110kV洪鐘變電站通風降噪優化設計研究

張旻

摘要： 本文通過對110kV洪鐘變電站類型及其所處地理位置、周圍敏感點等情況的綜合考慮，具體分析噪聲源及特性，從聲源控制、傳聲途徑控制、合理建筑結構和隔聲、吸聲設計、環境污染及防護等幾個方面提出變電站通風降噪方法，為提高變電站運行維護水平建言獻策。

Abstract： Based on comprehensive consideration of the type， geographical location and surrounding sensitive points of 110kV Hongzhong substation， this paper analyzes the noise source and characteristics， and proposes ventilation and noise reduction methods from sound source control， acoustic path control， reasonable building structure and sound insulation and suction design， environmental pollution and protection， in order to improve the level of substation operation and maintenance.

關鍵詞： 變電站風機；噪聲源及特性；通風降噪

Key words： substation fan；noise source and characteristic；ventilation and noise reduction

中圖分類號：TU831.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）32-0131-02

1 變電站噪聲

1.1 站址概況 擬選110kV洪鐘變電站位于廈門市翔安區后房社區。110kV洪鐘變配電裝置樓總建筑面積1028m2。一層建筑面積1028.00m2，層高4.0m，主要功能房間為10kV 配電室，電容器室，二次設備室，110kV GIS配電室（挑高8.0m），#1、#2、#3主變壓器室（挑高8.0m）及戶外散熱器。

1.2 變電站通風系統及噪聲構成 110kV洪鐘變電站的主變室、站用變室、電容器室、電抗器室采用墻上低位百葉窗自然進風，高位軸流風機機械排風的通風系統來排除室內余熱，另設事故排風機兼作正常通風系統的排風機用。110kV GIS室設置自然進風、機械排風的通風系統，吸風口設在GIS室的房間下部，排除室內可能存在的SF6 氣體，事故排風由下部正常排風系統和上部排風系統共同來保證。根據輻射噪聲的特點，風機噪聲主要由下述四部分組成：①風機運行時進、排風口產生的空氣動力性噪聲；②機殼、管壁以及電動機軸承等發出的機械性噪聲；③電動機的電磁噪聲；④運行的風機與基礎連接處發生振動而產生的高頻輻射噪聲。

1.3 風機噪聲源分析 軸流風機的噪聲可以分為兩種類型，一是空氣動力性噪聲，二是電磁噪聲，并且前者是主要的噪聲。就組成部分來看，主要包括兩個部分，分別是旋轉噪聲與渦流噪聲。前者也被稱為葉片噪聲，產生的主要原因是由于旋轉葉片對空氣質點的周期性打擊，使得空氣壓力出現脈動進而出現噪聲。運用傅里葉級數對該脈動進行分解，可以將其分解成一個穩態分量，還有一系列的脈動分量。后者的產生主要是由于風機的葉片在進行旋轉的過程中，造成周圍的氣體出現渦流，同時粘滯力會發生作用，使其分解成若干個小渦流。在此情況下，空氣會出現擾動的情況，最終產生噪聲。

而風機的噪聲頻譜，其背景一般是連續譜，并且伴有若干個有調成分，進而造成兩種噪聲相互混雜的情況。實際上，葉片噪聲屬于風機噪聲的范疇，并且相關設備的便會都會導致出現渦流噪聲，與此同時由于風機的外殼和風管會產生共振，也會引發噪聲。

2 通風降噪優化方案設計

2.1 設計原則 按照變電站的使用功能要求，在滿足相關規程、規范、生產工藝流程的前提下，結合110kV變電站通用設計的經驗，強化節能設計理念，從技術和經濟角度對生產綜合樓通風設計進行合理化的優化和協調，積極優化和創新建筑設計方案。設計控制目標：控制各進排風口距離1m、高度1.2m處，所測噪聲值低于50dB（A）。

本站通風系統設計原則簡述如下：①滿足通風要求的條件下，通風方式首選自然進風，自然排風。②若自然排風無法滿足要求，則采用自然進風，機械排風。③若房間不具備自然通風條件，則采用機械進風，機械排風。④普通軸流風機噪聲值超標，則選用低噪聲軸流風機。⑤若風機噪聲值仍超標，則加設消聲器降低風機氣動噪聲與渦流噪聲。⑥風機噪聲得到有效控制的情況下，電氣設備房間采用消聲百葉窗進一步控制電氣設備噪聲向外輻射。通過以上6大原則，運用風機降噪與消聲百葉降噪措施，將變電站噪聲有效控制在噪聲排放標準內。

2.2 風機降噪優化方案 一般來說，通常采用消聲器的方法來達到控制噪聲的目的。對絕大部分聲源是氣流噪聲的設備來說，消聲器能夠取得非常好的控制效果。消聲器在允許氣流通過的同事，又減弱了噪聲的傳播和輻射。

根據消聲機理和應用對象，可分成：阻性消聲器、抗性消聲器、微穿孔板消聲器、擴散消聲器。微穿孔板消聲器主要通過微穿孔板吸聲結構來實現消聲，可實現寬頻帶消聲和較低的阻損。

