淺析城市戶內變電站降低噪聲設計方案優化

曹效義

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淺析城市戶內變電站降低噪聲設計方案優化

曹效義

（內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，呼和浩特 010020）

本文簡述城市戶內電站產生噪聲特點，分析控制噪聲基本原理和方法，提出城市戶內變電站降低噪聲設計方案，從聲源控制、傳聲途徑控制、選擇低噪聲設備、合理采用建筑物隔聲、吸聲設計、環境污染及防護等幾個方面綜合進行考，優化了戶內變電站降低噪聲設計綜合技術經濟方案，有效地控制噪聲對環境污染的影響，提高人居環境的健康。

噪聲；變電站；降噪；方案優化

噪聲是不和諧煩擾的聲音總稱，也是四大公害之一[1-4]。噪聲聲波是刺激引起的感覺公害，這與大氣污染和水質污染及固體廢物的物質公害不同，其引起的煩惱主要是主觀的、感情的、精神的東西，現代醫學已經證明，噪聲不僅危害人體健康，還嚴重影響人們的正常生活和工作。噪聲占公害的比例日趨增長，公眾的抱怨指責日趨嚴厲，居民投訴事件越來越多[5]。隨著城市化進程的加快，城市中心變電站數量增多及人們的環保意識提升，環境噪聲污染也日益成為干擾人們正常學習和生活的重要問題之一，控制噪聲污染已成為現代社會發展中亟待重視和解決的問題。

本文結合呼和浩特海亮戶內110kV變電站的降低噪聲設計方案實施及效果，分析了城市戶內變電站降噪隔聲的設計方案，方案優化充分考慮成本和效益的前提下，既降低了噪聲的影響，也實現了降噪隔聲達標，最終達到人居環境的安全與電力建設的和諧發展。

1 呼和浩特海亮戶內110kV變電站工程簡介

變電站遠景規劃建設2臺63MVA三相雙繞組有載調壓主變壓器，全站按110kV、10kV兩個電壓設置，110kV規劃出線2回，采用內橋接線，采用戶內SF6GIS組合電器；10kV規劃出線20回，采用單母線分段接線，采用金屬鎧裝中置式手車開關柜，本期按遠景規劃一次建成。

海亮變電站位于呼和浩特市繁華商業區境內。站址距北側海亮廣場約1.0km，距東側錫林郭勒南路約200m，距南側大學西街約300m，距西側青城公園約200m。變電站綜合建筑邊界西側約34m、南側約30m位置均為居民樓，北側距高檔酒店（香格里拉酒店）約100m，東側距少年宮約28m。

根據變電站周圍所處的地理環境按全戶內二層結構綜合建筑物布置，變電站平面布置呈矩形，東西長69.8m，南北寬45m，圍墻內面積3141m2，進站大門在站區東北側。主變壓器、電容器布置在建筑物內一層東側；10kV配電裝置布置在建筑物內一層內西側；110kV GIS和電氣二次設備室和相關功能房間布置在建筑內二層。

為了減少變電站噪聲對周圍居民的影響，盡量壓縮綜合建筑物面積，同時，采取主變室內部加裝吸聲板；通風采用消聲百葉窗吸聲；墻上軸流風機安裝消聲器消聲；主設備選擇低噪聲主變壓器和低噪聲的通風機械，采用自然通風等措施，力爭在降噪分項工程實施過程中一次性完成，達到國家Ⅰ類地區標準（即廠界白天小于55dB，晚上小于45dB）[6-7]。

2 變電站產生噪聲的分析

2.1 變電站噪聲的來源

變電站產生噪聲源：①主設備和附屬設備本體；②散熱通風設備產生的；③工藝設施連接產生非連續振動噪聲，具體如下：

主變壓器（電抗器）等設備運行中鐵心磁滯伸縮[7-8]，線圈電磁作用振動等產生的噪聲和冷卻裝置運轉時產生的噪聲。

高壓母線和部分電器設備電暈放電聲產生的噪聲。

主變壓器室和高壓配電室通風機開起時運轉聲產生的噪聲。

斷路器分合閘操作及其各類操作機構儲能電機運轉時的聲音產生的間斷噪聲。

2.2 海亮110kV變電站產生噪聲的特點

1）主要噪聲源來自主變壓器本體及其冷卻系統產生的電磁性、機械性和空氣動力性噪聲，屬于頻發噪聲。

據相關文獻變壓器噪聲主要是由其鐵心硅鋼片的磁滯伸縮振動和磁動態振動引起的電磁性噪聲，其頻譜峰值一般在100～500Hz[5]，以中低頻為主，具有穿透力強、傳播距離遠、衰減慢的特點，滿負荷運行時一般噪聲級水平較高，可達到70dB以上。

