戶內(nèi)配電變壓器低頻噪聲監(jiān)測分析與治理

黃敏均

（江陰供電公司，江蘇江陰214400）

隨著江陰社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市開發(fā)建設(shè)力度的加強，近年來城區(qū)范圍內(nèi)涌現(xiàn)出一大批高層商住建筑。由于對土地資源利用率的提高，以及市政規(guī)劃為避免公用設(shè)施露天放置對景觀的破壞，相關(guān)配套的供電設(shè)施多設(shè)置于高層建筑戶內(nèi)，但配電所大都未設(shè)置獨立的變壓器承重基礎(chǔ)，導致出現(xiàn)了變壓器低頻噪聲引起的噪聲污染投訴的情況。本文通過黃龍富邸12幢戶內(nèi)配電所變壓器引起的低頻結(jié)構(gòu)噪聲投訴的調(diào)查、監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)雖然由變壓器低頻噪聲引起的住戶家中夜間噪聲A聲級約為35 dB，但低頻噪聲造成了多家住戶夜間難以入睡，嚴重影響了住戶的日常生活。為此通過對配電所變壓器低頻結(jié)構(gòu)噪聲進行分析，提出了噪聲治理措施，并制定了具體實施方案，最終圓滿的解決了該配電所的噪聲污染問題。

1 配電所變壓器低頻噪聲監(jiān)測分析

黃龍富邸小區(qū)位于江陰市中心城區(qū)，2006年交付使用，2008年隨著小區(qū)12幢高層住宅樓一至三層住戶的入住，住戶陸續(xù)發(fā)現(xiàn)夜間室內(nèi)存在不間斷的變壓器“嗡嗡”聲，曾多次向供電公司反映和投訴該配電所噪聲污染。

1.1 低頻噪聲源

黃龍配電所位于黃龍富邸小區(qū)12幢住宅樓的地下室車庫內(nèi)，地下室同時設(shè)置了泵房、消防等公用設(shè)施。配電所內(nèi)設(shè)有中壓進線柜、干式變壓器、低壓配電柜等電氣設(shè)備，配電所正上方為地面車庫，地面二層（樓層一層）以上均為住戶，2臺干式變壓器為江陰市江東變壓器廠制造的SCD10-1600/10變壓器，每臺變壓器容量1600kV·A，自重3830 kg，變壓器外箱尺寸為2.1×1.85×1.6 m。

1.2 監(jiān)測儀器

HS6288B噪聲頻譜分析儀、AWA6256型環(huán)境振動分析儀。

1.3 監(jiān)測結(jié)果

配電所內(nèi)設(shè)備正常運行情況下，對配電所內(nèi)外噪聲進行倍頻譜分析監(jiān)測，測量布點如圖1所示，噪聲測量結(jié)果見表1，振動測量結(jié)果見表2。

圖1 配電所內(nèi)外噪聲監(jiān)測布點示意

表1 配電所內(nèi)外噪聲測量數(shù)據(jù)表dB

表2 配電所內(nèi)外振動測量數(shù)據(jù)表

在配電所變壓器關(guān)停情況下，分別對12幢住宅樓的104室、105室、205室臥室內(nèi)噪聲進行了監(jiān)測，監(jiān)測時關(guān)閉房屋門窗，并關(guān)閉空調(diào)、電視。測量結(jié)果見表3。

表3 12幢住戶戶內(nèi)噪聲測量數(shù)據(jù)表dB

1.4 低頻噪聲分析

由表1可見，500 Hz以下的各中心頻率聲壓級均高于50 dB，配電所噪聲呈現(xiàn)中低頻特性，中心頻率250 Hz頻段出現(xiàn)峰值，噪聲的高頻特性衰減迅速；由表2可見，變壓器振動隨著由配電所傳出反而呈現(xiàn)擴大趨勢，戶外振動監(jiān)測數(shù)據(jù)達到93.2 dB。由表3可見，住戶家中的低頻結(jié)構(gòu)噪聲源于變壓器運行過程，其實際貢獻值為5～6 dB。