本站選用以下風機降噪措施：①雙層微穿孔板消聲器降低風機氣動噪聲。②風機動葉頂部加旋轉環減小葉頂與機殼間隙降低方劑渦流噪聲。

2.2.1 雙層微穿孔板消聲器 該種消聲器的寬頻吸聲性能非常好，穿孔板的厚度要選擇恰當，并且恰當的穿孔直徑等能夠有效提升吸聲的效果。

消聲器的材料是玻璃鋼板，它阻損小、重量輕、造價低。其結構包含兩個主要的組成部分，分別是玻璃板和吸聲尖錐。根據聲學的性能，雙層微穿孔板的吸聲性能非常好，能夠有效達到吸聲的目的。而中央吸聲尖錐能夠有效解決高頻吸聲的若干問題，并且的吸聲頻帶也非常高。根據空氣的動力性能可知，將消聲器的周壁設計為圓筒的形狀，并且和風扇的通道直接相連，而且微穿孔板具有很多特征，比如孔和摩擦阻力都比較小而且板比較薄。使用玻璃材質來制作消聲器，比較耐腐蝕，而且輕便，同時也不擔心潮濕的問題，而且成本也比較低。把它設計成拆裝方便的結構，便于檢修和更換材料。endprint

把該消聲器安裝于軸流風機入口，噪聲可從110dB（A）降到90dB（A），效果良好。此外，對風機性能研究表明，使用這種消聲器對風機性能影響很小。但是受氣流會產生再生噪聲，消聲器的效果則難以保障，要確保消聲效果，需要改進設計方法，但是面臨比較大的困難，因此需要探索出新的降噪方法。

2.2.2 風機動葉頂部加旋轉環減小葉頂 由渦流噪聲產生機理可知，控制葉片表面紊流附面層的發展以及渦流脫離，控制氣流初始紊流度及控制吸力面與壓力面之間的壓差流動和間隙回流，均可有效降低渦流噪聲。動葉頂部加旋轉環方法實質上是使泄漏流動通過間隙而不在葉柵內出現以及控制間隙圓流產生。旋轉環同葉輪一起旋轉，環的入口應加工成圓精的圓弧形，以便使已經產生的間隙回流能平滑地進入葉柵，不致在環的內表面發生分離而擾動主氣流。

2.3 消聲百葉降噪優化方案 實際上，消聲百葉窗的構成是對比較短的片式或者折板式的消聲器所進行的改進，決定其消聲性能的最主要的因素在于單片百葉的形式以及安裝角度等問題。百葉可以對噪聲的輻射進行合理的設置，在葉片的下側，還可以設置共振體來達到吸聲的效果，并且其具有比較寬的消聲頻帶，在散熱和采光等方面也都符合要求。消聲百葉的運用優點主要體現在以下幾個方面：①消聲百葉的主要組成部分是通風百葉，而這種百葉的內部裝有吸聲材料，在各個葉片之間也都存在通風間隙。經過對開口面積的精心設計以后，可以確保空氣流量和消聲效果。②流線型的阻力比較低。③消聲百葉同時具有低壓降和消聲優異的兩種性能。④消聲百葉的制作材料使用的是鍍鋅的鐵板等，并且在內部的填充物具有不燃且吸聲的特性，能夠確保其使用壽命，也便于對其進行維護。

2.4 性能比較及結論 ①采用本方案降噪措施后，軸流風機性能指標比較見表1。②采用本方案降噪措施后，通風性能指標比較見表2。③推薦意見。綜上所述，低噪聲軸流風機對比傳統軸流在性能與噪聲指標上有較強優勢，結構更合理， 噪聲更低，更高效、風量大、風壓高、噪聲低且具有節能特點。消聲百葉在任何氣候條件下使用，且氣流阻力小，消聲量大，外形美觀，根據110kV洪鐘變電站變電站的噪聲特點，推薦采用自然通風與強排風相結合等措施。選擇低噪聲的設備，結合消聲百頁窗通風吸聲的方案。

3 通風方案選定

3.1 通風設備選用 本站通風系統方案及選用設備如下：10kV配電裝置室：采用機械進風、機械排風的通風方式，事故通風換氣次數不少于12次/時。

電容器室：采用門下百葉自然進風、機械排風的通風方式，事故通風換氣次數不少于15次/時。

110KV GIS室：采用百葉自然進風、機械排風的通風方式。事故通風換氣次數不少于12次/時。風機具溫控、SF6監測啟停控制功能。

二次設備室：設換氣次數不少于6次/時的檢修換氣通風，采用百葉自然進風、機械排風，當人員進入時自動或手動開啟。本站機械排風機均選用鋼制低噪音防爆軸流風機，兼顧事故通風。風機采用感溫自啟動方式，并接入智能化系統智能控制，自動調節風量，節約能耗。

3.2 降噪措施總結 鋼制低噪音防爆軸流風機采用2項降噪技術措施：①雙層微穿孔板消聲器降低風機氣動噪聲。②風機動葉頂部加旋轉環減小葉頂與機殼間隙降低渦流噪聲。通風百葉采用1項技術措施：安裝消聲百葉控制電氣設備噪聲向外輻射。

4 結論

專題對變電站內風機產生的噪聲進行了分析，并提出了在風機上增加雙層微穿孔板消聲器及在其動葉頂部增加旋轉環等改造措施，改造方案對變電站的噪聲控制有顯著效果，對變電站的節能減排及“環境友好型”變電站的建設具有現實意義。通過技術性能比較，本方案采用鋼制低噪音防爆軸流風機降低風機噪聲值，在保證風機性能的前提下減少了變電站噪聲排放量。通風百葉采用新型消聲百葉，具有防雨功能及良好的消聲性能，既解決了通風又解決了消音問題，且最大限度地減少氣流傳遞阻力。

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