城市變電站噪聲分析與治理

茍旭丹

(成都城電電力工程設(shè)計有限公司，四川成都 610041)

0 前言

近年來，城市化進(jìn)程的推進(jìn)逐步提速，工業(yè)和居民對用電需求增長迅猛，越來越多的變電站布點深入到城市中心。但由于城市用地資源的緊缺，也加劇了變電站選址的難度，造成部分變電站與居民區(qū)的距離較近。同時隨著環(huán)境法律、法規(guī)的完善和公眾環(huán)境意識的不斷提高，治理污染、保護(hù)環(huán)境的意識和呼聲也越來越高。特別是夏季的用電高峰期間，變電站的負(fù)荷率都很高，噪聲較大;即使是地下變電站，噪聲也是不容忽視的問題。近年來由于噪聲引起的居民投訴有逐年上升的趨勢，由此引發(fā)民事糾紛、上告事件逐年增多。因此，如何解決好變電站的噪聲污染對周圍居民的危害問題已經(jīng)成為電力設(shè)計、建設(shè)部門的當(dāng)務(wù)之急，也是構(gòu)建和諧社會、城市共建共享必須正視的問題。

1 現(xiàn)行噪聲控制目標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

1.1 噪聲排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GB 12348－2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》主要內(nèi)容摘錄見表1。

1.2 聲環(huán)境質(zhì)量執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GB 3096－2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》主要內(nèi)容摘錄見表2。

表1 燥聲排放標(biāo)準(zhǔn) 單位:dB(A)

表2 聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 單位:dB(A)

2 城區(qū)變電站噪聲分析

2.1 噪聲的影響

從物理定義而言，振幅和頻率上完全無規(guī)律的震蕩稱之為噪聲，但從環(huán)境保護(hù)的角度而論，凡是人們所不需要的聲音統(tǒng)稱為噪聲。噪聲的影響主要表現(xiàn)為干擾有效獲取有用的聲音信號、信息;干擾休息和睡眠等。當(dāng)人在70 dB的環(huán)境中，談話就會感到困難。因此，世界上許多國家都對環(huán)境噪聲提出了相應(yīng)的容許范圍，中國也不例外。

2.2 城區(qū)變電站的主要噪聲源

以220 kV兩臺主變壓器的全戶內(nèi)變電站為例，來自變電站內(nèi)的噪聲源主要有以下設(shè)備(見表3)。

表3 變電站內(nèi)噪聲源主要來自設(shè)備

2.3 各區(qū)域設(shè)備噪聲分析

(1)主變壓器噪聲分析

變壓器的噪聲來源于變壓器本體和冷卻系統(tǒng)兩個方面。變壓器本體振動產(chǎn)生噪聲的根源在于:①硅鋼片的磁致伸縮引起的鐵心振動。②硅鋼片接縫處和疊片之間存在著因漏磁而產(chǎn)生的電磁吸引力而引起鐵心的振動。③當(dāng)繞組中有負(fù)載電流通過時，負(fù)載電流產(chǎn)生的漏磁引起線圈、油箱壁的振動。其中第①項所占比例最大。冷卻裝置的噪聲也是由于它們的振動而產(chǎn)生的。

圖1、圖2為典型220 kV變壓器噪聲頻譜。

(2)110 kV GIS室及220 kV GIS室噪聲分析

GIS全稱氣體絕緣組合電器設(shè)備(gas insulated switchgear)。它將斷路器、隔離開關(guān)、互感器等一次設(shè)備有機(jī)地組合成一個整體。主要噪聲有電暈放電、風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)聲等。

(3)并聯(lián)電抗器噪聲分析

圖1 變壓器噪聲頻譜特性(數(shù)據(jù)來源于濟(jì)南清河220 kV變電站)

圖2 變壓器噪聲頻譜特性(數(shù)據(jù)來源于成都金牛220 kV變電站)

電抗器噪聲產(chǎn)生機(jī)理與變壓器基本一致，傳播方式也與變壓器一致。在多個220 kV變電站降噪工程中檢測了電抗器的本體噪聲，噪聲測試結(jié)果統(tǒng)計見表4(晝間/夜間)。

