戶內配電變壓器低頻噪聲監測分析與治理

黃敏均

（江陰供電公司，江蘇江陰214400）

隨著江陰社會經濟的發展和城市開發建設力度的加強，近年來城區范圍內涌現出一大批高層商住建筑。由于對土地資源利用率的提高，以及市政規劃為避免公用設施露天放置對景觀的破壞，相關配套的供電設施多設置于高層建筑戶內，但配電所大都未設置獨立的變壓器承重基礎，導致出現了變壓器低頻噪聲引起的噪聲污染投訴的情況。本文通過黃龍富邸12幢戶內配電所變壓器引起的低頻結構噪聲投訴的調查、監測，發現雖然由變壓器低頻噪聲引起的住戶家中夜間噪聲A聲級約為35 dB，但低頻噪聲造成了多家住戶夜間難以入睡，嚴重影響了住戶的日常生活。為此通過對配電所變壓器低頻結構噪聲進行分析，提出了噪聲治理措施，并制定了具體實施方案，最終圓滿的解決了該配電所的噪聲污染問題。

1 配電所變壓器低頻噪聲監測分析

黃龍富邸小區位于江陰市中心城區，2006年交付使用，2008年隨著小區12幢高層住宅樓一至三層住戶的入住，住戶陸續發現夜間室內存在不間斷的變壓器“嗡嗡”聲，曾多次向供電公司反映和投訴該配電所噪聲污染。

1.1 低頻噪聲源

黃龍配電所位于黃龍富邸小區12幢住宅樓的地下室車庫內，地下室同時設置了泵房、消防等公用設施。配電所內設有中壓進線柜、干式變壓器、低壓配電柜等電氣設備，配電所正上方為地面車庫，地面二層（樓層一層）以上均為住戶，2臺干式變壓器為江陰市江東變壓器廠制造的SCD10-1600/10變壓器，每臺變壓器容量1600kV·A，自重3830 kg，變壓器外箱尺寸為2.1×1.85×1.6 m。

1.2 監測儀器

HS6288B噪聲頻譜分析儀、AWA6256型環境振動分析儀。

1.3 監測結果

配電所內設備正常運行情況下，對配電所內外噪聲進行倍頻譜分析監測，測量布點如圖1所示，噪聲測量結果見表1，振動測量結果見表2。

圖1 配電所內外噪聲監測布點示意

表1 配電所內外噪聲測量數據表dB

表2 配電所內外振動測量數據表

在配電所變壓器關停情況下，分別對12幢住宅樓的104室、105室、205室臥室內噪聲進行了監測，監測時關閉房屋門窗，并關閉空調、電視。測量結果見表3。

表3 12幢住戶戶內噪聲測量數據表dB

1.4 低頻噪聲分析

由表1可見，500 Hz以下的各中心頻率聲壓級均高于50 dB，配電所噪聲呈現中低頻特性，中心頻率250 Hz頻段出現峰值，噪聲的高頻特性衰減迅速；由表2可見，變壓器振動隨著由配電所傳出反而呈現擴大趨勢，戶外振動監測數據達到93.2 dB。由表3可見，住戶家中的低頻結構噪聲源于變壓器運行過程，其實際貢獻值為5～6 dB。

根據該小區以1類聲環境功能區來衡量，晝夜噪聲標準分別為55 dB(A)和45 dB(A)，通常室內噪聲限值應該比環境噪聲低10 dB，則變壓器運行噪聲不超出標準。住戶家中夜間噪聲A聲級約為35 dB，但根據《聲環境質量標準》GB3096—2008，建筑物內的結構噪聲限值為30 dB(A)，顯然配電變壓器運行在住戶家中產生的低頻結構噪聲超出了標準要求。

2 住宅內低頻結構噪聲污染分析

2.1 變壓器噪聲產生原因

變壓器噪聲由鐵心的磁致伸縮變形和繞組的電磁力所引起，構成鐵心的硅鋼片在交變磁場的作用下，發生微小的磁致伸縮，使得鐵心隨勵磁頻率的變化做周期性的振動；繞組中通過電流而形成的電磁力也會引起繞組的振動。因此變壓器在正常運行過程中的振動便會產生噪聲。

2.2 低頻噪聲的聲學特性

低頻噪聲（頻率在500 Hz以下的噪聲）和高頻噪聲不同，高頻噪聲隨傳播距離越遠或遇到障礙物，能迅速衰減，而低頻噪聲卻遞減的很慢，聲波較長能輕易穿過障礙物。黃龍配電所內的變壓器噪聲呈現低頻特性。