2）通風設備，風冷機械噪聲一般為機械性和空氣動力性噪聲，對噪聲值貢獻最大的頻率是1000Hz和2000Hz[8]，屬于中高頻噪聲，運行時噪聲在70dB以上。

3）二次設備室空調設備室外機噪聲，一般以進、排風口的空氣動力性噪聲為最強，其頻帶較寬，指向性強，其次壓縮機無規則啟停的噪聲，運行時噪聲在70dB以上。

3 變電站降低噪聲設計方案

3.1 變電站降低噪聲的設想

從噪聲的危害來看，安靜環境中約30dB以上的聲音就是噪聲，超過50dB就影響人的睡眠和休息，90dB就傷害人的聽覺?？刂圃肼暿且粋€系統工程，隨著全民環保意識的增強，控制和防治噪聲工作尤為重要，就產生噪聲的機理分析，有些是無法避免和根治的，就必須控防結合，以控為主。

目前，降低噪聲分有三步，即降低聲源輻射、控制傳播途徑、保護接受者。前兩步為主要步驟，第三步工程中難度比較大，因為受限于種種條件，保護接受者投資規模太大，改變保護接受者幾乎無可能，所以只能選擇降低聲源輻射和控制傳播途徑這兩個合理有效的步驟來控制。

降低主變壓器產生噪聲源是最有效、最徹底的主動控制方法，但難度大[8]，主要受設備制造工藝和材料限制，且成本昂貴，只能在有限的范圍進行?？刂圃肼晜鞑ネ緩剑扇∥暋⑾?、隔聲等新技術降低變電站噪聲是行之有效的方法。

根據呼和浩特海亮戶內110kV變電站站址所處的地理位置及四周環境，按照《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（見表1）噪聲排放限值要求，設計分別按Ⅰ類和Ⅱ類地區標準進行設計方案對比論證，考慮到實際情況，并兼顧綜合經濟效益和環境質量，使海亮戶內110kV變電站噪聲水平確保達到國家Ⅱ類地區標準，力爭達到國家Ⅰ類地區標準，即“爭Ⅰ保Ⅱ”。

表1 《工業企業廠界環境噪聲排放標準》最高限值表

3.2 變電站降低噪聲的具體方案

針對海亮110kV變電站的具體情況設計按照“爭Ⅰ保Ⅱ”的設想采用以下兩個方案。

1）方案一：A方案主變與散熱器不分體，環境按準國家Ⅰ類地區標準考慮；B方案主變與散熱器不分體，環境按準國家Ⅱ類地區標準考慮。

2）方案二：A方案主變與散熱器分體，環境按準國家Ⅰ類地區標準考慮；B方案主變與散熱器分體，環境按準國家Ⅱ類地區標準考慮。

以上2個方案中組合成4個小方案，其主要區別主變與散熱器分體與一體區別，就變壓器本體來說散熱器分體比一體貴2.5萬元，在此不再贅述，本文主要闡述環境噪聲按準國家Ⅰ類和Ⅱ類地區標準的區別。

1）兩個方案對主要設備噪聲源控制是一樣的，主變壓器采用自然油循環自冷低噪聲變壓器。

經咨詢相關變壓器廠，從變壓器制造技術、工藝、材料方面來分析，降低噪聲主要措施：

（1）降低磁密，采用優質硅鋼片。

（2）鐵心采用六級接縫工藝連接。

（3）優化線圈繞制和壓緊工藝。

（4）器身和油箱增加隔震裝置。

（5）風冷變壓器，風機采用低噪聲產品。

（6）加大產品重量，在油箱加強鐵中灌沙子。

（7）增加減震墊。

從成本經濟上分析，按照變壓器的聲級水平基本JB/T 10088規定，國家標準110kV容量為63MVA主變壓器噪聲水平要求為65dB，如噪聲水平降為60dB，需增加成本12萬元；如噪聲水平降為55dB，需增加成本30萬元；如噪聲水平降為50dB，需增加成本60萬元，如噪聲水平降到50dB以下就不劃算且制造非常困難。

