城市變電站降噪措施淺析

羅惠平

摘要：近年來，城市居民對城市變電站的噪聲污染的投訴越來越多，因此相關(guān)研究單位以及電力部門目前最重要的工作就是解決城市變電站的噪聲污染對周圍居民的危害。文章在對多座500kV和220kV電壓等級的城市變電站進(jìn)行了噪聲檢測的基礎(chǔ)上，分析了各種噪聲產(chǎn)生的原因，并提出了城市變電站降噪措施。

關(guān)鍵詞：城市變電站；噪聲特性；降噪措施；噪聲污染；輸變電工程 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM63 文章編號：1009-2374（2017）11-0165-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.084

最近幾年，由于經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，社會的發(fā)展需求也在不斷增大，為確保穩(wěn)定、快速的發(fā)展，輸變電工程的建設(shè)也在緊張有序地進(jìn)行。但由于土地資源緊缺的實際問題的影響，部分變電站不得不建在城市人口密集區(qū)域，因此嚴(yán)重影響了周邊居民的生活與工作，其中受公眾關(guān)注最多的是低頻噪聲的影響。本文將對具有典型代表性的110kV、220kV、500kV城市變電站進(jìn)行噪聲特性的測試和分析，仔細(xì)研究現(xiàn)有的降噪措施，找出其中的缺點、不足，指導(dǎo)城市變電站噪聲的治理工作。

1 工程實例

對某一市區(qū)的15座220kV和500kV變電站的所有變壓器主體、母線、風(fēng)扇、電抗器及電容器等設(shè)備進(jìn)行了噪聲頻譜的分析與統(tǒng)計。檢測結(jié)果表明：100、200、300等100Hz整數(shù)倍的頻率是變電站設(shè)備噪聲所需要應(yīng)對的主要對象，且大部分都在500Hz以內(nèi)。下文將逐一分析噪聲分貝值最高時對應(yīng)的設(shè)備類型與頻率。

2 變電站主要噪聲源分析

2.1 變壓器本體噪聲

實測220kV變壓器本體噪聲的平均值為81.2dB，根據(jù)頻譜圖，找出各個變壓器實噪聲最高分貝值的對應(yīng)頻率值，然后用所有220kV變壓器中最高分貝值所對應(yīng)該頻率值的數(shù)量除以220kV變壓器的總數(shù)，就可以得到相應(yīng)比例大小的區(qū)域。100Hz、200Hz、300Hz占據(jù)了變壓器本體的噪聲頻譜的大部分比例，因此400Hz及以上頻率的頻段有時會因為所占比例較少而無法在餅圖中顯示。根據(jù)電力生產(chǎn)部門的統(tǒng)計，變電站產(chǎn)生噪聲最大的單體設(shè)備之一便是變壓器，其本身的振動是噪聲產(chǎn)生的根本原因。根據(jù)變壓器的生產(chǎn)工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計可知變壓器的主體噪聲產(chǎn)生的最主要原因是：硅鋼片接縫處與疊片之間存在的因漏磁產(chǎn)生的電磁吸引力，硅鋼片引起的磁致伸縮引起的鐵心振動。因為電源頻率周期是磁致伸縮的變化周期的兩倍，所以磁致伸縮引起的變壓器振動主要也是100Hz的整數(shù)倍。同時由于鐵心結(jié)合處的循環(huán)勵磁導(dǎo)致新柱硅鋼片和上鐵軛發(fā)生磁致伸縮，因此頻譜中50Hz的奇數(shù)倍的頻率也占有一定的比例。

2.2 母線噪聲

500kV母線噪聲實測平均值為91.8dB。母線噪聲產(chǎn)生的主要原因是：大電流通過并排母線，在交變磁場的作用下，母線與箱體、母線與母線之間會產(chǎn)生周期性變化的電磁力，從而激勵母線橋架產(chǎn)生振動，發(fā)出噪聲。因為其產(chǎn)生的原因單一，所以頻譜結(jié)構(gòu)也較為簡單，頻譜上基本都是100Hz。一般情況下，母線噪聲低于變壓器噪聲，可忽略。