2.3 低頻噪聲傳播途徑分析

根據噪聲源產生的聲波通過介質傳播的特點，來源于變壓器的住宅內低頻結構噪聲傳播途徑可能為：(1)變壓器振動噪聲經過空氣傳播到配電所墻面和頂面，被墻體吸收后，沿住宅墻體結構傳播至該幢樓一至三層住戶家中墻面，墻面振動再激發空氣振動后傳入人耳中。(2)變壓器振動經變壓器底座傳至大樓基礎，以及通過安置在變壓器箱、開關柜上方的電纜橋架經連接槽鋼傳到頂面，再沿配電所墻面結構傳播到一至三層住戶家中墻面，墻面振動再激發空氣振動后傳入人耳中。(3)配電所低頻噪聲通過通風管道傳播，再經過樓層通風管道設備傳播至住戶家中。

2.4 噪聲源能量估計分析

針對3種途徑傳播至住戶家中的噪聲經疊加后形成的低頻噪聲污染，為識別上述3類噪聲源相對強度，以便于采取有效的治理措施，從能量角度分析各類噪聲的大小[1]。

（1）變壓器振動噪聲經過空氣傳播到配電所墻面和頂面，被墻體吸收后，沿住宅墻體結構傳播至該樓住戶家中墻面的結構聲強：假設空氣質點振動速度與變壓器振動速度相同，經振動速度測量，變壓器振動速度的有效值ue=1.05 cm/s，空氣聲阻抗取ρc=43.5 kg/（m2·s），空氣聲強I=0.048 W/m2。2臺變壓器箱體輻射面積約34 m2，結構聲最大功率為1.6 W。

（2）變壓器振動經變壓器底座傳到大樓基礎和通過電纜橋架傳到屋頂的結構噪聲的聲強：把結構聲波當做平面聲波，聲強I=ρcue2，振動速度有效值ue=0.5 cm/s，地面的聲阻抗ρc=3.65×106kg/（m2·s）,結構聲強I=91 W/m2。2臺變壓器與地面接觸的剛性基礎的面積約2.5 m2,電纜橋架與頂面接觸的剛性面積約為1.5 m2，結構聲聲功率ω=IS=364 W。

（3）地下室的通風管道距離長，噪聲經過長距離傳播到達樓層管道時衰減殆盡，影響忽略不計。

通過前2種估算可知，2種聲能之比為1.6:364，因此治理配電所變壓器產生的低頻噪聲，應主要降低振動引起的固體結構噪聲，并適當考慮輻射至墻體產生空氣結構噪聲。

3 配電所變壓器低頻結構噪聲治理方案探究

3.1 低頻結構噪聲控制措施

（1）采取變壓器減振措施，減少通過地面基礎和電纜橋架傳播的固體結構噪聲。

（2）配電所內墻面和頂面鋪設吸聲材料，減少輻射至墻體產生空氣結構噪聲。

3.2 變壓器減振措施的制定

3.2.1 變壓器底座減振方案的選擇

方案1：變壓器以及低壓配電柜體東、南側土建開挖地溝（寬0.5 m×深1 m×長22 m），接通變壓器及柜體北側和西側的電纜溝，地溝內填入細沙作為減振緩沖，地溝表面覆蓋水泥蓋板，緩解變壓器振動向墻體的傳播。

方案2：在變壓器底座安裝減振器，變壓器與配電柜連接銅排改為軟連接，隔絕變壓器運行時的固體振動。變壓器底座直接安置于大樓基礎上，開挖地溝無法徹底切斷大樓基礎與墻體的連接，所以無法充分隔絕變壓器振動對大樓墻體的影響；通過變壓器底座安裝減振器、變壓器與配電柜連接銅排的軟連接方式，減振器和軟連接可以徹底隔絕變壓器底座與大樓基礎之間的振動，從而切斷變壓器振動傳遞至墻體的傳播途徑。通過分析2種方案減振效果的優劣，認為方案2會取得更明顯的降噪效果。

3.2.2 減震器的選擇

目前常用選用的減振器有彈簧減振器、橡膠減振器、不銹鋼鋼絲繩減振器等，但由于它們控制的振動頻率范圍不同，減振的效果不一樣，因此選取合適的減振器也至關重要。

彈簧減振器：固有控制頻率為1～5 Hz，控制的頻帶相對較窄，適宜用于低頻率振動的設備隔振，頻率較高時容易產生穿流現象。

橡膠減振器：固有控制頻率為5.4～13 Hz，控制的頻帶相對較窄，適宜用于較高頻率振動的設備隔振。

不銹鋼鋼絲繩減振器：用現代隔振防沖理論為指導，研制的新型隔振防沖元件，其變剛度特性：在外載荷作用下，減振器彈簧的徑向曲率半徑隨之發生變化，使得應力與應變呈非線性特性，具有很好的隔振效果；變阻尼特性：外界激勵頻率變化時，減振器的阻尼也隨之發生變化，在共振點，阻尼很大（大于0.17），有效地抑制共振峰，越過共振點后，阻尼迅速減小，具有優良的隔振效果；全金屬材料制成，能抗疲勞，耐輻射、耐高溫，使用年限長。