表4 電抗器噪聲測試值

從總的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，電抗器噪聲主要集中在65～80 dB之間。

(4)10 kV配電裝置室噪聲分析

主要噪聲有風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)聲和電機(jī)運轉(zhuǎn)聲等。

(5)電容器噪聲分析

電容器在運行時產(chǎn)生噪音的原因:套管放電、缺油放電、脫焊放電、接地不良放電。

(6)消弧線圈噪聲分析

消弧線圈的噪聲主要取決于材料、磁通密度的大小和鐵心本體結(jié)構(gòu)的合理性。

(7)通風(fēng)設(shè)備噪聲分析

風(fēng)機(jī)輻射的噪聲主要有:進(jìn)氣口和出氣口輻射的空氣動力性噪聲;電機(jī)輻射的噪聲;機(jī)殼、管壁以及電機(jī)軸承等輻射的機(jī)械噪聲;基礎(chǔ)振動輻射的固體聲。在這幾部分噪聲中，以進(jìn)氣口、出氣口部位輻射的空氣動力性噪聲為最強(qiáng)。一般情況下空氣動力性噪聲比其他部位輻射的噪聲值高10～15 dB(A)。

圖3 風(fēng)機(jī)噪音源部位

(8)集中空調(diào)設(shè)備室外機(jī)噪聲分析

空調(diào)機(jī)的主要噪聲源為壓縮機(jī)的噪聲、風(fēng)扇噪聲和風(fēng)扇電機(jī)噪聲。噪聲頻率主要分布在160～1 000 Hz之間，屬于中、低頻噪聲，噪聲值均在70 dB(A)以上。

3 城市變電站消聲降噪措施

3.1 變電站噪聲治理的基本原理

根據(jù)前述分析，變電站噪聲的治理應(yīng)綜合應(yīng)用吸聲、隔聲、消聲、隔振與阻尼技術(shù)，以保證滿足降噪要求。

(1)隔聲:通常采用封閉式隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

(2)消聲:消聲器是一種既能使噪聲得到有效的衰減又能保證氣流正常通過的一種設(shè)備。

(3)吸聲:在噪聲源周圍設(shè)置了隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁面上做必要的吸聲處理，不但可有效加強(qiáng)隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，而且可降低室內(nèi)的混響聲達(dá)3～8 dB(A)，同時改善操作人員的操作環(huán)境，起到一定的勞動保護(hù)作用。

(4)隔振降噪:任何機(jī)械都會產(chǎn)生振動，振動將激發(fā)噪聲，因此從減少擾動、防止共振、振動隔離、動力吸振等方面著手，進(jìn)行降噪方案的設(shè)計。

(5)阻尼降噪:在薄板隔聲維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲背板上涂刷特殊配比的阻尼材料能有效增加隔聲結(jié)構(gòu)的內(nèi)阻尼，它能使隔聲構(gòu)件的動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而減少了構(gòu)件的振動，因而阻尼對提高隔聲構(gòu)件尤其是薄板隔聲結(jié)構(gòu)的隔聲量特別是低頻共振時的隔聲量有明顯的作用。

3.2 城市變電站噪聲治理的具體措施

(1)主變壓器室、主變壓器散熱器室及電抗器室室內(nèi)吸聲設(shè)計

方式1:在內(nèi)墻四周安裝模塊式吸聲體，吸聲體主要由穿孔板和吸聲材料組成，加工制作成標(biāo)準(zhǔn)塊，表面噴涂防腐處理，成品提供現(xiàn)場安裝。吸聲體內(nèi)部使用的吸聲材料采用超細(xì)玻璃棉，并以雙層玻璃絲布包裹，外加一層吸聲膜覆蓋表面。

方式2:在主變壓器室內(nèi)墻四周現(xiàn)場鋪設(shè)復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)，選擇穿孔板和多孔吸聲材料組合。板后留有一定厚度的空腔，腔內(nèi)填有吸聲材料，腔內(nèi)采用Z型龍骨。Z型龍骨用不銹鋼膨脹螺釘固定在墻體。

