戶外變電站噪聲治理措施研究

殷曉紅,佟 瑤,張 亮,張金麗,沈軍海

(1.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030;2.佳達環保工程公司,江蘇 宜興 214200)

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戶外變電站噪聲治理措施研究

殷曉紅1,佟 瑤1,張 亮1,張金麗1,沈軍海2

(1.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030;2.佳達環保工程公司,江蘇 宜興 214200)

為了解決聲環境功能區區劃升級后變電站廠界噪聲未達標問題,筆者根據變電站噪聲治理前噪聲檢測數據,分析了戶外變電站背景噪聲、站內噪聲、廠界噪聲存在超標問題的原因,提出了采用吸隔聲屏障來控制噪聲傳播途徑的降噪方法。實踐應用表明:戶外變電站加裝隔聲屏障后,變電站廠界噪聲平均降噪量可達到7 dB(A),低于國家標準規定的環境噪聲限值。

戶外變電站;廠界噪聲;吸隔聲屏障;降噪措施

目前,隨著城市建設工程的不斷加快,城市區域的供電需求不斷增加,110 kV、220 kV以及500 kV高壓輸變電工程已深入到人口密集的城市中心地區,然而變電站卻被各類建筑物所包圍,出現了變電站廠界噪聲超標的現象,對周圍居民生活影響很大,不斷發生居民投訴事件。對此,本文根據吸隔聲原理,分析了某110 kV戶外變電站站內、周界晝間、夜間噪聲檢測數據,提出了采用吸隔聲屏障控制噪聲傳播途徑的變電站周界噪聲治理方案,設計了吸隔聲屏障,并應用于變電站噪聲治理。經測試,吸隔聲屏障治理變電站周界噪聲效果良好,平均降噪量達到7 dB(A)。

1 變電站噪聲治理前噪聲檢測與分析

某110 kV戶外變電站于1966年投入運行,1995年4月進行了升級改造,現有兩臺SFZ7-31500/110型主變壓器,是所在地區企業生產及居民生活用電的重要供電電源。該變電站原處于郊區,周圍為低矮平房,東側緊鄰某機械廠,西側50 m為二級公路,該地區當屬于4類聲環境功能區(環境噪聲限值:晝間70 dB(A),夜間55 dB(A))。由于城市建設工程的擴展,舊房、危房的改造,2011年在變電站北側20 m建成了居民小區(南側20 m為在建高層住宅),造成了該地區環境功能區類別升級為1類聲環境功能區(市環境監測中心站認定),超過了噪聲限值(晝間55 dB(A),夜間45 dB(A))[1-2],并發生了居民投訴事件。該變電站周界環境、站內平面布置及噪聲檢測點布置,如圖1所示。

1.1 變電站背景噪聲檢測

在該變電站停止運行狀態下,對該變電站進行了變電站夜間背景噪聲檢測[3]。在變電站外北側1 m處選擇了1-4號測點(5號測點為居民樓前1 m處),噪聲值為40.8～45.7dB(A)。按1類聲環境功能區標準校核,測點3、4超標,噪聲值分別為45.6 dB(A)、45.7 dB(A)。

圖1 變電站周界環境、站內平面布置及噪聲檢測點布置圖

1.2 站內噪聲檢測

在1號變壓器停止運行、2號變壓器運行、冷卻設備停止運行的工況下,在2號變壓器北側、東側3 m處(擬設吸隔聲屏障處)共設20個測點,站內晝間噪聲檢測[3]結果為56.3～63.8 dB(A)。而110 kV級變壓器出廠聲級限值為62 dB(A),低噪聲自冷式變壓器小于55 dB(A),據此確認2號變壓器聲級存在噪聲超標現象。

1.3 變電站廠界噪聲檢測

當該變電站1、2號主變、冷卻設備同時運行的工況下,變電站廠界噪聲最大。該變電站變壓器通常運行方式為一臺運行,另臺一備用,2號主變較1號主變距變電站北側居民樓較近,廠界噪聲最大,所以選擇了6種檢測工況[3]:檢測2號主變運行、1號主變停止運行、冷卻器等不同狀態工況下的變電站北側廠界噪聲,1號主變運行、2號主變停止運行的工況作為輔助檢測工況。下面是6種檢測工況下的檢測結果。

