城市電網(wǎng)大型變電站環(huán)境噪聲調(diào)查及治理建議

徐圣俊

(上海電力設計院有限公司，上海 200002)

1 城市電網(wǎng)大型變電站噪聲調(diào)查

城市電網(wǎng)大型變電站噪聲調(diào)查的對象是高壓、特高壓變電站的噪聲。在調(diào)研噪聲源及其特性的基礎上，完成了現(xiàn)場實測，并對數(shù)據(jù)進行了分析，總結了變電站噪聲傳播特性[1-3]。

當前變電站降噪工程需要將已有降噪方案的優(yōu)點和經(jīng)驗與通用設計相結合，從降噪的角度，為新建變電站設計或舊變電站的改造提供依據(jù)[4]。前期調(diào)研包括文獻調(diào)研，以及對現(xiàn)有的20余份環(huán)評報告的閱讀分析，特別是針對110、220、500 kV變電站，整理出站界噪聲特點、常用降噪聲措施等，為降噪軟件設計、降噪工藝文件編寫、降噪器件研制等提供參考。

110、220 kV電壓等級各選取代表性的4座電站，分析它們的晝間和夜間的實測噪聲。以其中的部分電站為例，如110 kV的電站為NC、QY、DM、ZL四座變電站，220 kV的為BL、JM、JH、WZ四座變電站。變電站的站界噪聲的均值和分散程度分析結果如圖1和圖2所示。根據(jù)站界噪聲分布情況，找出“優(yōu)秀”的電站和“異常”的電站，分析產(chǎn)生這些結果的原因，為后續(xù)的降噪尋找優(yōu)秀的范例和發(fā)現(xiàn)需要注意事項。

圖1 四座110 kV變電站站界噪聲統(tǒng)計分布

圖2 四座220 kV變電站站界噪聲統(tǒng)計分布

2 現(xiàn)場實測

本文于2017年3月分別對某220 kV變電站、某500 kV變電站進行了實測，具體信息見表1。

表1 噪聲實測記

3 測試結果分析

本文對數(shù)據(jù)進行頻譜分析和聲級分析。等效A計權聲壓級計算：

(1)

式中N——某測點的數(shù)據(jù)點數(shù)。

(1)220 kV主變(室內(nèi))測試示意圖見圖3。

圖3 220 kV主變測試點示意圖

主變室內(nèi)四周墻壁具有較好的吸音效果。

頻譜分析，測點1,2,3的頻譜圖如圖4所示。

圖4 測點1,2,3的頻譜圖

噪聲能量集中在100 Hz的諧頻成份上，各測點能量最高的諧頻不盡相同。

各諧頻由高到低為：大致為 300 Hz→200 Hz→100 Hz。

各測點噪聲等級(測量時段內(nèi)平均，1 min)。220 kV主變(室內(nèi))6個測點的噪聲值見表2。

表2 220 kV主變(室內(nèi))6個測點的噪聲值

(2)500 kV主變(室外)測試示意圖見圖5。

圖5 500 kV主變測試點示意圖

頻譜分析，測點3,4,1的頻譜圖見圖6。

圖6 測點3、4、1頻譜圖

頻譜分析，測點3,5,2的頻譜頻譜圖見圖7。

圖7 測點3、5、2頻譜圖

噪聲能量不僅集中于100 Hz諧頻，50 Hz的諧頻也有很大的能量分布。除100 Hz外，其余噪聲能量主要集中在300～450 Hz。各諧頻由高到低為：100、400、350、300、450 Hz等。500 kV主變(室外)各測點噪聲等級見表3。

表3 500 kV主變(室外)各測點噪聲等級表

(3)500 kV電抗器(室內(nèi))測試點示意圖見圖8。

圖8 500 kV電抗器測試點示意圖

頻譜分析，測點1,2,3的頻譜圖見圖9。

圖9 測點1、2、3頻譜圖

測點13,12,14的頻譜圖見圖10。

圖10 測點13、12、14頻譜圖

各諧頻由高到低為：100 Hz→200 Hz→300 Hz, 且能量主要集中在100 Hz。

500 kV電抗器(室內(nèi))各測點噪聲等級見表4。

表4 500 kV電抗器(室內(nèi))各測點噪聲等級

4 變電站變壓器噪聲傳播特性

變壓器(包括帶有氣隙的鐵心電抗器)的本體振動完全取決于鐵心的振動。鐵心的磁致伸縮振動通過鐵心墊腳和絕緣油這兩條途徑傳遞給油箱壁，使箱壁(包括磁屏蔽等)振動而產(chǎn)生本體噪聲，以聲波形式均勻地向四周發(fā)射，這就是變壓器(包括帶有氣隙的鐵心電抗器)本體噪聲的機理。

