變壓器噪聲控制技術(shù)及裝備

張智敏

(北京綠創(chuàng)聲學(xué)工程股份有限公司，北京 100080)

變壓器噪聲控制技術(shù)及裝備

張智敏

(北京綠創(chuàng)聲學(xué)工程股份有限公司，北京 100080)

介紹并分析了某城市110kV變電站的變壓器噪聲源特點(diǎn)，在滿足其運(yùn)行工藝、設(shè)備性能、聲學(xué)效果、經(jīng)濟(jì)、安全的條件下，設(shè)計(jì)開發(fā)了特殊的隔吸聲結(jié)構(gòu)、消聲結(jié)構(gòu)等變壓器降噪裝置，并成功應(yīng)用于工程實(shí)踐中，取得了理想效果。

變壓器;環(huán)境噪聲污染;低頻噪聲;噪聲控制

1 概述

變壓器作為輸變電站的重要設(shè)備，在輸電過程中發(fā)揮著核心作用，但變壓器噪聲對(duì)周圍環(huán)境影響很大。某110kV變電站共有三個(gè)電壓等級(jí)，分別為110kV、35kV、10kV，主變?nèi)萘烤鶠?1,500kVA。站內(nèi)聲源、聲環(huán)境、廠界及敏感點(diǎn)的噪聲測(cè)量數(shù)值顯示，變電站內(nèi)的聲源主要為兩臺(tái)主變壓器。

1＃主變壓器：長(zhǎng)7.165米，寬4.3米、高度（帶油枕）4.83米，型號(hào)：SFSZ9-31500/110，容量為31,500kVA，帶有4臺(tái)DBF-7Q冷卻風(fēng)機(jī)。

2#主變壓器：長(zhǎng)6.855米，寬4.98米、高度（帶油枕）4.635米，型號(hào)：SSZ9-31500/110，容量為31,500kVA，不帶風(fēng)機(jī)。

1.1 噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)

110kV變電站執(zhí)行《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348—2008）Ⅱ類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096—2008）Ⅱ類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 設(shè)備布置（見圖1）

圖1 設(shè)備布置位置示意

2 噪聲分析

2.1 噪聲源分析

變壓器噪聲主要由三個(gè)聲源產(chǎn)生：磁芯（磁致伸縮和連接處產(chǎn)生的噪聲）；線圈（槽壁和磁域）中的電磁力引起的噪聲；冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇噪聲。線圈是電抗器最主要的噪聲源，噪聲聲壓級(jí)隨著負(fù)載的增加而增加。

2.2 變壓器噪聲的頻譜特性

從對(duì)110kV、31,500kVA變壓器產(chǎn)生噪聲的1/3倍頻程的測(cè)試頻譜來看，變壓器噪聲呈明顯的中、低頻特性，在100Hz、200Hz、400Hz頻率上有突出的峰值。圖2是測(cè)點(diǎn)聲級(jí)為73.0dB的1/3倍頻程噪聲頻譜。

圖2 測(cè)點(diǎn)噪聲頻譜

變壓器在運(yùn)行中發(fā)出的“嗡嗡”聲，是由于鐵芯在磁通作用下產(chǎn)生磁致伸縮振動(dòng)所引起的，這種“嗡嗡”聲稱為電磁噪聲。其基頻為供電頻率的2倍，如50Hz的變壓器，則其電磁噪聲的基頻為100Hz。除基頻外，還有高次諧波的噪聲成分。體積較大的變壓器，其諧波峰值頻率較低；而體積較小的變壓器，其諧波峰值頻率較高。

變壓器的電磁噪聲大小與變壓器的功率和鐵芯磁通密度有關(guān)，通常功率越大，電磁噪聲越高。

變壓器冷卻風(fēng)扇噪聲主要有空氣動(dòng)力性噪聲、機(jī)殼、管壁以及電動(dòng)機(jī)軸承等輻射的機(jī)械性噪聲以及風(fēng)機(jī)振動(dòng)帶動(dòng)變壓器殼體振動(dòng)輻射的固體聲。因變壓器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速較高，輻射的噪聲主要集中在中高頻。

3 變壓器噪聲控制設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)及原則

（1）滿足電力行業(yè)及變電站設(shè)備安全運(yùn)行，滿足環(huán)境噪聲要求；

（2）降噪設(shè)施應(yīng)牢固、安全，同時(shí)加強(qiáng)免維護(hù)性；

（3）為滿足變壓器的更換需要，降噪設(shè)施應(yīng)設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)；

（4）降噪設(shè)施滿足對(duì)變壓器的日常巡檢、檢修的要求。降噪設(shè)施外形美觀，滿足變電站整體設(shè)計(jì)要求。

3.2 聲學(xué)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 變壓器降噪裝置總體設(shè)計(jì)

在變壓器近場(chǎng)設(shè)計(jì)一種有針對(duì)性衰減效果的隔聲、消聲、吸聲綜合降噪裝置：

（1）在變壓器前方設(shè)置組裝式通風(fēng)消聲裝置，用以削減直接向敏感點(diǎn)傳播的噪聲；

（2）在通風(fēng)消聲裝置兩側(cè)加裝挑檐式吸聲隔聲屏障，利用消聲裝置與隔聲屏障的組合結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步吸收部分變壓器的聲能量以減少變壓器向外輻射的聲功率，增加整體的聲衰減范圍。

3.2.2 變壓器降噪裝置聲學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)降噪量要求，消聲結(jié)構(gòu)采用針對(duì)100～630Hz頻帶范圍的噪聲而設(shè)計(jì)的復(fù)合消聲吸聲結(jié)構(gòu)。為防止噪聲繞射，在消聲裝置兩側(cè)設(shè)計(jì)安裝吸聲、隔聲屏障，隔聲層內(nèi)側(cè)進(jìn)行阻尼處理以提高屏障在吻合區(qū)的隔聲量。