按照2013年國家標準變壓器行業價格為225萬元/臺，海亮110kV變電站選用低噪聲（達到53dB）變壓器中標價格為270萬元/臺，低噪聲變壓器比標準變壓器需增加45萬元/臺，選用低噪聲變壓器比國家標準變壓器增加制造成本為20%。就變壓器控制噪聲源來看經濟上不太樂觀，在變壓器安裝地點采取相應的降噪措施更合適。

2）從傳播途徑方面來分析，選用新型（新技術、新設備、新工藝、新材料）環保型產品更為合適。針對海亮110kV變電站控制傳播途徑方面，設計提出以下兩個方案。

（1）方案一：主變與散熱器不分體，環境按國家Ⅰ類地區標準考慮（見表2）。具體措施如下。

表2 方案一（主變本體與散熱器不分體，按環境Ⅰ類標準）概算表

注：以上概算單中包含主要設備及外購輔材的安裝。

①主變壓器室三面墻體安裝迷宮型雙層吸聲墻板，安裝高度12m，風機房三面墻安裝單層填棉吸聲墻板，80mm厚，吸聲≥8dB。

②主變壓器正面安裝拆裝泄壓墻7000mm（寬）× 8000mm（高），泄壓墻模塊板100mm厚，每平方米板的質量＜60kg，有效隔聲≥25dB。

③泄壓墻2000mm以下安裝雙開檢修小門。

④泄壓墻大梁地下層，開二個1200mm（寬）× 3000mm（長）×1500mm（深）的地下進風井，并主變室屋頂安裝通風消聲百葉窗進風。

⑤每個主變風機房安裝2臺離心風機，2臺阻抗式消聲器，2臺靜壓箱（380V，25000m3/s風量，1個電動風閥約（3500mm×2000mm或4000mm× 1800mm），主變室安裝一個溫控探測儀和一個溫控箱。

（2）方案二：主變與散熱器分體，環境按國家Ⅱ類地區標準考慮（見表3）。具體措施如下：

主變壓器選擇本體與散熱器分體，相對方案一綜合建筑中增加一個散熱器室，這樣增加一些輔助設施，主變室體積減少，增加2個通風消聲百葉窗，厚400mm。

散熱器室正立面墻安裝通風百葉窗和一個雙開檢修小門（100mm或240mm厚）；主變室與散熱室墻體安裝一個聯動風閥（3000mm×1500mm高），2臺軸流風機離心風機（380V，25000m3/s風量），1個溫控探測儀和一個溫控箱。相對方案一取消隔聲門和鋼格柵及相應的輔助設施。

表3 方案二（主變本體與散熱器分體，按環境Ⅱ類標準）概算表

注：以上概算單中包含主要設備及外購輔材的安裝。

表4 兩個方案綜合技術經濟比較表

注：以上概算中是單臺主變壓器數值。

通過以上兩個方案降噪方案技術經濟分析來看，各有優缺點。呼和浩特海亮戶內110kV變電站降噪最終方案采用組合方案，即主變壓器選用主變本體與散熱器一體低噪聲變壓器（噪聲要求達到了小于53dB）[9-10]；綜合建筑物中主變室內部加裝吸收噪聲和隔聲裝置；主變壓器室采用自然通風；通風采用消聲百葉窗；墻上軸流風機安裝消聲器消聲；取消強排風風機系統；環境噪聲按準國家Ⅰ類地區標準，最終一臺主變的降噪投資相對增加費用為81.4萬元（含主變本體低噪聲增加費用）。

通過噪聲預測在該變電站2臺主變壓器均滿負荷運行后，廠界只有綜合樓墻體隔聲情況下進行預測計算時，預測結果為：變電站四周廠界處噪聲值均小于45dB(A)，滿足《工業企業廠界環境噪聲排放標準》中1類標準（晝間55dB(A)、夜間45dB(A)）。

噪聲預測等值線預測如圖1所示。

圖1 噪聲預測等值線預測

2015年12月投產后，環保部門驗收時噪聲指標均達到要求值，變壓器室內監測點噪聲監測值為49.0dB(A)，綜合樓室外監測點噪聲監測值為45.2dB(A)。廠界處監測點噪聲監測值為45.4dB(A)，廠界噪聲滿足《工業企業廠界環境噪聲排放標準》Ⅱ類標準要求。經分析廠界噪聲不滿足《工業企業廠界環境噪聲排放標準》Ⅰ類標準是由于變電站位于繁華商業區，且東側距離錫林南路約200m，南側距大學西街約300m，超標主要原因可能是交通噪聲影響。

