城市戶內(nèi)布置變電站噪聲全過程控制技術探討

武漢網(wǎng)綠環(huán)境技術咨詢有限公司 施中杰

隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的加快，各地城市城區(qū)用電負荷不斷增大，越來越多變電站進駐城區(qū)。城區(qū)新建變電站大多采用戶內(nèi)布置，戶內(nèi)變電站中的變壓器、通風風機等設備會產(chǎn)生一定的噪聲。

變壓器本體噪聲產(chǎn)生的主要構(gòu)件有變壓器鐵芯、繞組和油箱(包括磁屏蔽等)。變壓器本體電磁噪聲頻率一般低于500Hz，屬于低頻噪聲。變壓器噪聲是不穩(wěn)定的，運行功率低或空載時噪聲值相對較低，而滿負荷運行時噪聲級水平則較高。變壓器冷卻裝置產(chǎn)生噪聲的主要構(gòu)件是變壓器冷卻風扇和潛油泵。變壓器的冷卻風扇基本上都采用軸流風機，啟動臺數(shù)都對變壓器總噪音有很大的影響。

正常情況下，一臺功率0.55kW、轉(zhuǎn)速720rpm的軸流風機產(chǎn)生的噪聲可達到60dB(A)。軸流風機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪聲以中頻噪聲為主，其中最主要構(gòu)成部分是空氣動力性噪聲和機械性噪聲。影響最大的為空氣動力性噪聲，其噪聲頻率主要取決葉片于氣流的相對速度，是旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲相互混雜的結(jié)果，是風機噪聲的主要部分[1]。

1 戶內(nèi)變電站噪聲控制技術概述

變電站噪聲控制是一項系統(tǒng)工程，涉及到變電站選址、設計方案選擇、主要設備選型和噪聲控制措施設計等多個方面。城區(qū)變電站應合理選擇站址應盡量避免臨近醫(yī)院、學校、政府機關、科研單位和居民住宅樓等聲環(huán)境敏感目標。

1.1 設計方案和主要設備選擇優(yōu)化

站址確定后，根據(jù)變電站所處地理位置、環(huán)境功能要求以及進出線條件，選擇合適設計方案。城區(qū)變電站應優(yōu)先選擇全戶內(nèi)布置方式，主變采用散熱器與本體分開布置的型式，盡量將主要噪聲源布置在靠近道路一側(cè)，風機選擇布置在遠離噪聲敏感目標一側(cè)墻壁或遠離敏感建筑物一側(cè)。主變室門、窗及進出風口應盡量布置在遠離敏感建筑物一側(cè)，主變室盡量不設計全開全關式檢修大門，不設置采光窗戶，減少噪聲泄漏[2]。

新建變電站電氣設備選型時嚴格控制設備噪聲水平，在技術和經(jīng)濟許可條件下盡量選擇低噪聲設備。通過計算確定主變室、配電室等正常運行所需的通風散熱量來選擇合適風機，優(yōu)先采用自然通風以減少通風風機的數(shù)量，盡量選擇大直徑、低轉(zhuǎn)速、低噪聲風機，或采用分割通風單元的方式降低散熱風機的功率，從而降低風機噪聲水平[3]。

1.2 降噪措施概述

1.2.1 變電站噪聲控制途徑概述

聲學系統(tǒng)由聲源、傳播途徑和接收器三個環(huán)節(jié)組成，對于噪聲的控制，可以通過設法抑制它的產(chǎn)生、傳播和對聽者的干擾來進行控制。變電站噪聲控制可從上述三個環(huán)節(jié)進行考慮。

噪聲源控制。是最直接的噪聲控制方法，對變壓器和電抗器可通過減小鐵芯振動激勵力，或改變噪聲設備的結(jié)構(gòu)，將各構(gòu)件間的銜接由原來的鉚接改為焊接、精密打造內(nèi)部齒輪銜接系統(tǒng)等，此方法技術要求苛刻、成本高。根據(jù)經(jīng)驗可知，針對變壓器本體的降噪措施隨著降噪效果的提高其制造成本將急劇上升，且一般最多只能降低15dB 左右，但其成本會增加30%。

傳播途徑控制。是目前噪聲控制措施中使用最為廣泛、發(fā)展迅速的一種方法，包括隔聲控制、消聲控制、吸聲控制和阻尼減震控制等措施，使噪聲在傳播到接受點的過程中衰減，從而降低到達接受點的噪聲強度，也能達到理想的降噪效果；接受者防護控制。對于一些無法或不易采取降噪措施的工作場所，可通過對人員進行保護的措施來解決噪聲侵擾問題，主要包括佩戴防噪耳塞、耳罩、防噪頭盔等。該措施在變電站噪聲控制中不提倡使用，特別是要求周邊居民時刻注意自身防護是不可行的。

