變電所中干式變壓器噪聲分析及減振降噪處理

贛州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院 張振凱 中瀚國際建筑設(shè)計顧問有限公司 孔君

1 引言

環(huán)氧樹脂膠澆筑干式變壓器具備總體沖擊韌性好、承受沖擊性過壓性能優(yōu)異、抗短路故障能力強等特點，且所使用的絕緣層材料具備阻燃等級高、維護保養(yǎng)便捷、耐老化強等優(yōu)勢。目前環(huán)氧樹脂膠澆筑干式變壓器在多層建筑、城市軌道、鋼材化工廠、風(fēng)力發(fā)電、分布式光伏發(fā)電等行業(yè)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。近些年，我國干式變壓器公司不斷提高產(chǎn)品性能，不斷優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)制造成本。對于其新構(gòu)造、新技術(shù)應(yīng)用的探索與應(yīng)用也變得越來越重要。扁圓形電磁線圈構(gòu)造由于能夠有效節(jié)約成本，在很多變壓器生產(chǎn)制造公司已經(jīng)被大量運用［1］。

2 變電所干式變壓器噪聲的形成

變電所干式變壓器噪聲形成的原因主要如下。

一是變壓器外殼的震動現(xiàn)象。變壓器運轉(zhuǎn)期間，外殼、離心風(fēng)機、母線橋架等部位很容易產(chǎn)生震動現(xiàn)象。其中機殼及風(fēng)機產(chǎn)生的噪聲主要是由機械震動產(chǎn)生，而當(dāng)母線槽流產(chǎn)生較大值的交流電時，其所形成的漏磁會產(chǎn)生母線槽流振蕩的現(xiàn)象，并由此帶動了母線橋架的振蕩，從而形成噪聲。

如果在交流變壓器與鄰近卷繞線及鐵酸鹽磁芯之間的接縫處存在漏磁的現(xiàn)象，則會產(chǎn)生共振現(xiàn)象以及噪聲。

二是變壓器組裝不合理。在變電所干式變壓器的安裝流程中，安裝工人需要確保變壓器穩(wěn)定。但一些安裝工人并不具備此觀念，造成變壓器組裝不合理，導(dǎo)致在運作期內(nèi)發(fā)生震動現(xiàn)象，產(chǎn)生噪聲[2]。

三是變壓器電磁線圈震動。在變壓器電磁線圈過負荷電流時，會發(fā)生漏磁現(xiàn)象，造成電磁線圈震動，產(chǎn)生噪聲。

四是鐵心激磁現(xiàn)象。在配電網(wǎng)中，干式變壓器的10kV 工作電壓比較高，會讓變壓器鐵芯處于一個高磁密的狀況中，發(fā)生激磁現(xiàn)象，產(chǎn)生較大的噪聲，噪聲的聲調(diào)也比較銳利。

傳統(tǒng)城市的配電網(wǎng)中，供電方式主要是環(huán)網(wǎng)供電和多電源供電。以電纜出線，主體的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及供電方式會影響電容電流主要參數(shù)，與中性線經(jīng)消弧線圈接地相比較，中性線經(jīng)小電阻接地方法具備更明顯的優(yōu)點。中性線經(jīng)小電阻接地方法的主要參數(shù)如表1所示。

表1 中性點經(jīng)小電阻接地方式以及相關(guān)參數(shù)

3 變電所干式變壓器噪聲的危害

目前城鎮(zhèn)化建設(shè)過程加速，城市建設(shè)向著高層住宅的方向發(fā)展，大多數(shù)的建筑將變電所安置在住宅的地下室中，與居民的居住房間較近。即使變電所干式變壓器所產(chǎn)生的噪聲不會對居民的生命造成威脅，但仍然會對身體健康產(chǎn)生影響。而且變電所干式變壓器所產(chǎn)生的噪聲為低頻率噪聲，具備聲波頻率長、損耗遲緩等特點。居民在剛開始接收低頻率噪聲時，會感到心煩意亂，暴躁易怒。長久以往還會導(dǎo)致居民發(fā)生精神衰弱、睡眠質(zhì)量差等不適情況，很容易使得居民患上有關(guān)疾病。

噪聲既是一種公害，它具有公害的特性。作為響聲的一種，也具備聲特性。它的主要特征如下。一是噪聲的環(huán)境公害特征。噪聲和其他有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生的環(huán)境公害有所不同。噪聲污染本身并不是環(huán)境污染物質(zhì)，即噪聲在空間傳播中并不會給周圍帶來任何毒害性氣體。其次，噪聲對環(huán)境的影響并不積淀強烈、不持續(xù)，傳播的空間較大。噪聲聲源比較分散，一旦在聲源處停止發(fā)聲，影響也會消失。所以，噪聲無法集中進行統(tǒng)一處理，要用獨特的方法進行操控。二是噪聲的音特性。噪聲便是響聲，具有一切聲的特性和規(guī)律性。噪聲對環(huán)境的作用和噪聲高低相關(guān)，噪聲愈強危害越大，考量噪聲高低的參量是噪聲級。

