電站建筑物內(nèi)噪聲的治理，通過(guò)在建筑物內(nèi)各個(gè)墻面加裝具有高吸聲系數(shù)的吸聲材料，增加室內(nèi)整體吸聲量，從而達(dá)到降低室內(nèi)噪聲的目的，但此法容易存在室內(nèi)散熱問(wèn)題。

3.3隔聲技術(shù)

隔聲技術(shù)主要用于室外噪聲的處理，根據(jù)變電站內(nèi)設(shè)備噪聲的頻譜特性、聲級(jí)大小以及聲音分布位置等因素，從聲音傳播途徑上入手設(shè)置隔聲屏，或者利用隔聲間封閉變壓器本體來(lái)達(dá)到降噪的目的。隔聲技術(shù)是目前最為經(jīng)濟(jì)且有效的變電站降噪措施。

3.4隔振技術(shù)

隔振降噪技術(shù)主要用于治理由于地下站內(nèi)變壓器產(chǎn)生的低頻結(jié)構(gòu)噪聲。通過(guò)在變壓器與底座之間加裝隔振裝置，減少變壓器通過(guò)建筑物樓梯結(jié)構(gòu)傳遞的噪聲。隔振裝置可以通過(guò)內(nèi)部加裝不同固有頻率的彈簧，在一定程度上改變變壓器的噪聲頻譜特性。但此法需要停電施工，并且抬升變壓器高度后容易造成頂端安全帶電距離不夠的問(wèn)題。

3.5聲調(diào)控法

聲調(diào)控法，主要通過(guò)疊加一些列不同頻率不同響度的其他噪聲，來(lái)改變?cè)性肼暤念l譜結(jié)構(gòu)，此法不以降低L聲級(jí)為主要目的，但可以在一定程度上改善噪聲對(duì)人體的主觀影響。Genell研究發(fā)現(xiàn)適合的頻譜平衡可以對(duì)主觀煩惱度起到積極作用，并且人們對(duì)風(fēng)聲、水流聲一類(lèi)的自然聲比較偏愛(ài)，因此可以通過(guò)疊加自然聲的方式來(lái)達(dá)到減少噪聲對(duì)人體的影響。

3.6有源消聲法

有源消聲法，是通過(guò)在變壓器周?chē)O(shè)置多個(gè)聲發(fā)生器，聲發(fā)生器發(fā)出的聲音與變壓器所發(fā)出的聲音頻率相同，相位相反，傳播方向相反，在傳播過(guò)程中相互抵消，從而達(dá)到降噪的目的。但此法在變電站噪聲治理的實(shí)際應(yīng)用上仍存在較多問(wèn)題。目前有源消聲法主要用于管道消聲。

4　結(jié)語(yǔ)

4.1目前變電站的降噪措施很多，現(xiàn)有的降噪措施均存在不同程度的占地面積大、安裝操作不方便、成本較高、需停電作業(yè)等問(wèn)題，應(yīng)開(kāi)發(fā)便于安裝操作、無(wú)需停電的新型降噪技術(shù)。

4.2在實(shí)際的變電站降噪工程中，應(yīng)結(jié)合具體的變電站噪聲特性、變電站平面布置情況及周?chē)暛h(huán)境要求，綜合多種降噪措施，來(lái)達(dá)到降低變電站噪聲的目的。

[1]陳曉東,陳錦棟.淺析220kV室內(nèi)變電站的噪聲控制[J].噪聲與振動(dòng)控制,2013,33（06）：220-223.

[2]嵇正毓,張華,楊于生,等.用空氣彈簧降低變壓器結(jié)構(gòu)噪聲的工程實(shí)踐[J].污染防治技術(shù),2011,24(01):61-64.

[3]張霞,莫娟,袁建生,等.變壓器噪聲特性研究[J].中國(guó)電業(yè)技術(shù), 2014,09:75-77.

[4]張霞,莫娟,孫宇晗,等.變電站噪聲測(cè)試分析[J].中國(guó)電業(yè)技術(shù), 2014,09:71-74.