1.2.2 噪聲傳播途徑控制措施概述

隔聲。是通過材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)來隔絕空氣傳播噪聲的方法，常見形式有隔聲罩、隔聲間和隔聲屏。對于變壓器室，為達到更好的隔聲效果，門窗應盡量少設計且尺寸盡可能少，或采用雙層隔聲門窗；消聲。是利用具有吸聲內(nèi)襯或特殊結(jié)構(gòu)形式的氣流管道來降低噪聲的方法。既能讓氣流通過又能降低噪聲的設備稱為消聲器。根據(jù)消聲原理不同，消聲器有阻性、抗性、復合和排氣放空四種類型，各類型消聲器依據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同又可細分為多種型式；吸聲。是利用聲波通過介質(zhì)或者入射到介質(zhì)分界面上時聲能的減少來降低噪聲的方法。當室內(nèi)混響聲較強時吸聲降噪效果才明顯。吸聲材料按其結(jié)構(gòu)狀況可分為多孔吸聲材料、共振吸聲材料和特殊吸聲材料。通過對噪聲源室內(nèi)墻面和頂棚設置吸聲材料，能一定程度降低室內(nèi)的噪聲。

2 戶內(nèi)變電站主要噪聲控制措施

2.1 戶內(nèi)變電站主變選型及噪聲控制

變電站設備選型時應嚴格控制設備噪聲水平，在技術經(jīng)濟許可的條件下盡可能選用低噪聲設備。變壓器噪聲應滿足《6kV～500kV 級電力變壓器聲級》（JB/T10088-2004）及《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設備》的基本噪聲限值要求，110kV 變壓器噪聲水平小于等于65dB（A），位于城區(qū)的110kV變壓器噪聲源強應控制在60dB（A）以下。

變壓器噪聲主要由硅鋼片的磁致伸縮和繞組中的電磁力引起，在變壓器訂貨時對噪聲指標提出相應要求并做到嚴格驗收，控制變壓器本身降噪：采用自冷式，可去除風扇和油泵噪聲的疊加；降低鐵芯的工作磁密，采用高導磁的硅鋼片和步進搭接工藝等減小磁致伸縮；完善鐵芯和引線的夾持結(jié)構(gòu)，采用避開共振區(qū)的結(jié)構(gòu)設計，加大油箱箱壁厚度、加固油箱和附件等措施減緩并吸收磁致伸縮產(chǎn)生的振動能量。

2.2 主變壓器與散熱器布置方式

國內(nèi)110kV 戶內(nèi)變電站在設計中已開始應用分體式變壓器，將變壓器本體密封在隔音房間內(nèi)，將散熱器布置在易散熱的地方，利用油管和匯流槽將本體與散熱器連接。水體分體式變壓器，即主變本體和散熱器分開布置在不同的房間，本體被封閉在單獨的房間中以隔絕噪聲，散熱器布置在另外的房間，采用敞開式布置，一側(cè)面和屋頂全敞開，敞開的進風側(cè)面選擇裝飾性花格柵作護網(wǎng)。散熱器室采用自然通風，不設計強排風，沒有強噪聲源。

2.3 主變室吸聲控制

主變噪聲首先在主變壓器室內(nèi)傳播，當聲波遇到墻面、屋面、地面后被反射回來，反射聲波再遇到主變壓器室壁面后再次反射，主變壓器產(chǎn)生的直達聲波和一次反射聲波、二次反射聲波、N 次反射聲波相互疊加，使室內(nèi)噪聲大大增加，室外噪聲也隨之增大。室內(nèi)噪聲大小不僅與聲源聲級有關，還與室內(nèi)壁面的平均吸聲系數(shù)有關，要控制主變噪聲對外環(huán)境的影響，對主變及散熱器室進行吸聲處理十分必要。目前變電站主變室吸聲板常見有鋁纖維吸聲板、蜂窩陶瓷吸聲板及微穿孔金屬板。

鋁纖維吸聲板。通常由具有不同孔徑大小的鋁板網(wǎng)、鋁纖維氈及鋁箔、龍骨（隔板）組成，將兩種不同孔徑的鋁板網(wǎng)中間放置一層鋁纖維氈，通過滾壓機壓成厚度為1～2.5mm 厚的薄板，用金屬龍骨固定在變電站內(nèi)墻壁。鋁纖維密度小、用量省、耐蝕性好，較其他種類金屬纖維優(yōu)勢明顯。對于變電站主變室吸聲而言，面密度為550g/m2、板厚為1mm、空腔厚度為100mm 的鋁纖維板綜合吸聲效果較好，可滿足變電站低頻噪聲治理需要。