根據(jù)這些原理，結合各變壓器的聲功率曲線，可以看出，變壓器的噪聲呈全頻帶分布，中低頻能量較大。在頻率為100 Hz及200 Hz處，聲功率級曲線出現(xiàn)明顯的峰值，這反映了變壓器本體噪聲的基頻和諧頻。而聲功率級曲線的高頻部分則包含了變壓器冷卻裝置振動引起的噪聲成分。

(1)220 kV變壓器噪聲特性。220 kV變壓器噪聲頻率主要集中在500 Hz以下。其中300 Hz與100 Hz的頻率分量峰值較為明顯。其原因在于變壓器磁致伸縮產(chǎn)生的振動周期為半個工頻周期，因此變壓器噪聲表現(xiàn)出以2工頻為基頻的特征。

(2)500 kV變壓器噪聲特性。500 kV變壓器噪聲頻譜較寬，其能量主要集中在300～450 Hz，以及100 Hz。此時的頻率不僅包括100 Hz的諧頻，還包括50 Hz的諧頻成份。有研究指出，空載和輕載時磁致伸縮是鐵心振動的主要原因，滿載和過載情況下繞組洛倫茲力對變壓器振動的貢獻不能忽視。而電磁力(洛倫茲力)的頻譜以50 Hz諧頻出現(xiàn)，包括50，100 Hz等。

(3)500 kV高壓電抗器噪聲特性。500 kV高壓電抗器噪聲主要集中在低頻500 Hz以內(nèi)，其中100 Hz峰值最為明顯。其他還主要包括200，300 Hz的噪聲。

5 噪聲治理建議和意見

對變電站的噪聲源來講，最主要的是變壓器及其冷卻裝置產(chǎn)生噪聲，通常對變壓器噪聲的控制措施主要有以下幾種。

(1)合理布局。從建筑設計和布局上考慮減少噪聲的方案應受到高度重視。如在城區(qū)變電站，可將變壓器布置于室內(nèi)，選用GIS設備，在室內(nèi)考慮布置吸聲材料，采用吸聲結構等。在變電站布局規(guī)劃時，將變壓器布置在遠離居民住宅、醫(yī)院、療養(yǎng)院和學校等需要安靜的地方，減少變壓器噪聲對這類地區(qū)的影響。對于室內(nèi)變電站，主變房的通風大門應設計在無敏感點的一側。

(2)優(yōu)化設備和工藝。從長遠來講，設計制造部門應優(yōu)化設備設計方案，改進制造工藝，降低變壓器運行中的噪聲。使用部門在設計選型和訂貨時，應選擇優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，提出有關運行噪聲的技術要求。對已運行的變壓器等設備，還可采用低速潛油泵代替高速潛油泵等措施來降低運行噪聲。檢修、調(diào)試設備時，應保證風扇平穩(wěn)運行，避免因轉(zhuǎn)動部分與外緣相碰撞、摩擦而產(chǎn)生附加噪聲。

(3)吸、隔聲屏障。設置吸、隔聲屏障，將消聲通風百葉隔聲結構與隔聲板組合成適宜的吸、隔聲結構是降低變壓器噪聲的有效辦法。根據(jù)周圍監(jiān)測的環(huán)境噪聲水平和敏感點的分布情況，采用相應形式的隔聲屏，全封閉、半封閉、某一角度隔離等。然后檢測噪聲特性、水平和敏感點位置以及需要散發(fā)的熱量來計算隔聲屏的形式、高度、長度、厚度、結構和材質(zhì)。隔聲屏通常能有效降低噪聲水平為10～15 dB，適用于中高頻的噪聲治理。

(4)降聲罩。降聲罩將變壓器隔離在一封閉空間內(nèi)，可使噪聲降低20～30 dB。降聲罩的設計包含了罩內(nèi)的吸聲處理，以防止混響；變壓器的通風散熱需求，以保證變壓器的正常運轉(zhuǎn)；以及安全距離和檢修的需要等。

(5)隔振墊根據(jù)變壓器的型號選擇合適的隔振墊或者隔振器，減少變壓器的振動，從而控制噪聲對環(huán)境的影響。

6 結語

變壓器噪聲的聲功率級與其電壓等級和運行負荷密切相關，電壓等級越高、運行負荷越大其聲功率級越大，但其噪聲的頻譜特性類似，主要聲能量都分布在基頻50 Hz及其倍頻100 Hz和200 Hz處，以及315 Hz和630 Hz處，總體集中于100～500 Hz。

引起變電站噪聲超標的主要原因有下幾種情況：聲源布局的不合理，過于靠近站界，衰減距離不夠，導致這部分站界超標；郊區(qū)變電站進入主城區(qū)，導致變電站所處聲環(huán)境區(qū)域發(fā)生改變；變電站周圍被高層居民樓形成“桶式”包圍結構，變電站處于桶底，聲音只能向高處傳遞，引起高層居民噪聲超標投訴。