方式1為工廠制作，成品提供，方式2為現(xiàn)場鋪設(shè)，存在二次污染問題。

(2)主變壓器室大門設(shè)計

待主變壓器及其散熱器推入室內(nèi)就位后，在室前墻分別安裝防火降噪大門，其余部分用實心磚密封，內(nèi)外水泥砂漿抹平。為有效治理低頻噪聲，主變壓器室大門采用平開雙扇折疊門，門扇采用面密度大的降噪結(jié)構(gòu)。具體為噴涂3 mm厚阻燃阻尼層的2 mm不銹鋼板面板+吸聲材料組成，其骨架采用型鋼制作，以保證門扇強(qiáng)度和剛度。門扇內(nèi)部使用的吸聲材料采用雙層玻璃絲布包裹的超細(xì)玻璃棉，外加一層吸聲膜覆蓋表面。門扇下部留有專用進(jìn)風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)消聲百葉(自帶防火百葉)采用崁入式安裝在門扇內(nèi)。為保證降噪效果，門扇四周需做密封處理。

(3)風(fēng)機(jī)的消聲降噪設(shè)計

措施1:隔振消音，橡膠隔振墊是一種最常用的彈性減振材料，它具有較低的自振頻率，對高頻具有良好的隔振效果。風(fēng)機(jī)安裝時在風(fēng)機(jī)底座和安裝基礎(chǔ)之間加專用減振器，為避免風(fēng)機(jī)運行振動影響，在風(fēng)機(jī)進(jìn)出口處有軟連接。

措施2:使用消聲器(消音箱)

在風(fēng)機(jī)上加裝風(fēng)機(jī)消聲器以減小風(fēng)機(jī)噪音的外泄。風(fēng)機(jī)消聲器由消聲器外殼、阻性消聲片和消聲片導(dǎo)流尖等構(gòu)成，它通過阻性消聲片片厚中的離心玻璃棉板等吸聲材料達(dá)到消聲的目的。

(4)管道本體降噪方案設(shè)計

方案1:采用降噪型管道，各段之間用法蘭連接，結(jié)合面處貼阻燃密封膠帶。因管道內(nèi)存在氣體流動，為避免吸聲材料在時間久后產(chǎn)生“飛毛”現(xiàn)象，降噪型管道的吸聲材料采用8kg/m3的三聚氰胺吸聲材料，三聚氰胺在用PVF膜包裹。

方案2:通風(fēng)管采用普通管道做法，降噪措施是在管道外包裹一層柔性吸隔聲被。柔性吸隔聲被是一種專門針對管道降噪的產(chǎn)品。

方案3:通風(fēng)管采用普通管道做法，降噪措施是在管道外表面直接噴涂一層3 mm左右的高分子阻尼材料。

以上3種方案均可達(dá)到通風(fēng)管道消聲降噪的目的。

(5)管道隔振降噪設(shè)計

為減少風(fēng)機(jī)的振動和空氣流動振動引起管道振動帶來的噪音，必須在風(fēng)機(jī)與管道間、管道與管道間、以及管道與建筑物間設(shè)置隔振措施。如在設(shè)備與管道間、管道與管道間設(shè)置橡膠軟連接或不銹鋼波紋軟管連接，以衰減設(shè)備、管道振動噪聲通過管道傳播;在管道與建筑物間使用彈簧的彈性吊件(或在吊架上鋪設(shè)彈性隔振材料)以衰減管道振動噪聲通過建筑物的傳遞。

(5)通風(fēng)百葉設(shè)計

消聲百葉選用150 mm厚標(biāo)準(zhǔn)單元制作形式的消聲百葉，根據(jù)需要任意組合安裝即可。消聲百葉邊框用1.2 mm鍍鋅板制作，消聲片護(hù)面板采用不低于0.8 mm鍍鋅孔板，骨架采用1 mm鍍鋅板，阻性消聲片片厚150 mm，片間距100～130 mm。由1 mm鍍鋅穿孔板(雙面噴塑)+1.5 mm鍍鋅板骨架+48 kg/m3離心玻璃棉板+無堿憎水玻璃布，外加一層吸聲膜覆蓋表面，增強(qiáng)消聲的效果。