2.3 風(fēng)扇噪聲

因為并不是所有變壓器都開風(fēng)扇，所以只檢測了風(fēng)扇正常運作的220kV和500kV變電站的風(fēng)扇噪聲，220kV變電站的噪聲實測平均值為79.1dB，500kV變電站的噪聲實測平均值為96.8dB。風(fēng)扇噪聲一般情況下是1000～2000Hz內(nèi)的中高頻噪聲，但在實測過程中，由于變電站處于運行狀態(tài)，風(fēng)扇的噪聲在大多數(shù)時候被變壓器本體的振動噪聲所掩蓋，導(dǎo)致檢測結(jié)果大多數(shù)為低頻噪聲。由此可知變電站主要的噪聲源并不是風(fēng)扇噪聲。

2.4 其他噪聲

電抗器的噪聲組成與變壓器大體一致，同樣是由本體噪聲與冷卻裝置的噪聲構(gòu)成。電抗器本體的噪聲主要來源是：（1）鐵心漏磁產(chǎn)生的電磁力與鐵心的磁致伸縮引起的振動；（2）通過與油箱的固定部分或絕緣油，使油箱面產(chǎn)生振動，進(jìn)而使噪聲傳播至外界；（3）鐵心或繞組產(chǎn)生振動。變電站噪聲的另一個來源是電容器。電容器噪聲產(chǎn)生的原理是：將交流電加在電容器上，電容器介質(zhì)內(nèi)的電極間產(chǎn)生的靜電力，使電容器內(nèi)部的原件產(chǎn)生振動，這種振動將傳給外殼，進(jìn)而使箱壁振動產(chǎn)生噪聲，再從外殼傳到外界。

3 現(xiàn)有降噪措施分析

3.1 吸聲降噪

吸聲降噪的原理是：聲波通過某種介質(zhì)或是入射到某介質(zhì)的表面，使聲能降低或轉(zhuǎn)換為其他能量。室內(nèi)降噪最常用的方法就是吸聲，將吸聲材料布置于噪聲源室內(nèi)頂棚與壁面位置，可有效降低室內(nèi)的“混響”與“駐波”效應(yīng)，改善室內(nèi)的聲場特性，一般情況下，合理布置吸聲材料可減低噪聲3～6dB（A）。當(dāng)前，城市變電站使用的吸聲材料主要有：（1）共振吸聲材料；（2）多孔吸聲材料。共振吸聲材料運用的原理是亥姆霍茲共振器原理，利用材料與聲波的共振來消耗聲能，它的特點是在某一特定頻段吸聲系數(shù)高。城市變電站噪聲控制工程中運用的共振吸聲材料有：單層或多層微穿孔吸聲板、鋁纖維吸聲板及其他組合結(jié)構(gòu)等。多孔吸聲材料的原理是：借助聲波與空氣的粘滯阻力和聲波與孔壁的摩擦和熱傳導(dǎo)來消耗聲能，特點是對中高頻噪聲有很好的吸附能力。城市變電站噪聲控制工程中運用的多孔吸聲材料有玻璃棉、巖棉、聚酯纖維、聚氨酯泡沫等。調(diào)研結(jié)果顯示，大多數(shù)城市變電站沒有使用過任何吸聲降噪方法，少數(shù)進(jìn)行吸聲處理的，也均未達(dá)到預(yù)期效果。比較上述吸聲壁面內(nèi)外兩側(cè)的噪聲頻譜可知，吸聲壁面擁有一定的吸聲效果，特別是對于1000Hz以上的頻段，但對于主變噪聲來說，這種吸聲效果還是較低的。吸聲降噪方法降噪效果較低的主要原因有：（1）吸聲材料覆灰、吸潮、破損、腐蝕、老化導(dǎo)致吸聲效果下降；（2）降噪設(shè)計時只是使用常用的“面板+覆蓋層+礦物棉”的吸聲結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然可有效地消除室內(nèi)的中高頻噪聲，但是實際需要降低的噪聲屬于低頻噪聲，因此上述結(jié)構(gòu)就不能起到很好的降噪效果。