針對變壓器需不間斷運行、環境溫度較高、需控制頻帶較寬的特點，選取性能優良的不銹鋼鋼絲繩減振器作為主要隔振元件。

3.2.3 變壓器底座減振方案的制定

由于變壓器底座的變壓器本體和箱體是分開的，所以設計減振裝置也要分開進行，首先在變壓器本體下方加設一個槽鋼做成的支架，在槽鋼與水泥座之間設置10只不銹鋼鋼絲繩減振器；再針對變壓器箱體加設一個外箱槽鋼支架，槽鋼下方加設橡膠減振器。安裝時將變壓器本體和外箱放置在減振支架上。變壓器與配電開關柜剛性連接銅排更換為軟連接方式，利用軟接頭以減緩變壓器振動通過向開關柜體向墻體的傳遞。

減振支架的平面布圖如圖2所示。變壓器底座鋼絲繩彈簧減振器安裝立面圖如圖3所示。

3.2.4 電纜橋架減振方案的制定

電纜橋架放置于變壓器低壓配電柜上方，通過槽鋼支架與頂面墻體連接，與柜體仍有接觸。但因電纜自重較重，橋架的重力主要作用于低壓配電柜體上，導致變壓器振動隨柜體、橋架、連接槽鋼至頂面的而產生固體結構噪聲。采用將電纜橋架用型鋼支撐起來，讓電纜吊架重力作用在支撐槽鋼支架上，在支撐槽鋼與地面之間加設橡膠減振墊，杜絕了電纜橋架與墻面的剛性連接，徹底隔絕變壓器振動產生固體結構噪聲的傳播途徑。電纜橋架減振實施方案見圖4。

3.3 墻面吸聲措施的制定

根據配電所噪聲的頻譜分析，應選擇對中低頻有較好吸聲性能（特別對250 Hz中心頻率所在頻段上有較好吸聲系數）的吸聲材料，通過吸聲減少變壓器振動產生的空氣聲傳播進入墻體轉變為結構噪聲。為此選擇一種“阻尼膠板”，即PVC橡膠混合板，該材料廣泛應用于汽車、火車等發動機及家用電器的降噪，有良好的減震、降噪功能，對中低頻段有著較好的吸聲系數。配電所內的側面墻體和頂面鋪設一層阻尼膠板，膠板表面涂抹聚氨防水膠并用鉚釘固定于墻面。

4 配電所降噪的效果檢查

在先采取墻面吸聲處理，再實施變壓器減振措施后，分別對黃龍配電所和12幢住戶家中進行了實際降噪效果測試，結果見表4。

表4 治理前后降噪效果對比表dB

從表4可見，采取墻面吸聲處理后，配電所上方住戶家中的降噪量為0.9 dB和1.1 dB，變壓器減振處理后，住戶家中的降噪量為4.2 dB和4.1 dB，住戶家中滿足建筑物內的結構噪聲限值的標準要求，減振措施降低變壓器低頻噪聲的效果要明細優于墻面吸聲措施，這與噪聲源能量估計的結果基本相符。并且12幢的住戶一致反映變壓器采取吸聲和減振處理后，原本的變壓器低頻結構噪聲已基本消除。由此可見采用2種治理措施相結合的方式徹底解決了變壓器低頻噪聲的影響。

5 結束語

戶內配電所低頻噪聲主要通過變壓器振動傳播產生的結構噪聲，采用變壓器減振和墻面吸聲的方法能有效降低住戶家中的低頻結構噪聲，從而降低低頻噪聲對住宅內的影響。近年來隨著城市戶內配電所數量的增加，更應該防患于未然，在配電所設計、建設過程中充分考慮選用低噪聲變壓器，并預先采取設備減振和降噪技術措施，確保此類配電所運行后不再出現噪聲擾民現象，提高群眾對供電公司的滿意度。

[1] 翟國慶，張邦俊.室內窄頻帶低頻噪聲煩惱度與治理對策研究[J].浙江大學學報（理學版），2002，29（1）：90-91.