變電站噪聲污染評(píng)價(jià)與控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望

樊小鵬，李麗

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東廣州510080)

變電站噪聲污染評(píng)價(jià)與控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望

樊小鵬，李麗

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東廣州510080)

變電站噪聲污染控制是電網(wǎng)工作的重點(diǎn)之一，為有效控制變電站噪聲污染問題，介紹了變電站噪聲污染的來源、特性、主要方法以及常用的變電站噪聲污染控制技術(shù)現(xiàn)狀及其存在的問題。在此基礎(chǔ)上對變電站噪聲污染評(píng)價(jià)方法與治理技術(shù)進(jìn)行了展望，論述了噪聲的主觀煩惱度評(píng)價(jià)方法及在汽車和環(huán)境噪聲領(lǐng)域的應(yīng)用，并提出了適用于城市變電站的噪聲污染控制方法，即有源消聲、聲調(diào)控以及視覺調(diào)整等消聲技術(shù)。

變電站;噪聲控制;煩惱度;有源消聲

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的快速發(fā)展及人民生活水平的提高，城區(qū)用電負(fù)荷增長迅猛。但同時(shí)由于城市用地資源的緊缺，越來越多的變電站布點(diǎn)深入到城市中心，造成部分變電站與居民區(qū)的距離較近［1－2］;另一方面隨著我國環(huán)境法律、法規(guī)的完善及公眾環(huán)境意識(shí)的不斷提高，治理污染、保護(hù)環(huán)境的意識(shí)和要求也越來越高。由于距離居民區(qū)更近，城市變電站的環(huán)境污染問題，特別是噪聲污染問題，成為了公眾關(guān)心的熱點(diǎn)問題。因此如何在加快電網(wǎng)建設(shè)、保證優(yōu)質(zhì)可靠電力供應(yīng)的同時(shí)，做好環(huán)境保護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益和社會(huì)效益的有機(jī)結(jié)合，已成為了電網(wǎng)企業(yè)的重點(diǎn)工作之一。本文主要介紹了當(dāng)前國內(nèi)外變電站噪聲污染評(píng)價(jià)、控制技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問題，并對變電站噪聲污染評(píng)價(jià)與控制技術(shù)進(jìn)行了展望。

1 變電站噪聲污染特性

變電站噪聲一般分為電磁類噪聲和機(jī)械類噪聲兩大類。電磁類噪聲主要自于電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲，包括變壓器、電抗器等內(nèi)部的鐵心硅鋼片、繞組等部件在交變磁場的作用下，產(chǎn)生的噪聲;而機(jī)械類噪聲主要來來自于變電站內(nèi)冷卻風(fēng)機(jī)、油泵等運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的噪聲［3－5］。

變電站噪聲以低頻噪聲為主，具有明顯的音調(diào)特性。另外，變電站一般距離居民區(qū)較近，而低頻噪聲的波長較長，當(dāng)其與房間尺寸接近時(shí)，容易引起墻體、天花板的共振現(xiàn)象，從而加劇人們對變電站噪聲的煩惱程度。

2 噪聲污染評(píng)價(jià)及控制技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 噪聲評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

2.1.1 A計(jì)權(quán)聲級(jí)法

對于噪聲評(píng)價(jià)，目前國內(nèi)外最常用的方法是采用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)聲級(jí)法(LA評(píng)價(jià)法)，其評(píng)價(jià)方法主要是對20～20000Hz頻率聲音進(jìn)行A網(wǎng)絡(luò)計(jì)權(quán)后求得的總聲壓級(jí)來進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算方法如下:

式中:LA為A聲級(jí)，dB(A);Lpi為第i個(gè)倍頻程聲壓級(jí)，dB;ΔLAi為第i個(gè)頻率A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)衰減值，dB。

由于LA噪聲量與人耳對寬頻帶聲音的靈敏度相當(dāng)，這使得LA測量結(jié)果與人耳對噪聲響度的主觀感受近似一致。因此LA噪聲評(píng)價(jià)法在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，是目前國內(nèi)外針對各種噪聲污染源的最主要的評(píng)價(jià)方法。

