城市變電站降噪措施淺析

羅惠平

摘要：近年來，城市居民對(duì)城市變電站的噪聲污染的投訴越來越多，因此相關(guān)研究單位以及電力部門目前最重要的工作就是解決城市變電站的噪聲污染對(duì)周圍居民的危害。文章在對(duì)多座500kV和220kV電壓等級(jí)的城市變電站進(jìn)行了噪聲檢測的基礎(chǔ)上，分析了各種噪聲產(chǎn)生的原因，并提出了城市變電站降噪措施。

關(guān)鍵詞：城市變電站；噪聲特性；降噪措施；噪聲污染；輸變電工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM63 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0165-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.084

最近幾年，由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，社會(huì)的發(fā)展需求也在不斷增大，為確保穩(wěn)定、快速的發(fā)展，輸變電工程的建設(shè)也在緊張有序地進(jìn)行。但由于土地資源緊缺的實(shí)際問題的影響，部分變電站不得不建在城市人口密集區(qū)域，因此嚴(yán)重影響了周邊居民的生活與工作，其中受公眾關(guān)注最多的是低頻噪聲的影響。本文將對(duì)具有典型代表性的110kV、220kV、500kV城市變電站進(jìn)行噪聲特性的測試和分析，仔細(xì)研究現(xiàn)有的降噪措施，找出其中的缺點(diǎn)、不足，指導(dǎo)城市變電站噪聲的治理工作。

1 工程實(shí)例

對(duì)某一市區(qū)的15座220kV和500kV變電站的所有變壓器主體、母線、風(fēng)扇、電抗器及電容器等設(shè)備進(jìn)行了噪聲頻譜的分析與統(tǒng)計(jì)。檢測結(jié)果表明：100、200、300等100Hz整數(shù)倍的頻率是變電站設(shè)備噪聲所需要應(yīng)對(duì)的主要對(duì)象，且大部分都在500Hz以內(nèi)。下文將逐一分析噪聲分貝值最高時(shí)對(duì)應(yīng)的設(shè)備類型與頻率。

2 變電站主要噪聲源分析

2.1 變壓器本體噪聲

實(shí)測220kV變壓器本體噪聲的平均值為81.2dB，根據(jù)頻譜圖，找出各個(gè)變壓器實(shí)噪聲最高分貝值的對(duì)應(yīng)頻率值，然后用所有220kV變壓器中最高分貝值所對(duì)應(yīng)該頻率值的數(shù)量除以220kV變壓器的總數(shù)，就可以得到相應(yīng)比例大小的區(qū)域。100Hz、200Hz、300Hz占據(jù)了變壓器本體的噪聲頻譜的大部分比例，因此400Hz及以上頻率的頻段有時(shí)會(huì)因?yàn)樗急壤^少而無法在餅圖中顯示。根據(jù)電力生產(chǎn)部門的統(tǒng)計(jì)，變電站產(chǎn)生噪聲最大的單體設(shè)備之一便是變壓器，其本身的振動(dòng)是噪聲產(chǎn)生的根本原因。根據(jù)變壓器的生產(chǎn)工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可知變壓器的主體噪聲產(chǎn)生的最主要原因是：硅鋼片接縫處與疊片之間存在的因漏磁產(chǎn)生的電磁吸引力，硅鋼片引起的磁致伸縮引起的鐵心振動(dòng)。因?yàn)殡娫搭l率周期是磁致伸縮的變化周期的兩倍，所以磁致伸縮引起的變壓器振動(dòng)主要也是100Hz的整數(shù)倍。同時(shí)由于鐵心結(jié)合處的循環(huán)勵(lì)磁導(dǎo)致新柱硅鋼片和上鐵軛發(fā)生磁致伸縮，因此頻譜中50Hz的奇數(shù)倍的頻率也占有一定的比例。

2.2 母線噪聲

500kV母線噪聲實(shí)測平均值為91.8dB。母線噪聲產(chǎn)生的主要原因是：大電流通過并排母線，在交變磁場的作用下，母線與箱體、母線與母線之間會(huì)產(chǎn)生周期性變化的電磁力，從而激勵(lì)母線橋架產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出噪聲。因?yàn)槠洚a(chǎn)生的原因單一，所以頻譜結(jié)構(gòu)也較為簡單，頻譜上基本都是100Hz。一般情況下，母線噪聲低于變壓器噪聲，可忽略。