根據(jù)該小區(qū)以1類聲環(huán)境功能區(qū)來衡量，晝夜噪聲標準分別為55 dB(A)和45 dB(A)，通常室內(nèi)噪聲限值應該比環(huán)境噪聲低10 dB，則變壓器運行噪聲不超出標準。住戶家中夜間噪聲A聲級約為35 dB，但根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標準》GB3096—2008，建筑物內(nèi)的結(jié)構(gòu)噪聲限值為30 dB(A)，顯然配電變壓器運行在住戶家中產(chǎn)生的低頻結(jié)構(gòu)噪聲超出了標準要求。

2 住宅內(nèi)低頻結(jié)構(gòu)噪聲污染分析

2.1 變壓器噪聲產(chǎn)生原因

變壓器噪聲由鐵心的磁致伸縮變形和繞組的電磁力所引起，構(gòu)成鐵心的硅鋼片在交變磁場的作用下，發(fā)生微小的磁致伸縮，使得鐵心隨勵磁頻率的變化做周期性的振動；繞組中通過電流而形成的電磁力也會引起繞組的振動。因此變壓器在正常運行過程中的振動便會產(chǎn)生噪聲。

2.2 低頻噪聲的聲學特性

低頻噪聲（頻率在500 Hz以下的噪聲）和高頻噪聲不同，高頻噪聲隨傳播距離越遠或遇到障礙物，能迅速衰減，而低頻噪聲卻遞減的很慢，聲波較長能輕易穿過障礙物。黃龍配電所內(nèi)的變壓器噪聲呈現(xiàn)低頻特性。

2.3 低頻噪聲傳播途徑分析

根據(jù)噪聲源產(chǎn)生的聲波通過介質(zhì)傳播的特點，來源于變壓器的住宅內(nèi)低頻結(jié)構(gòu)噪聲傳播途徑可能為：(1)變壓器振動噪聲經(jīng)過空氣傳播到配電所墻面和頂面，被墻體吸收后，沿住宅墻體結(jié)構(gòu)傳播至該幢樓一至三層住戶家中墻面，墻面振動再激發(fā)空氣振動后傳入人耳中。(2)變壓器振動經(jīng)變壓器底座傳至大樓基礎(chǔ)，以及通過安置在變壓器箱、開關(guān)柜上方的電纜橋架經(jīng)連接槽鋼傳到頂面，再沿配電所墻面結(jié)構(gòu)傳播到一至三層住戶家中墻面，墻面振動再激發(fā)空氣振動后傳入人耳中。(3)配電所低頻噪聲通過通風管道傳播，再經(jīng)過樓層通風管道設(shè)備傳播至住戶家中。

2.4 噪聲源能量估計分析

針對3種途徑傳播至住戶家中的噪聲經(jīng)疊加后形成的低頻噪聲污染，為識別上述3類噪聲源相對強度，以便于采取有效的治理措施，從能量角度分析各類噪聲的大小[1]。

（1）變壓器振動噪聲經(jīng)過空氣傳播到配電所墻面和頂面，被墻體吸收后，沿住宅墻體結(jié)構(gòu)傳播至該樓住戶家中墻面的結(jié)構(gòu)聲強：假設(shè)空氣質(zhì)點振動速度與變壓器振動速度相同，經(jīng)振動速度測量，變壓器振動速度的有效值ue=1.05 cm/s，空氣聲阻抗取ρc=43.5 kg/（m2·s），空氣聲強I=0.048 W/m2。2臺變壓器箱體輻射面積約34 m2，結(jié)構(gòu)聲最大功率為1.6 W。

（2）變壓器振動經(jīng)變壓器底座傳到大樓基礎(chǔ)和通過電纜橋架傳到屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)噪聲的聲強：把結(jié)構(gòu)聲波當做平面聲波，聲強I=ρcue2，振動速度有效值ue=0.5 cm/s，地面的聲阻抗ρc=3.65×106kg/（m2·s）,結(jié)構(gòu)聲強I=91 W/m2。2臺變壓器與地面接觸的剛性基礎(chǔ)的面積約2.5 m2,電纜橋架與頂面接觸的剛性面積約為1.5 m2，結(jié)構(gòu)聲聲功率ω=IS=364 W。