對于變電所干式變壓器產(chǎn)生噪聲的不良影響，有關(guān)單位在開展配網(wǎng)基本建設(shè)工作的時候，需要認真落實《住宅設(shè)計規(guī)范》《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》《大城市空間環(huán)境噪聲規(guī)范》等相關(guān)法律法規(guī)，將噪聲的噪聲級保持在規(guī)范的范圍之內(nèi)[3]。由于建設(shè)工程成本和施工人員專業(yè)素質(zhì)等多種因素的影響，多層建筑的變電所無法滿足以上技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的需求，所產(chǎn)生的低頻率噪聲比較大，影響居民的正常生活，因此物業(yè)管理公司需要搞好減振降噪的工作，將變電所干式變壓器的噪聲控制在規(guī)范的范圍之內(nèi)。

4 變電所干式變壓器的減振降噪處理

在確保電壓穩(wěn)定的前提下，逐步提升鐵心的溫度，直至其達到115℃并測量震動。選取電抗器在相應(yīng)溫度條件下進行震動測定。電抗器連續(xù)運作，電源作為激勵，電抗器本身作為系統(tǒng)，震動測定結(jié)果可歸為響應(yīng)輸出三大因素中的電源（激勵）和電抗器（系統(tǒng)）相對固定，震動（響應(yīng)輸出）也會較為穩(wěn)定。該試驗表明，電抗器通電運作的前段時間內(nèi)，震動（響應(yīng)輸出）并不會過大，而隨著運作時間逐漸延長，震動也會隨之提升。直至通電工作結(jié)束后，在整個過程中，電源（激勵）是額定的，電抗器溫度提升，其自身也會發(fā)生變化。由此可知，系統(tǒng)過熱會導(dǎo)致其中的零件性質(zhì)變化，最終使得整體有所不同，鐵心溫度上升處于恒定狀態(tài)（溫度可達180℃），絕緣環(huán)氧樹脂性質(zhì)改變，鐵心耦合出200Hz的高頻激勵。

4.1 變電所干式變壓器的減振噪聲處理對策

變壓器的噪聲歸屬于低頻率噪聲，最常見的就是小區(qū)住宅、商業(yè)建筑里的噪聲。針對干式變壓器的噪聲，一般采用減振隔音的措施進行整治，可以達到較好的隔音效果，以下是干式變壓器噪聲的防治計劃方案。

根據(jù)變電所干式變壓器噪聲的產(chǎn)生原因進行分析，有關(guān)單位可以結(jié)合干式變壓器內(nèi)部構(gòu)造與外界環(huán)境因素，減少或消除低頻率噪聲的產(chǎn)生，確保附近居民的身心健康。

在外部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程中，安裝工人可借助變壓器元器件組裝減振機器設(shè)備，具體辦法為如下。一是挑選品質(zhì)相對較高的變壓器鐵氧體磁芯與鐵芯，減小變壓器元器件漏磁相對密度，防止震動情況的產(chǎn)生，降低噪聲的形成概率。二是提升鐵芯共振結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對鐵芯夾件位置采用固定的方法組裝限位裝置，加強其夾緊力，防止其發(fā)生共振現(xiàn)象，控制低頻率噪聲的產(chǎn)生。三是在變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)配備減震系統(tǒng)，一般將減振設(shè)備選在變壓器基座與變電所路面連接的位置，從而避免變壓器的震動，進而減小低頻率噪聲。四是挑選性能出色的離心風(fēng)機系統(tǒng)，在開展變壓器構(gòu)造配備工作的時候，盡量選自冷式離心風(fēng)機，這種離心風(fēng)機性能出色，所產(chǎn)生的噪聲比較小，還可以在變壓器風(fēng)機槽鋼位置配備減振機器設(shè)備，降低風(fēng)機震動，控制噪聲的產(chǎn)生。五是增設(shè)風(fēng)機變頻器，保證變壓器能夠在長時間負荷條件下維持正常運轉(zhuǎn)的情況，降低離心風(fēng)機長期性運作所產(chǎn)生的噪聲。

針對外在環(huán)境因素產(chǎn)生的干擾因素，相關(guān)機構(gòu)應(yīng)采取以下措施。一是在變壓器外殼安裝抑制噪音板,將傳統(tǒng)的干式變壓器外殼擴展成金屬板、有孔結(jié)構(gòu)層和環(huán)氧玻璃布面的多層構(gòu)造，以消除交流變壓器共振，達到減少噪聲的目的。二是在變電所內(nèi)安裝吸音設(shè)備。例如在變電所設(shè)計和施工過程中，可供借鑒影院墻壁的整體效果，對墻體開展凹凸拉毛處理的工作，提高墻壁隔音實際效果，清除變壓器震動所產(chǎn)生的低頻率噪聲，還可以將傳統(tǒng)百葉窗簾換為雙層中空玻璃，提高消聲能力。三是消聲防護處理的方法，有條件的工程建筑可以借助變電所周邊種植綠色植物，緩解干式變壓器所產(chǎn)生的噪聲。