工況1:1號主變停止運行,2號主變運行,冷卻設備運行,變電站晝間廠界噪聲為48.8～53.9 dB(A)。

工況2:1號主變停止運行,2號主變和冷卻設備同時運行,變電站夜間廠界噪聲為46.9～51.0 dB(A)。

工況3:1號主變停止運行,2號主變運行,冷卻設備停止運行,變電站夜間廠界噪聲為47.0～48.8 dB(A)。

工況4:1號主變停止運行,2號主變空載運行,冷卻設備同時運行,變電站夜間廠界噪聲為43.0～45.8 dB(A)。

工況5:1號主變、2號主變、冷卻設備同時停止運行,變電站夜間背景噪聲為40.8～43.8 dB(A)。

按聲環境功能區為1類地區標準校核,工況1噪聲無超標,工況2、工況3的5個噪聲測點全部超標,工況4的噪聲測點1、噪聲測點2超標,分別為45.7 dB(A)、45.8 dB(A),工況5的測點不超標。綜合上述檢測結果,該變電站廠界噪聲確實存在超標現象,若按1類聲環境功能區標準校核,則超標較為嚴重;若按2類聲環境功能區標準校核,也存在超標現象,則該變電站廠界噪聲的治理勢在必行。

工況6:1號主變運行,2號主變、冷卻設備同時停止運行。在該工況下,當公路上無車行駛時,晝間噪聲為45.2～51.6 dB(A),夜間噪聲為42.5～49.3 dB(A);有車行駛時,晝間噪聲為48.9～58.8 dB(A),夜間噪聲為48.0～57.1 dB(A)。由此可見,車輛的行駛對該地區聲環境造成了較大影響。

2 吸隔聲屏障的設計原理

變電站廠界噪聲治理主要有兩種途徑,一是控制噪聲源,選用低噪聲的主變壓器和冷卻設備等;二是控制傳播途徑,控制變電站距人們居住、活動、工作場所的距離,或加裝隔聲措施。對于已建成且穩定運行多年的變電站而言,更新低噪聲設備和控制變電站與人們居住、活動、工作場所的距離相當困難,所以只好采取在主變周圍加裝隔聲屏障的措施,對噪聲進行隔聲、吸聲和消聲處理。

2.1 聲傳播

聲傳播路徑如圖2所示。

圖2 聲傳播路徑

從圖2可以看到,在噪聲源S與受聲點R之間設立聲屏障后,噪聲源發出的聲波遇到聲屏障時,將沿著三條路徑傳播[4]:一部分越過聲屏障頂端繞射到達受聲點,其路徑為A+B;一部分穿透聲屏障到達受聲點,其路徑為d;另一部分在聲屏障壁面上產生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發出的聲波沿這三條路徑傳播的聲能分配。

2.2 繞射

聲波繞射路徑如圖3所示。

圖3 聲波繞射路徑

由圖3可知,聲源越過聲屏障頂端繞射到達受聲點R的聲能比沒有屏障時的直達聲能小。直達聲與繞射聲的聲級之差,稱之為繞射聲衰減,其值用符號Ld表示,并隨著Φ角的增大而增大。聲屏障的繞射聲衰減是聲源、受聲點與聲屏障三者幾何關系和頻率的函數,它是決定聲屏障插入損失的主要物理量。

2.3 透射

透射是聲源發出的聲波透過聲屏障傳播到受聲點的現象。穿透聲屏障的聲能量取決于聲屏障的面密度、入射角及聲波的頻率。聲屏障隔聲的能力用傳聲損失TL來評價。TL大,透射的聲能小;TL小,則透射的聲能大,透射的聲能能減少聲屏障的插入損失。透射引起的插入損失的降低量稱為透射聲修正量,用符號ΔLt表示。通常在聲學設計時,要求TL-Ld≥10 dB,此時透射的聲能可以忽略不計,即Lt≈0。聲屏障聲學構件計權隔聲量應小于25 dB。