（3）地下室的通風管道距離長，噪聲經(jīng)過長距離傳播到達樓層管道時衰減殆盡，影響忽略不計。

通過前2種估算可知，2種聲能之比為1.6:364，因此治理配電所變壓器產(chǎn)生的低頻噪聲，應主要降低振動引起的固體結(jié)構(gòu)噪聲，并適當考慮輻射至墻體產(chǎn)生空氣結(jié)構(gòu)噪聲。

3 配電所變壓器低頻結(jié)構(gòu)噪聲治理方案探究

3.1 低頻結(jié)構(gòu)噪聲控制措施

（1）采取變壓器減振措施，減少通過地面基礎(chǔ)和電纜橋架傳播的固體結(jié)構(gòu)噪聲。

（2）配電所內(nèi)墻面和頂面鋪設(shè)吸聲材料，減少輻射至墻體產(chǎn)生空氣結(jié)構(gòu)噪聲。

3.2 變壓器減振措施的制定

3.2.1 變壓器底座減振方案的選擇

方案1：變壓器以及低壓配電柜體東、南側(cè)土建開挖地溝（寬0.5 m×深1 m×長22 m），接通變壓器及柜體北側(cè)和西側(cè)的電纜溝，地溝內(nèi)填入細沙作為減振緩沖，地溝表面覆蓋水泥蓋板，緩解變壓器振動向墻體的傳播。

方案2：在變壓器底座安裝減振器，變壓器與配電柜連接銅排改為軟連接，隔絕變壓器運行時的固體振動。變壓器底座直接安置于大樓基礎(chǔ)上，開挖地溝無法徹底切斷大樓基礎(chǔ)與墻體的連接，所以無法充分隔絕變壓器振動對大樓墻體的影響；通過變壓器底座安裝減振器、變壓器與配電柜連接銅排的軟連接方式，減振器和軟連接可以徹底隔絕變壓器底座與大樓基礎(chǔ)之間的振動，從而切斷變壓器振動傳遞至墻體的傳播途徑。通過分析2種方案減振效果的優(yōu)劣，認為方案2會取得更明顯的降噪效果。

3.2.2 減震器的選擇

目前常用選用的減振器有彈簧減振器、橡膠減振器、不銹鋼鋼絲繩減振器等，但由于它們控制的振動頻率范圍不同，減振的效果不一樣，因此選取合適的減振器也至關(guān)重要。

彈簧減振器：固有控制頻率為1～5 Hz，控制的頻帶相對較窄，適宜用于低頻率振動的設(shè)備隔振，頻率較高時容易產(chǎn)生穿流現(xiàn)象。

橡膠減振器：固有控制頻率為5.4～13 Hz，控制的頻帶相對較窄，適宜用于較高頻率振動的設(shè)備隔振。

不銹鋼鋼絲繩減振器：用現(xiàn)代隔振防沖理論為指導，研制的新型隔振防沖元件，其變剛度特性：在外載荷作用下，減振器彈簧的徑向曲率半徑隨之發(fā)生變化，使得應力與應變呈非線性特性，具有很好的隔振效果；變阻尼特性：外界激勵頻率變化時，減振器的阻尼也隨之發(fā)生變化，在共振點，阻尼很大（大于0.17），有效地抑制共振峰，越過共振點后，阻尼迅速減小，具有優(yōu)良的隔振效果；全金屬材料制成，能抗疲勞，耐輻射、耐高溫，使用年限長。

針對變壓器需不間斷運行、環(huán)境溫度較高、需控制頻帶較寬的特點，選取性能優(yōu)良的不銹鋼鋼絲繩減振器作為主要隔振元件。

3.2.3 變壓器底座減振方案的制定

由于變壓器底座的變壓器本體和箱體是分開的，所以設(shè)計減振裝置也要分開進行，首先在變壓器本體下方加設(shè)一個槽鋼做成的支架，在槽鋼與水泥座之間設(shè)置10只不銹鋼鋼絲繩減振器；再針對變壓器箱體加設(shè)一個外箱槽鋼支架，槽鋼下方加設(shè)橡膠減振器。安裝時將變壓器本體和外箱放置在減振支架上。變壓器與配電開關(guān)柜剛性連接銅排更換為軟連接方式，利用軟接頭以減緩變壓器振動通過向開關(guān)柜體向墻體的傳遞。