目前，我國在變電站噪聲污染評(píng)價(jià)方面參考的《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境》(HJ 2.4－2009)，其采用的評(píng)價(jià)量(包括晝間等效聲級(jí)，夜間等效聲級(jí)以及最大A聲級(jí))等均是是以LA為主［6］。然而，LA評(píng)價(jià)法主要基于的是人耳的聽覺特性，其評(píng)價(jià)量對500Hz以下的聲音有一定程度的衰減;再者，LA評(píng)價(jià)法無法直觀反應(yīng)某一噪聲的頻譜特性，致使LA在評(píng)價(jià)以500Hz以下聲音占主導(dǎo)地位(如變電站噪聲)的噪聲時(shí)，其噪聲評(píng)價(jià)量與人耳的主觀感受不一致［7］?；诖?，各國開始研究其他更適合的噪聲評(píng)價(jià)方法。

2.1.2 噪聲評(píng)價(jià)曲線

20世紀(jì)，美國科學(xué)家Beranek提出了用于評(píng)價(jià)噪聲人體主觀感受的NC(Noise Criteria)評(píng)價(jià)曲線。其評(píng)價(jià)方法如下:首先測定待評(píng)價(jià)噪聲的倍頻帶聲壓級(jí)，然后將噪聲各個(gè)頻帶的聲壓級(jí)與評(píng)價(jià)曲線中的縱坐標(biāo)值進(jìn)行比較，得出各頻帶所對應(yīng)的NC號(hào)數(shù)，其中最大的NC號(hào)即為此噪聲的評(píng)價(jià)值。

2008年，在NC噪聲評(píng)價(jià)曲線的基礎(chǔ)上，美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)提出了eNC(extended Noise Criteria)噪聲評(píng)價(jià)曲線，主要用于評(píng)價(jià)低頻噪聲［8］。除NC噪聲評(píng)價(jià)曲線外，還有RC(Room Criteria)噪聲評(píng)價(jià)曲線，該曲線是Blazier通過研究200余種噪聲數(shù)據(jù)總結(jié)得出的，通過不斷完善，RC曲線被美國采暖、通風(fēng)與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)推薦為聲環(huán)境設(shè)計(jì)的依據(jù)，其使用方法與NC曲線一致［9］。

在噪聲評(píng)價(jià)曲線方法上，歐洲主要使用NR (Noise Rating)法，其使用方法與NC曲線相類似，且該方法被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)采用，使其在美國以外的地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用［10］。我國目前所采用的《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 22337－2008)主要用以評(píng)價(jià)室內(nèi)噪聲污染，尤其是配電房、變電站的結(jié)構(gòu)噪聲對室內(nèi)居民的影響，其采用的評(píng)價(jià)量除LA聲級(jí)外，同時(shí)借鑒NR噪聲評(píng)價(jià)曲線對室內(nèi)5個(gè)倍頻帶聲壓級(jí)提出了限值要求［11］。

研究發(fā)現(xiàn)，在評(píng)價(jià)以低頻噪聲為主的聲音時(shí)，NR或者NC噪聲評(píng)價(jià)曲線雖然比LA較為科學(xué)，但仍然低估了低頻噪聲對人主觀感受的影響，表現(xiàn)為噪聲的客觀評(píng)價(jià)與人的主觀感受不一致。因而，在低頻噪聲的評(píng)價(jià)方面，各國研究者仍然在進(jìn)行著大量的研究工作，但目前也只是提出了一些初步建議，能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的指標(biāo)和方法都很少。

