某110kV戶內站消噪泄壓產品的設計

程學啟，于振江，張洪書，李祥國，沈關良

(1.濰坊電力公司，山東 濰坊 261000；2.方圓集團五洲電器公司，山東 濰坊 261000；3.宜興市佳達環保工程有限公司，江蘇 宜興 214200)

近年來，隨著城市建設的發展，工業和居民用電量增長很快。特別是夏季的用電高峰期間，變電站的負荷率都很高，噪聲很大。尤其是居民密集區的城區戶內變電站的噪聲引起了居民投訴頗多，且因變電站噪聲等影響而引起的民事糾紛、上告事件逐年增多。因此，如何解決好變電站的噪聲污染對周圍居民的危害問題已經成為電力、設計、建設部門的當務之急。

1 城區戶內變電站的噪聲特點

根據電力文獻介紹和實際監測，變壓器的噪聲屬于中低頻噪聲，對噪聲值貢獻最大的頻率是250 Hz和500 Hz；風冷機械噪聲屬于中高頻噪聲，對噪聲值貢獻最大的頻率是1000 Hz和2000 Hz。變壓器的噪聲是不穩定的，空載或運行功率低時，噪聲水平相對較低，滿負荷運行時一般噪聲級水平較高。從噪聲的控制角度看，噪聲的頻率越低，治理難度越大。因為低頻噪聲的波長長，隨距離衰減率低，也不易被吸收。

2 城區110kV變電站的降噪實踐

噪聲污染的構成包括噪聲源、傳播途徑和接受體三要素，若三要素同時存在，即構成：噪聲對環境的污染以及對人的危害。因此對這些要素，必須采用切實有效的措施，才能取得實際效果。變電站噪聲治理主要從噪聲源和傳播途徑兩方面進行。降低變壓器本身的噪聲是最有效、最徹底的主動控制，但難度很大，所以現在的研究大部份是被動控制，在聲源的傳播途徑上采取吸聲、消聲、隔聲、隔振等技術降低變電站的噪聲。

2.1 城區110kV變電站的降噪方案

首先采用低噪聲風機；其次在進排風井處設置加厚型通風消聲百葉窗，同時設計進排風井的風速宜選擇低速。另外在主變室內的墻體上加裝迷宮型吸聲墻和采用隔聲消音門或泄壓墻、通風消聲百葉窗等。

2.2 吸聲降噪裝置簡介

2.2.1 迷宮型吸聲模塊板

迷宮型吸聲模塊板，根據主變室的設計布置，結合現場勘測，對主變室的軸間距離進行總體測量，并進行二次排版設計，把吸聲墻體分成若干個單元，每個單元由各種規格的模塊板組成。在設計與施工的過程中，盡量做到體現凹凸式的吸聲模塊板的立體結構，既要強調吸聲的效果，同時還要注意模塊板的均勻度、平整度和美觀度。一般采用上海寶鋼生產的沖孔彩鍍板或沖孔鍍鋅鋼板，進行雙層組合，笫一層空腔選用φ3的大穿孔板作外面板，中間填充48 mm厚的鋁蜂窩材料或空腔，穿孔后作為迷宮填料，第二層空腔既可選擇離心玻璃棉作為阻尼材料，也可以空腔形式作為降噪聲的共振空腔。美觀且經濟實用是本次吸聲墻的施工設計主流，既考慮到吸聲又兼顧到電磁屏蔽和裝潢是本裝置多功能性的最好體現。本裝置降噪效果在8～10 dB左右。同時迷宮型吸聲模塊板完全可以工業化生產，不僅可提高生產、安裝效率，而且與二型一化的要求相符。

吸聲墻吸聲性能計算：

由于吸聲墻是雙層穿孔板結構，可以近似采用馬大猷先生雙層微穿孔板的公式計算其吸聲性能。其等效電路圖見圖1。

圖1 雙層穿孔板串聯等效電路

其中r1、 r2是兩層微穿孔板的相對聲阻，m1、 m2分別是兩層微穿孔的相對聲質量，zD1、 zD2是兩層空腔的相對聲阻抗。串聯后的相對阻抗計算公式是：

其中

式中：η0為空氣粘滯系數；di小孔直徑；γi為穿孔率；ρ0為空氣密度；c0為空氣聲速；ti微穿孔板的厚度。

正入射吸聲系數可用(2)式計算：

算例1：

兩層板厚度分別為0.8 mm、0.6 mm，穿孔直徑為3 mm、1 mm，按照新提供的穿孔設計圖紙，估計穿孔率約為9.8%、1.4%，若空腔分別為30 mm、50 mm，代入(2)式得到吸聲曲線見圖2。

算例2：(一般首選)

兩層板厚度分別為0.8 mm、0.8 mm，穿孔直徑為0.5 mm、3 mm，穿孔率為1%、3%，空腔分別為50 mm、30 mm，代入上式得到吸聲曲線見圖3。

圖2 算例1吸聲曲線

圖3 算例2吸聲曲線

2.2.2 加厚型通風消聲百葉窗

在變電站的進排風道口一般設計單位設計的都是通風消聲百葉窗，但就目前全國建設中的城區變電站而言，由于有些施工單位對降噪消聲的重要性缺乏認識，往往將此類通風消聲百葉窗制成普通防雨百葉窗或消聲效果一般的普通百葉窗，從而給部分城區變電站的噪聲污染留下了隱患。通過調研，根據相關變電站的通風消聲百葉窗的施工實踐證明，加厚型通風消聲百葉窗降噪效果顯著，能達到15～18 dB左右。結合降噪裝置應分擔的降噪量，在進排風道的通風消聲百葉窗的制作工藝上，選用了加厚、加密型，既滿足設計、降噪的要求，又實現了通風消聲百葉窗的單位降噪效果。