減振支架的平面布圖如圖2所示。變壓器底座鋼絲繩彈簧減振器安裝立面圖如圖3所示。

3.2.4 電纜橋架減振方案的制定

電纜橋架放置于變壓器低壓配電柜上方，通過槽鋼支架與頂面墻體連接，與柜體仍有接觸。但因電纜自重較重，橋架的重力主要作用于低壓配電柜體上，導致變壓器振動隨柜體、橋架、連接槽鋼至頂面的而產(chǎn)生固體結(jié)構(gòu)噪聲。采用將電纜橋架用型鋼支撐起來，讓電纜吊架重力作用在支撐槽鋼支架上，在支撐槽鋼與地面之間加設(shè)橡膠減振墊，杜絕了電纜橋架與墻面的剛性連接，徹底隔絕變壓器振動產(chǎn)生固體結(jié)構(gòu)噪聲的傳播途徑。電纜橋架減振實施方案見圖4。

3.3 墻面吸聲措施的制定

根據(jù)配電所噪聲的頻譜分析，應選擇對中低頻有較好吸聲性能（特別對250 Hz中心頻率所在頻段上有較好吸聲系數(shù)）的吸聲材料，通過吸聲減少變壓器振動產(chǎn)生的空氣聲傳播進入墻體轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)噪聲。為此選擇一種“阻尼膠板”，即PVC橡膠混合板，該材料廣泛應用于汽車、火車等發(fā)動機及家用電器的降噪，有良好的減震、降噪功能，對中低頻段有著較好的吸聲系數(shù)。配電所內(nèi)的側(cè)面墻體和頂面鋪設(shè)一層阻尼膠板，膠板表面涂抹聚氨防水膠并用鉚釘固定于墻面。

4 配電所降噪的效果檢查

在先采取墻面吸聲處理，再實施變壓器減振措施后，分別對黃龍配電所和12幢住戶家中進行了實際降噪效果測試，結(jié)果見表4。

表4 治理前后降噪效果對比表dB

從表4可見，采取墻面吸聲處理后，配電所上方住戶家中的降噪量為0.9 dB和1.1 dB，變壓器減振處理后，住戶家中的降噪量為4.2 dB和4.1 dB，住戶家中滿足建筑物內(nèi)的結(jié)構(gòu)噪聲限值的標準要求，減振措施降低變壓器低頻噪聲的效果要明細優(yōu)于墻面吸聲措施，這與噪聲源能量估計的結(jié)果基本相符。并且12幢的住戶一致反映變壓器采取吸聲和減振處理后，原本的變壓器低頻結(jié)構(gòu)噪聲已基本消除。由此可見采用2種治理措施相結(jié)合的方式徹底解決了變壓器低頻噪聲的影響。

5 結(jié)束語

戶內(nèi)配電所低頻噪聲主要通過變壓器振動傳播產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲，采用變壓器減振和墻面吸聲的方法能有效降低住戶家中的低頻結(jié)構(gòu)噪聲，從而降低低頻噪聲對住宅內(nèi)的影響。近年來隨著城市戶內(nèi)配電所數(shù)量的增加，更應該防患于未然，在配電所設(shè)計、建設(shè)過程中充分考慮選用低噪聲變壓器，并預先采取設(shè)備減振和降噪技術(shù)措施，確保此類配電所運行后不再出現(xiàn)噪聲擾民現(xiàn)象，提高群眾對供電公司的滿意度。

[1] 翟國慶，張邦俊.室內(nèi)窄頻帶低頻噪聲煩惱度與治理對策研究[J].浙江大學學報（理學版），2002，29（1）：90-91.