4 變電站降低噪聲設計方案優化

隨著城市用電負荷不斷增加，有些變電站不得不建設在城市中心，噪聲問題日顯突出，城市變電站降低噪聲設計方案優化尤為重要，應從工程設計、施工、環保監測等綜合考慮。對新建城市變電站在規劃選址、設備設計選型、站區平面布置、建筑物布局科學安排，同時，拓展多方案組合的設計思路。

目前，國家非常重視噪聲污染，相繼出臺了環境防治噪聲的一系列法規、標準、政策，這些對工程建設和設計提出了更高更嚴的要求。城市變電站降低噪聲設計方案優化應考慮以下幾點。

1）優化總平面布置，按全戶內變電站設計，把產生噪聲設備布置在戶內，減少噪聲源的輻射。

2）電氣設備選擇低噪聲設備，在編制設備招標技術規范時，明確規定最低噪聲的限值。

3）明確設備安裝及連接的隔聲措施設計說明，并制定標準工藝設計方案。

4）綜合建筑物設計時充分考慮朝向，將產生噪聲的設備間布置在環境非敏感區方向或保持足夠距離，減小噪聲影響范圍，同時，還要考慮吸聲、隔聲、削聲等降噪的措施可實施性。

5）大膽采用新技術、新設備、新工藝、新材料的環保方案應用。

6）針對具體工程，優化降低噪聲設計組合方案，并進行多方案比較論證。

7）按照《工業企業廠界環境噪聲排放標準》噪聲排放限值要求，在環境敏感地區相對提高一級環境類別標準。

針對海亮戶內110kV變電站的特點及以上分析，本工程降低噪聲設計方案：①優化了總平面布置將主壓器布置在站區非敏感區的東南角；②將綜合樓緊湊壓縮，同時在主變間加裝了新型材料的迷宮型雙層吸聲墻板、泄壓墻和通風消聲百葉窗； ③主變風機房安裝阻抗式消聲器；④主要電氣設備選擇低噪聲設備，特別是主變壓器編制招標技術規范時，明確規定最低噪聲（53dB）的限值；⑤編制了設備安裝及連接的隔聲措施設計說明，并制定施工標準工藝設計方案；⑥建議將通透性柵欄圍墻改為墻體及墻體表面采用吸聲材料好的實體圍墻。

5 結論

本文通過對呼和浩特海亮戶內110kV變電站的降低噪聲設計方案實施和效果分析，提出了城市戶內變電站降噪隔聲的組合設計方案。根據噪聲特點結合變電站運行中電氣設備、土建等方面遇到的問題，分析了噪聲對周圍環境的影響，選用低噪聲主設備，采取主變室內部吸聲，主變室門隔聲，消聲百葉窗通風吸聲，同時選用低噪聲的通風機械，降噪分項工程實施過程中一次性完成，實現了聲環境指標的達標，最終達到人居環境的安全與電力建設的和諧發展，建設環境友好型社會。

按照《工業企業廠界環境噪聲排放標準》噪聲排放限值要求，今后在城市變電站的設計中應從選址、站區總平面布置、設備選擇、土建等方面綜合考慮，針對具體工程具體問題具體分析，優化降低噪聲設計組合方案，為了更有效解決變電站的噪聲問題，建議在環境敏感地區，設計按照《工業企業廠界環境噪聲排放標準》噪聲排放限值要求，相對提高一級環境類別標準。

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Analysis on the optimization of urban design of indoor substations to reduce noise

Cao Xiaoyi

(Inner Mongolia Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd, Hohhot 010020)

Briefly city households within power station produced noise features, analysis control noise principle and method, proposed city households within substation reduced noise design programme, from source control, and biography sound way control, and select low noise equipment, and reasonable used buildings across sound, and sucking sound design, and pollution and the protection, several aspects integrated for test, optimization has households within substation reduced noise design integrated technology economic programme, effective to control noise on pollution of effect, improve people home environment of health.

noise; transformer substation; noise reduction; optimization

2017-11-15

曹效義（1966-），男，內蒙古人，高級工程師、國家注冊電氣工程師，主要現從事電力設計工作。