2.3 風(fēng)扇噪聲

因?yàn)椴⒉皇撬凶儔浩鞫奸_風(fēng)扇，所以只檢測了風(fēng)扇正常運(yùn)作的220kV和500kV變電站的風(fēng)扇噪聲，220kV變電站的噪聲實(shí)測平均值為79.1dB，500kV變電站的噪聲實(shí)測平均值為96.8dB。風(fēng)扇噪聲一般情況下是1000～2000Hz內(nèi)的中高頻噪聲，但在實(shí)測過程中，由于變電站處于運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)扇的噪聲在大多數(shù)時(shí)候被變壓器本體的振動(dòng)噪聲所掩蓋，導(dǎo)致檢測結(jié)果大多數(shù)為低頻噪聲。由此可知變電站主要的噪聲源并不是風(fēng)扇噪聲。

2.4 其他噪聲

電抗器的噪聲組成與變壓器大體一致，同樣是由本體噪聲與冷卻裝置的噪聲構(gòu)成。電抗器本體的噪聲主要來源是：（1）鐵心漏磁產(chǎn)生的電磁力與鐵心的磁致伸縮引起的振動(dòng)；（2）通過與油箱的固定部分或絕緣油，使油箱面產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而使噪聲傳播至外界；（3）鐵心或繞組產(chǎn)生振動(dòng)。變電站噪聲的另一個(gè)來源是電容器。電容器噪聲產(chǎn)生的原理是：將交流電加在電容器上，電容器介質(zhì)內(nèi)的電極間產(chǎn)生的靜電力，使電容器內(nèi)部的原件產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)將傳給外殼，進(jìn)而使箱壁振動(dòng)產(chǎn)生噪聲，再從外殼傳到外界。

3 現(xiàn)有降噪措施分析

3.1 吸聲降噪

吸聲降噪的原理是：聲波通過某種介質(zhì)或是入射到某介質(zhì)的表面，使聲能降低或轉(zhuǎn)換為其他能量。室內(nèi)降噪最常用的方法就是吸聲，將吸聲材料布置于噪聲源室內(nèi)頂棚與壁面位置，可有效降低室內(nèi)的“混響”與“駐波”效應(yīng)，改善室內(nèi)的聲場特性，一般情況下，合理布置吸聲材料可減低噪聲3～6dB（A）。當(dāng)前，城市變電站使用的吸聲材料主要有：（1）共振吸聲材料；（2）多孔吸聲材料。共振吸聲材料運(yùn)用的原理是亥姆霍茲共振器原理，利用材料與聲波的共振來消耗聲能，它的特點(diǎn)是在某一特定頻段吸聲系數(shù)高。城市變電站噪聲控制工程中運(yùn)用的共振吸聲材料有：單層或多層微穿孔吸聲板、鋁纖維吸聲板及其他組合結(jié)構(gòu)等。多孔吸聲材料的原理是：借助聲波與空氣的粘滯阻力和聲波與孔壁的摩擦和熱傳導(dǎo)來消耗聲能，特點(diǎn)是對(duì)中高頻噪聲有很好的吸附能力。城市變電站噪聲控制工程中運(yùn)用的多孔吸聲材料有玻璃棉、巖棉、聚酯纖維、聚氨酯泡沫等。調(diào)研結(jié)果顯示，大多數(shù)城市變電站沒有使用過任何吸聲降噪方法，少數(shù)進(jìn)行吸聲處理的，也均未達(dá)到預(yù)期效果。比較上述吸聲壁面內(nèi)外兩側(cè)的噪聲頻譜可知，吸聲壁面擁有一定的吸聲效果，特別是對(duì)于1000Hz以上的頻段，但對(duì)于主變?cè)肼晛碚f，這種吸聲效果還是較低的。吸聲降噪方法降噪效果較低的主要原因有：（1）吸聲材料覆灰、吸潮、破損、腐蝕、老化導(dǎo)致吸聲效果下降；（2）降噪設(shè)計(jì)時(shí)只是使用常用的“面板+覆蓋層+礦物棉”的吸聲結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然可有效地消除室內(nèi)的中高頻噪聲，但是實(shí)際需要降低的噪聲屬于低頻噪聲，因此上述結(jié)構(gòu)就不能起到很好的降噪效果。