2.4 反射

聲波反射路徑如圖4所示。

圖4 聲波反射路徑

從圖4可以看到,當聲源兩側均建有聲屏障且與聲屏障平行時,聲波將在聲屏障間多次反射,并越過聲屏障頂端n繞射到受聲點,會降低聲屏障的插入損失。由反射聲波引起的插入損失的降低量稱為反射聲修正量,用符號Lr表示。為減小反射聲,一般在聲屏障靠聲源一側附加吸聲結構。反射聲能的大小取決于吸聲結構的吸聲系數α,α是頻率的函數,是評價聲屏障的指標。

當然,由聲源發出的聲波遇到具有附加吸聲結構的聲屏障時也會被吸收,使聲能降低。聲型聲屏障聲學結構的吸聲性能應適應聲源的特性,其降噪系數應小于0.6,同時聲屏障聲學構件應具有防潮(水)的性能,在高濕度或淋雨水環境中其吸聲性能不受影響。

3 吸隔聲屏障設計

本文聲屏障設計是將兩臺主變看做一個整體,采用靠近聲源變壓器的圍設方式,由于受聲點主要是變電站南北兩側的居民區,因此采用三面圍設的方式,圍設開口朝向變壓器東側的配電室,既能有效的降低廠界噪聲,又能節約成本。考慮到北側居民區已經入住,南側高層建筑在建,作為一期工程,先行設立北側+東側(北半部)聲屏障。

聲屏障形式采用直板式[5],由基礎、鋼結構立柱、吸隔聲屏體部分組成。為了保證聲屏障與變電站進線的安全距離,將聲屏障高度設計為8 m,進線處的聲屏障高度縮減500 mm,使聲屏障的最高點與進線弧垂高度間距達到1.8 m。

3.1 吸隔聲屏體

吸隔聲屏體采用鍍鋁鋅金屬吸隔聲屏體,規格為2500 mm×500 mm×10 mm。面板、背板采用1.0 mm鍍鋁鋅板,表面噴塑,既防腐又美觀,避免了光污染。面板穿孔率為25%左右,屏體內側填充40 kg離心玻璃棉,離心玻璃棉用無堿憎水玻璃布包裹,可避免吸聲材料進水降低吸聲效果。屏體具有耐候耐久性強、隔聲量大、吸聲系數高等特點。吸隔聲屏障正立面如圖5所示。

圖5 吸隔聲屏障正立面圖

3.2 聲屏障立柱設計

為保證聲屏障的剛度和強度,立柱采用雙H型鋼制成[6]。柱間跨距為2.5 m,安裝6個屏體。柱子和鋼結構件全部熱鍍鋅,防止銹蝕,同時對柱子和鋼構件外表面噴塑處理。

3.3 聲屏障基礎的設計

該變電站所屬地區為高寒地帶,全年主導風向為西北風、北風,年平均風速為3.3 m/s,冬季平均風速為2.5 m/s。為了確保吸隔聲屏障堅固,采用墩基礎加連系梁結構[7-8],每個基礎約3.6 m3。地下基礎部分采用混凝土結構,充分考慮了高寒地區凍土層深度和土壤的凍脹特性。另外,在基礎施工中嚴禁用機械大面積挖掘,澆筑基礎后用土法施工回填,最大限度地保護基坑四周土體安定及地下管線安全。

4 噪聲治理效果

在裝設吸隔聲屏障一期工程竣工后,再次對變電站廠界噪聲進行了檢測,測點布置同圖1。

4.1 工況1

1號主變停運,2號主變運行,同1.3之工況1和工況3。晝間公路上無車行駛時廠界噪聲均不超過55 dB(A);晝間公路上有車行駛時,距公路較遠的4、5號測點分別為53.6 dB(A)、53.3 dB(A),距離公路較近的1號-3號測點則大于55 dB(A),但小于60 dB(A)。夜間公路上無車行駛時廠界噪聲均小于45 dB(A),3號測點為41.6 dB(A);夜間公路上有車行駛時,1、4、5號測點廠界噪聲不超過45 dB(A),2、3號測點廠界噪聲略超過45 dB(A),最多超過1.5 dB(A)。與1.3工況3廠界噪聲相比較,夜間公路上無車行駛時,1號測點廠界噪聲由48.8 dB(A)降至40.1 dB(A),2號測點廠界噪聲由47.0 dB(A)降至39.9 dB(A),3號測點廠界噪聲由48.3 dB(A)降至41.6 dB(A),4號測點廠界噪聲由48.1 dB(A)降至35.2 dB(A),聲屏障的降噪效果極為明顯。