3.2 隔聲降噪

隔聲降噪的原理是：在傳播途徑中阻擋聲波，使其不能直接通過。相比于吸聲，隔聲的降噪效果更為明顯，一般情況下，運用合理的隔聲措施可減低噪聲15～25dB（A）。當(dāng)前，城市變電站最常用的隔聲構(gòu)件包括隔聲門、隔聲板、隔聲窗、隔聲間、隔聲罩、聲屏障、隔聲墻等。普通門、窗可用隔聲門、窗代替；隔聲板可用于堵住孔洞；隔聲間、隔聲罩可將噪聲源封閉在一個較小的空間內(nèi)，減少噪聲向外輻射；聲屏障可放置在聲源與接收點之間阻斷聲波的直線傳播；隔聲墻可用于修筑設(shè)備間和防火墻。調(diào)研結(jié)果顯示，大多數(shù)城市變電站沒有使用過任何隔聲降噪方法，少數(shù)進(jìn)行隔聲處理的，也有一部分未達(dá)到預(yù)期效果。比較上述隔聲大門內(nèi)外兩側(cè)的噪聲頻譜可知，雖然隔聲大門對于1000Hz以上的頻段具有很好的隔聲效果，但是對于主變噪聲來說，這種隔聲能力還是較低的。隔聲降噪方法降噪效果較低的主要原因包括：（1）隔聲構(gòu)件內(nèi)的填充材料吸潮、老化、腐蝕導(dǎo)致隔聲效果降低；（2）降噪設(shè)計時沒能對主變室大門、進(jìn)出線孔等薄弱位置進(jìn)行特殊設(shè)計，導(dǎo)致漏聲。另外，因為受成本、強度、采光、美觀等因素影響，導(dǎo)致聲屏障在城市變電站使用時難以達(dá)到最佳降噪效果，從而造成聲影區(qū)外噪聲的超標(biāo)。

3.3 消聲降噪

消聲降噪的原理是：使用具有吸聲內(nèi)襯或特殊結(jié)構(gòu)形式的氣流管道來降低噪聲。特點是允許氣流通過從而阻止聲音傳播。根據(jù)消聲機理的不同，消聲器可分為抗性、有阻性、排氣放空和復(fù)合四種類型。一般情況下，各類消聲器可達(dá)到10～15dB/m的消聲量。調(diào)研結(jié)果顯示，大多數(shù)城市變電站的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)未作消聲處理，少數(shù)進(jìn)行消聲處理的，也有一部分未達(dá)到通風(fēng)消聲的效果。消聲器對于主變噪聲的消聲能力同樣是不足的。消聲方法降噪效果不足的主要原因有：（1）消聲器內(nèi)的填充材料吸潮、老化、腐蝕導(dǎo)致消聲效果降低；（2）因為填充材料厚度、消聲寬度、消聲長度不足等原因，導(dǎo)致低頻噪聲無法有效消除，進(jìn)而使噪聲直接排放到外界。通過對現(xiàn)有降噪方法降噪效果的分析可知，目前的降噪措施并不能滿足降噪要求，因此需開發(fā)具有以下要求的專用降噪措施：（1）對中低頻噪聲有良好的降噪能力；（2）降噪材料需擁有良好的耐候能力。

4 結(jié)語

由于最近幾年，城市居民對城市變電站的噪聲污染的投訴越來越多，因此本文針對以下兩方面進(jìn)行了詳細(xì)分析：（1）城市變電站的主要噪聲聲源：變壓器本體噪聲、母線噪聲、風(fēng)扇噪聲及其他噪聲；（2）現(xiàn)有降噪措施：吸聲降噪、隔聲降噪、消聲降噪，并提出了解決現(xiàn)有降噪措施缺點的方案，希望可供城市變電站降噪的工程進(jìn)行技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳孝煊，楊亞平，劉建，等.500kV變電站噪聲測試與特性分析[J].華東電力，2010，38（6）.

[2] 黃昌威.變電站噪聲綜合治理探討[J].廣東電力，2010，23（6）.

[3] 陳青恒，馬宏彬，何金良.直流偏磁引起的500kV電力變壓器振動和噪聲的現(xiàn)場測量與分析[J].高壓電器，2009，45（3）.

[4] 樊超，聶京凱，肖偉民，等.變電站降噪用吸聲材料的研究[J].中國電力，2014，（4）.

（責(zé)任編輯：王 波）