蜂窩陶瓷吸聲板。是一種以天然菱鎂礦粉為原料燒烤而成的多孔吸聲板，從表到里為三維互相貫通的網(wǎng)狀小孔結(jié)構(gòu)（占總體積60%左右）。當聲波入射到材料表面時，絕大部分聲波會沿著迷宮式小孔隧道進入吸聲板內(nèi)部，聲波在吸聲板內(nèi)部傳播引起孔隙中空氣振動，同形成孔隙的表面十分粗糙的陶瓷筋絡發(fā)生摩擦，一部分聲能被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽徊糠致暷艿竭_剛性壁后被反射回蜂窩陶瓷吸聲板，聲波又會像初次入射聲一樣重新回到迷宮式小孔遂道中帶動空氣與陶瓷筋絡發(fā)生摩擦，聲能繼續(xù)被轉(zhuǎn)化、消耗。這兩種效應相互作用，使蜂窩陶瓷吸聲板有效地消耗入射聲能，獲得良好的吸聲效果。蜂窩陶瓷吸聲板對低頻噪聲具有良好的吸聲性能，具備A級防火、防水、防腐蝕、防蟲功能，室外溫度100℃不變形，便于安裝施工等優(yōu)點。

微穿孔金屬板。在板厚小于0.1mm 的薄金屬板上穿以孔徑小于1.0mm 的微孔，穿孔率1%～5%，后部留有一定厚度的空氣層，就構(gòu)成了微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。其比普通穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)高，吸聲頻帶寬。

綜合考慮價格和吸聲系數(shù)兩種因素，可選用微孔金屬板作為變電站主變室墻壁吸聲材料。主變室墻吸聲面積宜控制在主變室總面積的60%，一方面可保證良好的吸聲效果，另一方面進一步增加吸聲面積，費用也成線性增長。

2.4 主變室門隔聲控制

主變室門采用全封閉可拆卸復合彩鋼門，提高其通風消聲及隔音效果。主變室大門需兼顧主變壓器的安裝、檢修和人員的進出，在設計時將隔聲門設計成可拆卸隔聲板，在門的一邊角做一扇可開啟的隔聲小門，供平時巡視檢查和小的維修之用，大修時可拆卸。復合彩鋼門厚度為50mm，兩面是2mm 厚薄鋼板，中間采用聚氫酯泡沫塑料（可起到阻尼防震效果），強度和耐腐性均好。此門采用特種門鉸軸（自帶軸承），開啟十分靈活方便，還可以節(jié)約空間且降噪效果顯著。同時，為保證隔聲門的密封效果，在門框與門之間做成階梯狀的企口并加設橡膠密封條，使門扇、門框間嚴密合縫。

2.5 通風風機消聲控制

消聲是消除空氣動力性噪聲的重要措施之一，具有允許氣流通過而阻止聲音傳播的特點。按照消聲機理消聲器可分為阻性消音器、抗性消音器、阻抗復合式消音器等。對于變電站、配電室，消聲器通常安裝在其進、排風系統(tǒng)，在選用消聲器時要綜合考慮噪聲控制和通風散熱的需要。

2.5.1 消聲器分類

阻性消聲器。是利用氣流管道內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)形式的多孔吸聲材料吸收聲能，降低噪聲的消聲器。其消聲頻率寬，以中高頻最為顯著，適用范圍廣泛，特別是在風機類消聲器中應用最為廣泛；抗性消聲器。是通過管道內(nèi)聲學特性的突變處將部分聲波反射回聲源方向，以達到消聲目的的消聲器，主要適用于降低低頻和中頻段的噪聲。優(yōu)點是不需要使用多孔吸聲材料，在耐高溫、抗潮濕、對流速較大、潔凈要求較高等條件下均比阻性消聲器有明顯的優(yōu)勢；復合式消聲器。是將阻性及抗性等不同消聲原型組合設計而構(gòu)成，可在較寬頻率范圍內(nèi)都能達到滿意的消聲效果。

2.5.2 進排風口消聲控制

主變壓器進出風口的消聲器宜采用阻抗復合消聲器，既可降低主變壓器產(chǎn)生的中低頻噪聲，又可減小通風風機的中高頻噪聲；為有效控制通風百葉窗向外輻射噪聲，可在窗外設計進風、采光、隔聲于一體的進風消聲器，上部為采光隔聲罩窗、下部為阻性片式進風消聲器。通過增加消聲器長度及通道斷面周長，將消聲器設計為L 型，內(nèi)部設多個氣流通道，在各氣流通道上均覆蓋吸聲玻璃棉吸聲，吸聲材料采用20mm 厚超細玻璃棉，其體積密度為20kg/m3，消聲彎頭處加導流片。

對于機械排風的噪聲控制，首先選用符合通風量要求的低噪音軸流風機，其次在通風機洞外增設相應排風消聲箱。排風消聲箱隔聲罩內(nèi)的氣流通道采用L 型，在各氣流通道上均覆蓋吸聲材料，吸聲材料采用20mm 厚超細玻璃棉、體積密度為20kg/m3，消聲彎頭處加導流片。室內(nèi)噪聲由軸流風機排除至排風消聲箱，通過L 型氣流通道內(nèi)的鍍鋅穿孔鋼板進入吸聲材料，聲能由于粘滯性和內(nèi)摩擦作用轉(zhuǎn)化為熱能而減小，最后經(jīng)排風消聲箱出口排入室外。