具體聲學(xué)設(shè)計(jì)如下：

消聲裝置的聲學(xué)設(shè)計(jì)包括消聲裝置消聲量、降噪裝置聲衰減的計(jì)算、復(fù)合式吸聲體的吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

消聲裝置將根據(jù)消聲量進(jìn)行設(shè)計(jì)并依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)加以修正，設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下：

式中：NR — 阻性消聲器聲衰減量（dB）；

nf— 隨頻率而不同的消聲系數(shù)K值的常數(shù)項(xiàng)，它是吸聲系數(shù)αo和頻率f的函數(shù)；

αo—駐波管測(cè)得的吸聲系數(shù)；

L0— 消聲器的有效長(zhǎng)度（m）；

P, S —分別為消聲器通道凈周長(zhǎng)和斷面積（m，m2）。

降噪裝置繞射聲衰減的計(jì)算公式如下：

式中：N — 菲涅爾數(shù)；

λ — 聲波波長(zhǎng)（m）；

d — 聲源與受聲點(diǎn)之間的直線距離（m）；

A — 聲源至屏障頂端的距離（m）；

B — 受聲點(diǎn)至屏障頂端的距離（m）。

3.2.3 變壓器降噪裝置結(jié)構(gòu)、維護(hù)檢修設(shè)計(jì)

變壓器降噪裝置主框架為輕鋼結(jié)構(gòu)，構(gòu)件之間全部為螺栓連接，充分滿足防腐、防火及檢修時(shí)可拆裝的要求。

（1）降噪裝置的下部為進(jìn)風(fēng)消聲通道，兩側(cè)為吸聲隔聲屏。

（2）通風(fēng)裝置為分體式結(jié)構(gòu)，分成獨(dú)立的降噪單元。

（3）降噪裝置的內(nèi)側(cè)與設(shè)備之間留有檢修通道，裝置的高度略高于設(shè)備。

3.2.4 消聲裝置空氣動(dòng)力性能設(shè)計(jì)

消聲裝置的壓力損失主要包括消聲裝置內(nèi)的通道壁面與氣流摩擦所產(chǎn)生的壓力損失（摩擦阻損）和裝置內(nèi)通道彎折、截面變化等局部結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致氣流流動(dòng)情況的改變所產(chǎn)生的壓力損失（局部阻力）兩個(gè)方面。

摩擦阻損計(jì)算公式如下：

式中：ΔHλ— 摩擦阻損（毫米水柱）；

λ — 摩擦阻力系數(shù)；

L — 消聲器長(zhǎng)度（m）；

de — 消聲器通道截面等效直徑 （m）；

ρ — 氣體密度（kg/m3）；

V — 氣流速度 （m/s）；

g — 重力加速度（m/s2）。

局部阻損可用下式估算：

式中：ΔHξ— 局部阻損（毫米水柱）；

ξ — 局部阻力系數(shù)。

消聲器總的阻力損失等于摩擦阻損與局部阻損之和，即

根據(jù)設(shè)備散熱風(fēng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)按通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范，降噪裝置的壓力損失按15Pa設(shè)計(jì)，以保證降噪裝置安裝后散熱風(fēng)機(jī)的性能不受影響。為降低局部阻力，在保證聲學(xué)效果的前提下，消聲裝置的消聲片結(jié)構(gòu)采用低流阻設(shè)計(jì)，同時(shí)在消聲片的兩端安裝圓弧型導(dǎo)流板，減小局部阻力。

3.2.5 變壓器降噪裝置各項(xiàng)性能要求的滿足

（1）裝置的鋼結(jié)構(gòu)件全部采用熱浸鋅防腐處理，連接件選用鍍鋅螺栓。

（2）吸聲體和消聲片的外板及骨架采用鍍鋅鋼板。

（3）吸聲材料選用憎水離心玻璃棉，其本身具有相當(dāng)強(qiáng)的防水和防腐性能。

（4）為增強(qiáng)抗倒塌性能，提高其持續(xù)耐火能力，在所有鋼結(jié)構(gòu)的表面涂防火層。保證耐火極限不低于1.5小時(shí)。

4 降噪效果

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，110kV電站通過對(duì)站內(nèi)兩臺(tái)主變壓器安裝通風(fēng)降噪裝置，居民敏感點(diǎn)噪聲測(cè)量值可以降低至47dB以下，達(dá)到《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348—2008）Ⅱ類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096—2008）Ⅱ類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目研發(fā)的變壓器降噪設(shè)施，制作工藝簡(jiǎn)便，安裝拆卸快捷，重復(fù)使用性強(qiáng)，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢測(cè)滿足降噪設(shè)計(jì)要求，為變壓器噪聲污染控制技術(shù)及裝備的開發(fā)利用提供了積極的探索和工程示范。

[1] 馬大猷.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊(cè)[K].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.9,471-573.

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[3] 余尤好，陳寶志.大型電力變壓器的噪聲分析與控制[J].變壓器,2007,(6)：22-26.

Abstract:Transformer noise source characteristics of 110kV substation in a city are introduced and analyzed. In order to meet its operating process, equipment performance, acoustic effects, economic and security conditions, devices with special sound insulation structure, sound absorption structure and noise elimination structure for transformer noise reduction are designed and developed. The devices are successfully applied in engineering practice, and the desired results have been achieved.

Key words:transformer; environmental noise pollution; low-frequency noise; noise control

Noise Control Technology and Equipment of Transformer

ZHANG Zhi-min

(Greentec Acoustic Engineering Stocks Co.,Ltd. Beijing 100080, China)

TB53

A

1006-5377（2010）06-0050-03