4 幾種吸聲材料比較

在城市變電站的噪聲治理中，吸聲材料使用的效果對降噪的影響較大，以下就目前國內(nèi)常用的幾種材料進(jìn)行簡單分析。

通常吸聲材料分金屬吸聲材料和非金屬吸聲材料兩類。金屬吸聲材料里常用的有鋁纖維吸聲板和鋁泡沫吸聲板，非金屬吸聲材料里常用的有玻璃棉、聚氨酯泡沫、三聚氰胺泡沫。

(1)鋁纖維吸聲板:鋁纖維吸聲板是在兩種不同網(wǎng)孔的鋁板網(wǎng)中間放置一層鋁纖維吸聲氈，通過滾壓機(jī)壓成1.0～2.5 mm的薄板。

(2)鋁泡沫吸聲板:鋁泡沫吸聲板是新一代功能性吸聲降噪產(chǎn)品和新型環(huán)保產(chǎn)品。它具有吸聲、不燃、屏蔽、耐候、質(zhì)輕、無污染，可回收利用等特性。

鋁泡沫吸聲板是一種多孔性吸聲材料，由于金屬板堅硬剛度大，彎折易斷裂，一般使用厚度比無機(jī)纖維材料要小得多，厚度加大，成本提高。實際使用厚度為4～10 mm。安裝時其后部一定要留有空腔。若無空腔，貼實安裝，其吸聲系數(shù)很低。

(3)玻璃棉::玻璃棉屬于玻璃纖維中的一個類別，是一種人造無機(jī)纖維。采用石英砂、石灰石、白云石等天然礦石為主要原料，配合一些純堿、硼砂等化工原料熔成玻璃。在融化狀態(tài)下，借助外力吹制式甩成絮狀細(xì)纖維，纖維和纖維之間為立體交叉，互相纏繞在一起，呈現(xiàn)出許多細(xì)小的間隙。這種間隙可看作孔隙。因此，玻璃棉可視為多孔材料，具有良好的絕熱、吸聲性能。

(4)三聚氰胺泡沫塑料:三聚氰胺泡沫塑料是一種高開孔率的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)泡沫塑料，有較優(yōu)異的吸聲性、阻燃性、隔熱性、耐濕熱穩(wěn)定性、衛(wèi)生性和二次加工能力。

(5)聚氨酯泡沫塑料:聚氨酯泡沫塑料是一種孔隙率較高的泡沫塑料，有吸聲系數(shù)較高、密度小、富有彈性，易加工施工。

(6)穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu):該類型產(chǎn)品針對特定噪聲的頻譜特性制造，因而對特定的頻譜特性的噪音吸聲效果特別好。但其局限性也在此，如特定產(chǎn)品能實現(xiàn)寬頻共振吸聲或針對變壓器頻譜特性專門生產(chǎn)，則其效果將也是一般吸聲材料無法具有的。

(7)吸聲材料吸聲性能比較

圖4 6種吸聲材料低頻吸聲性能對比圖

從對比圖4看出，就低頻性能而言，還是玻璃棉的效果最好。

(8)吸聲材料經(jīng)濟(jì)性比較

從上述價格可以看出，玻璃棉的價格相對較低。

從綜合考慮性價比角度考慮，吸聲材料(結(jié)構(gòu))選用玻璃棉最優(yōu)。但在有明確針對性實測數(shù)據(jù)的前提下，從降噪角度出發(fā)，吸聲材料(結(jié)構(gòu))選用穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)最優(yōu)。

表5 各種吸聲材料價格對比表

5 結(jié)語

城區(qū)變電站的噪聲治理應(yīng)根據(jù)噪聲特性、變電站結(jié)構(gòu)及其所處位置、噪聲水平、周圍敏感點等具體情況，運用不同的治理手段;同時應(yīng)通過計算、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，科學(xué)選材，制定綜合治理的具體方案，以達(dá)到環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求。并應(yīng)進(jìn)行試點整治，典型分析，跟蹤監(jiān)測，總結(jié)提煉，根據(jù)治理效果進(jìn)行總結(jié)推廣。