3.2 隔聲降噪

隔聲降噪的原理是：在傳播途徑中阻擋聲波，使其不能直接通過。相比于吸聲，隔聲的降噪效果更為明顯，一般情況下，運(yùn)用合理的隔聲措施可減低噪聲15～25dB（A）。當(dāng)前，城市變電站最常用的隔聲構(gòu)件包括隔聲門、隔聲板、隔聲窗、隔聲間、隔聲罩、聲屏障、隔聲墻等。普通門、窗可用隔聲門、窗代替；隔聲板可用于堵住孔洞；隔聲間、隔聲罩可將噪聲源封閉在一個(gè)較小的空間內(nèi)，減少噪聲向外輻射；聲屏障可放置在聲源與接收點(diǎn)之間阻斷聲波的直線傳播；隔聲墻可用于修筑設(shè)備間和防火墻。調(diào)研結(jié)果顯示，大多數(shù)城市變電站沒有使用過任何隔聲降噪方法，少數(shù)進(jìn)行隔聲處理的，也有一部分未達(dá)到預(yù)期效果。比較上述隔聲大門內(nèi)外兩側(cè)的噪聲頻譜可知，雖然隔聲大門對(duì)于1000Hz以上的頻段具有很好的隔聲效果，但是對(duì)于主變?cè)肼晛碚f，這種隔聲能力還是較低的。隔聲降噪方法降噪效果較低的主要原因包括：（1）隔聲構(gòu)件內(nèi)的填充材料吸潮、老化、腐蝕導(dǎo)致隔聲效果降低；（2）降噪設(shè)計(jì)時(shí)沒能對(duì)主變室大門、進(jìn)出線孔等薄弱位置進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，導(dǎo)致漏聲。另外，因?yàn)槭艹杀尽?qiáng)度、采光、美觀等因素影響，導(dǎo)致聲屏障在城市變電站使用時(shí)難以達(dá)到最佳降噪效果，從而造成聲影區(qū)外噪聲的超標(biāo)。

3.3 消聲降噪

消聲降噪的原理是：使用具有吸聲內(nèi)襯或特殊結(jié)構(gòu)形式的氣流管道來降低噪聲。特點(diǎn)是允許氣流通過從而阻止聲音傳播。根據(jù)消聲機(jī)理的不同，消聲器可分為抗性、有阻性、排氣放空和復(fù)合四種類型。一般情況下，各類消聲器可達(dá)到10～15dB/m的消聲量。調(diào)研結(jié)果顯示，大多數(shù)城市變電站的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)未作消聲處理，少數(shù)進(jìn)行消聲處理的，也有一部分未達(dá)到通風(fēng)消聲的效果。消聲器對(duì)于主變?cè)肼暤南暷芰ν瑯邮遣蛔愕摹Ｏ暦椒ń翟胄Ч蛔愕闹饕蛴校海?）消聲器內(nèi)的填充材料吸潮、老化、腐蝕導(dǎo)致消聲效果降低；（2）因?yàn)樘畛洳牧虾穸取⑾晫挾取⑾曢L度不足等原因，導(dǎo)致低頻噪聲無法有效消除，進(jìn)而使噪聲直接排放到外界。通過對(duì)現(xiàn)有降噪方法降噪效果的分析可知，目前的降噪措施并不能滿足降噪要求，因此需開發(fā)具有以下要求的專用降噪措施：（1）對(duì)中低頻噪聲有良好的降噪能力；（2）降噪材料需擁有良好的耐候能力。

4 結(jié)語

由于最近幾年，城市居民對(duì)城市變電站的噪聲污染的投訴越來越多，因此本文針對(duì)以下兩方面進(jìn)行了詳細(xì)分析：（1）城市變電站的主要噪聲聲源：變壓器本體噪聲、母線噪聲、風(fēng)扇噪聲及其他噪聲；（2）現(xiàn)有降噪措施：吸聲降噪、隔聲降噪、消聲降噪，并提出了解決現(xiàn)有降噪措施缺點(diǎn)的方案，希望可供城市變電站降噪的工程進(jìn)行技術(shù)參考。

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（責(zé)任編輯：王 波）