由于通風消聲百葉窗計算復雜，因此一般采用經驗數據和專利產品。

2.2.3 隔聲消音門

設計采用平開折疊式隔聲消音門(7500×7000)，大門上必須配有專修小門。大門外側面板采用亞白光的“艦用板’，門內側面板采用φ1的鍍鋅沖孔板，中間填充真空吸聲棉，使其滿足既吸聲又隔音的雙重效果。由于此門采用特種門鉸軸(自帶軸承)，開啟十分靈活方便，還可以節約相對空間，且降噪效果顯著，一般能達到29 dB左右，詳見以下計算。

或者設計采用泄壓墻：泄壓墻重量輕，每平方米只有60 kg，但結構牢固，能承受120000 Pa的風壓。成品厚度100 mm，以內外兩層9 mm的國家標準泄壓板及金屬框架合成，中間充填超細玻纖吸音棉組成泄壓模塊，泄壓模塊除具備遇爆泄壓性能外更具有良好的防火和隔聲效果，隔聲量可達29～40 dB以上。通過優化與主體建筑結構的連接設計組成縱橫狀態的墻體鋼構架，將預制的泄壓模塊鑲嵌在主變室墻體鋼構件的合理位置上(主變設備間的正面)，在受到爆炸產生的沖擊載荷作用時這些模塊能夠瞬間破碎，降低建筑主體內部受到爆炸產生的沖擊載荷量及氣體膨脹壓力，有效避免爆炸災害對主建筑和設備的不利影響和破壞。泄壓墻的2m以下可以配裝多個通風消聲百葉窗，通風效果好，可預制不同要求的檢修小門，維修進出方便。

大門和泄壓墻簡化為雙層板加中間層結構，其傳聲損失近似計算公式為：

式中：f0為兩層板質量與中間空氣共振頻率。

式中：f1為空氣層第一階駐波共振頻率，約為55/d；m1、m2分別為內外板的面密度；TL1、TL2分別是內外單板的傳聲損失。單板的傳聲損失用上式近似計算：

(1) 大門：內板厚0.8 mm鋼板，外板厚1.2 mm鋼板，中間層厚98 mm。

計算得到板質量與中間層共振頻率f0＝101 Hz，中間層第一階駐波共振頻率f1＝561 Hz。計算得到的隔聲量見圖4，圖中虛線是用兩層板的面密度按照質量定律計算的傳聲損失，實線是兩層板加98 mm空氣層得到的傳聲損失。需要說明的是計算結果適用于雙層板間加適當吸聲棉的情況，吸聲棉的多少會對第一階共振頻率561 Hz以上頻段傳聲損失有一定影響，對于第一階共振頻率以下的傳聲損失影響很小。另外兩層板間如果有連接，由于可以傳遞結構聲，傳聲損失將會變小。

圖4 大門隔聲量計算結果

(2) 泄壓墻：內板厚9 mm，外板厚9 mm，中間層厚82 mm。

泄壓墻密度按照1200 kg/m3計算，得到板質量與中間層共振頻率f0＝92 Hz，中間層第一階駐波共振頻率f1＝671 Hz。計算得到的隔聲量見圖5，圖中虛線是用兩層板的面密度按照質量定律計算的傳聲損失，實線是兩層板加82 mm空氣層得到的傳聲損失。計算結果同樣未考慮連接對傳聲損失的影響。泄壓墻和大門的隔聲對比見圖6，泄壓墻隔聲量高于大門的隔聲量。

圖5 泄壓墻隔聲量計算結果

圖6 大門與泄壓墻隔聲量對比

3 結語

通過濰坊萬達廣場110kV變電站的降噪實踐，對變電站的噪聲特點、噪聲水平、變電站類型及其所處的位置，周圍敏感點等具體情況進行考慮，結合實際情況進行分析，重點應抓好以下三個方面：

(1) 采用新穎先進的吸聲、消聲、隔聲裝置進行特定的組合，使各裝置合理承擔一定的降噪量，最終實現降噪目標28～30 dB (A)。

(2) 利用降噪吸聲墻板，減弱部分電磁感應，實現降噪且又屏蔽的作用。

(3) 在充分考慮投資成本及社會效益的前提下，既降低了噪聲與電磁場對周圍環境的影響，同時也實現了聲環境和電磁輻射指標的達標，最終達到人居環境的安全與電力建設的和諧發展。

(4) 在解決城區變電站噪聲兼顧電磁感應屏蔽等問題上，可重點考慮吸聲、消聲、隔聲、減震等技術的應用。同時可重點研究開發現有降噪裝置的多功能性，實現降噪、泄壓。

[1]馬大猷．微穿孔板吸聲結構的理論與設計[J]．中國科學，1975，18(1)：38-50．

[2]馬大猷，等．聲學手冊[M]．北京：科學出版社，2004．