4.2 變電所干式變壓器的減振噪聲處理案例

為證實以上變電所干式變壓器減振噪聲處理措施運用效果，文中以某高層住宅樓為研究主體，該變電所設(shè)置在高層住宅建筑的地下室,共裝上4臺干式變壓器。干式變壓器所產(chǎn)生的低頻率噪聲比較明顯，由于影響住戶的正常生活，物業(yè)管理公司邀約電力企業(yè)相關(guān)工作人員上門檢驗，低頻率噪聲達69～100dB。研究發(fā)現(xiàn)該建筑物的變電所設(shè)計方案并不科學(xué)，變壓器組裝不合理，未配備消化吸收噪聲的機器。針對該類問題電力企業(yè)工作人員給出了減振噪聲處理計劃方案，用于解決噪聲的難題[4]。

4.2.1 減振噪聲處理對策與實施情況

物業(yè)管理公司依據(jù)減振噪聲處理計劃方案，將變電所大門口改為防火隔聲門，將變電所窗更改為隔音降噪隔熱保溫雙層中空玻璃。在變壓器柜的4個基座部位，配備低頻率減振機器設(shè)備。在變壓器和母線排連接部位，組裝軟接頭接地銅排，減少母線橋架的震動。在變電所墻壁與吊頂天花板部位，鋪裝一層巖棉隔音防火板材，提高變電所的隔音與防火安全性能。

在執(zhí)行以上減振噪聲處理對策后，低頻率噪聲降到30～34dB，完成了高效的噪聲控制工作。在實踐過程中，以上減振噪聲處理計劃方案施工效率比較高，可以減少建筑物的停電時間，且低頻率減振機器的性能出色，不用頻繁檢修。

4.2.2 低頻率減振機器設(shè)備剖析

減振器用于大中小型的沖壓機和快速沖壓機的減振降噪工作中，橡膠減震器新產(chǎn)品的關(guān)鍵部件由彈簧片和阻尼組成。該設(shè)備性能平穩(wěn)、堅固耐用，使用壽命達30年以上。彈簧減振器上粘貼防滑橡膠板，組裝便捷。

減振減振器的優(yōu)點及作用如下。

一是橡膠減震器的優(yōu)勢。上方和底邊選用地面防滑耐磨強度高的固定螺絲做成，提升了安全性性能，組裝便捷。鑄鋼件機殼由碳素鋼扭簧做成，而且是注塑成型。耐老化能力優(yōu)秀，堅固耐用，抗震效果明顯，可以有效減少各種立式水泵、離心風(fēng)機、制冷機組、柴油機組、管路等電氣設(shè)備的震動，增加設(shè)備使用期限。

二是阻尼減振器的作用。阻尼減振器有利于機械結(jié)構(gòu)在一瞬間受到損傷后立即恢復(fù)正常平衡狀態(tài)。阻尼減振器能夠減少震動所引起的聲輻射和機械噪聲，能夠提高各類數(shù)控車床和設(shè)備的尺寸精度、檢測精度和工作精度。設(shè)備在動態(tài)性環(huán)境中工作時，必須具備高抗沖擊性能和動態(tài)性可靠性。借助阻尼完成減振降噪的工作，提高設(shè)備的動態(tài)性能。阻尼減振器能夠減少機械系統(tǒng)的協(xié)作震動幅度，從而減少因動應(yīng)力極大導(dǎo)致的構(gòu)造損害。

在相關(guān)減振噪聲處理對策中，低頻率阻尼減振設(shè)備的應(yīng)用是促進減振減噪的關(guān)鍵所在。低頻率阻尼減振設(shè)備的彈簧結(jié)構(gòu)選用低頻率值設(shè)計方案方法，總體性能出色，可以進一步降低變壓器震動。在運用低頻率阻尼減振設(shè)備時，在它與變壓器、變電所觸碰位置，鋪裝一層丁腈橡膠制作出來的SD型專用型隔振墊，能降低全面的共振頻率，提高低頻率阻尼減振設(shè)備的隔振實際效果，減少噪聲的形成[5]。

5 結(jié)語

變電所干式變壓器所產(chǎn)生的噪聲對周圍居民健康產(chǎn)生很大危害，有關(guān)單位需要確定噪聲形成的原因，采用有效的減振降噪處理措施。專業(yè)技術(shù)人員在設(shè)計建筑方案階段，應(yīng)該盡可能讓變電所遠離居住人員密集的公共建筑物與居住建筑物，使建筑物遠離噪聲源與震動源。對于原有噪聲發(fā)生的變電所，可以通過優(yōu)化變壓器內(nèi)部構(gòu)造、運用低頻率減振機器設(shè)備，減少噪聲的形成。并且采用變電所鋁門窗構(gòu)造的優(yōu)化、消聲防護等措施，提升低頻率噪聲的衰減率，使噪聲減少至居民可以接受的范圍之內(nèi)，減少噪聲的環(huán)境污染。