4.2 工況2

1號主變運行,2號主變和冷卻設備停運,同1.3之工況6。無論是公路上無車或有車行駛時,晝間廠界噪聲均不超過55 dB(A),比未加裝隔聲屏障時各測點的噪聲值均有所降低。夜間廠界噪聲在公路上無車行駛時均小于45 dB(A),比未加裝吸隔聲屏障時降低0.5 dB(A)以上;公路上有車行駛時,車輛行駛噪聲的影響較大,各測點噪聲值雖然比未加裝吸隔聲屏障時有所降低,但仍大于45 dB(A)。

4.3 工況3

兩臺主變同時運行。夜間公路上無車行駛時,廠界噪聲均小于45 dB(A);夜間公路上有車行駛時,4號測點廠界噪聲為44.0 dB(A)、5號測點廠界噪聲為43.8 dB(A),1號-3號測點廠界噪聲大于45 dB(A),小于50 dB(A)。

4.4 檢測結果分析

上述各工況檢測結果表明:加裝吸隔聲屏障前,不同運行工況下廠界噪聲有超標現象。加裝吸隔聲屏障后,在1號主變運行、2號主變、冷卻設備同時停止運行且有車行駛工況下,廠界噪聲(48.0～50 dB(A))略超標準限值(45 dB(A)),超標主要源于汽車噪聲。其余工況下,晝間、夜間廠界噪聲全部小于標準限值,廠界噪聲得到了明顯控制。

5 結 語

本文根據吸隔聲原理提出的采用吸隔聲屏障控制噪聲傳播途徑的變電站周界噪聲治理方案,并應用于戶外變電站噪聲治理。實踐證明,吸隔聲屏障是治理戶外變電站廠界噪聲極為有效的措施,平均降噪量可達到7 dB(A)以上,具有很大的推廣意義。

[1] GB 3096-2008.聲環境質量標準[S].北京:中國環境科學出版社,2008.

[2] GB 12348-2008.工業企業廠界噪聲排放標準[S].北京:中國環境科學出版社,2008.

[3] GBJ 122-88.工業企業噪聲測量規范 [S].北京:中國計劃出版社,1988.

[4] 馬大猷,現代聲學理論基礎[M].北京:科學出版社,2004.MA Dayou.Theoretical basis of modern acoustics[M].Beijing:Science Press,2004.

[5] GBJ 87-85.工業企業噪聲控制設計規范 [S].北京:中國計劃出版社,1985.

[6] GB 50017-2003.鋼結構設計規范 [S].北京:中國計劃出版社,2003.

[7] GBJ 50010-2010.混凝土結構設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2010.

[8] GBJ 50007-2011.建筑地基基礎設計規范 [S].北京:中國建筑工業出版社,2011.

(責任編輯 侯世春)

Research on noise control measures for outdoor substations

YIN Xiaohong1, TONG Yao1, ZHANG Liang1, ZHANG Jinli1, SHEN Junhai2

(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China;2.Jiada Environmental Engineering Co.,Ltd., Yixing 214200, China)

In order to reduce the substation boundary noise to the standard after upgrading the division of the functional regions for sound environment, the author analyzed, according to the detection data before noise control in the substation, the reason for excessive background noise, indoor noise and boundary noise of outdoor substation, and proposed to reduce noise by sound insulation screen which controlled the transmission route of noise.The result shows that, in outdoor substation with sound insulation screen, boundary noise reduces by 7 dB (A), which is lower than the environmental noise limit specified in national standard.

outdoor substation;boundary noise;sound insulation screen;noise reduction measures

2016-02-29;

2016-05-26。

殷曉紅(1965—),女,高級工程師,從事電網環境保護專業研究工作。

TM63

A

2095-6843(2016)05-0385-04