2.2 變電站噪聲污染控制技術(shù)現(xiàn)狀

自噪聲危害被人們所關(guān)注開始，各國科學(xué)家開始研究各種降噪方法來降低噪聲對人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活的影響，并取得了一定的成果。在變電站噪聲污染治理方面，根據(jù)噪聲污染控制技術(shù)實(shí)施方法的不同，降噪措施主要有本體及冷卻系統(tǒng)噪聲治理、吸聲技術(shù)、隔聲技術(shù)、消聲技術(shù)及隔振技術(shù)等，目前，大部分技術(shù)均已商業(yè)化［12－16］。

2.2.1 本體及冷卻系統(tǒng)噪聲治理

減低本體噪聲的主要方法有:在變壓器制造階段盡量選用高導(dǎo)磁的硅鋼片，使用步進(jìn)搭接工藝以減低鐵心的磁滯伸縮，在鐵心表面涂加環(huán)氧漆，添加橡膠墊等方式來降低鐵心產(chǎn)生的電磁噪聲。降低變壓器冷卻系統(tǒng)噪聲的方法主要有:盡量選擇自冷式散熱變壓器，采用強(qiáng)迫油循環(huán)式風(fēng)冷變壓器，或者選用無噪音風(fēng)扇等方式降低冷卻系統(tǒng)噪聲。

2.2.2 吸聲技術(shù)

吸聲降噪技術(shù)主要適用于室內(nèi)變電站或城市配電房噪聲的治理，主要方法是通過在變壓器室內(nèi)各個(gè)墻面加裝具有高吸聲系數(shù)的吸聲材料，如離心玻璃棉或巖棉等，增加室內(nèi)墻面的整體吸聲量，從而達(dá)到降低室內(nèi)噪聲的目的，吸聲降噪技術(shù)一般可以獲得大約3～5dB(A)的降噪量。

2.2.3 隔聲技術(shù)

隔聲降噪技術(shù)主要適用于露天變電站噪聲的處理，主要方法是根據(jù)變電站噪聲的頻譜特性、污染程度以及敏感點(diǎn)位置等因素，綜合考慮后在噪聲傳播路徑上設(shè)置隔聲屏、或?qū)⒆儔浩鞅倔w封閉于隔聲間或隔聲罩內(nèi)的方法來達(dá)到降噪的目的。隔聲降噪技術(shù)是目前變電站最為有效的降噪措施。

2.2.4 隔振技術(shù)

隔振降噪技術(shù)主要適用于室內(nèi)變壓器或城市配電房產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲的治理。治理方法主要是通過對變壓器進(jìn)行隔振處理，在變壓器與地基之間加裝隔振器，減弱其通過地基傳遞給周圍環(huán)境的結(jié)構(gòu)噪聲，目前常用的隔振器主要有彈簧、橡膠等。

然而，目前變電站所采用的降噪技術(shù)基本上是以降低電氣設(shè)備或廠界環(huán)境的LA為主要目的，隨著技術(shù)的發(fā)展，許多電氣設(shè)備及廠界噪聲的LA已得到有效控制，但是傳統(tǒng)方法卻并不能改變噪聲的頻譜特性，尤其是其低頻特性，致使電網(wǎng)企業(yè)在花費(fèi)大量人力、物力進(jìn)行噪聲治理后，仍不能滿足群眾要求，且目前變電站采用的吸聲、隔聲等降噪措施均存在降噪設(shè)施安裝時(shí)間長，占地大，電氣設(shè)備不易散熱，不利于檢查和檢修的缺點(diǎn)。因此，在變電站的噪聲污染控制方面，需進(jìn)一步開發(fā)更方便、高效的噪聲污染控制措施。

3 變電站噪聲污染評(píng)價(jià)及控制技術(shù)展望

3.1 噪聲污染評(píng)價(jià)

噪聲對人耳的影響，除與其LA大小有關(guān)外，還與其頻率特性有較大關(guān)系。近年來，噪聲的危害尤其是低頻噪聲的危害逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，噪聲不但會(huì)干擾人們的睡眠、工作，而且會(huì)對人們的情緒、行為等心理學(xué)層面產(chǎn)生較大的影響。正是在這種情況下，一種從人的主觀感知的角度出發(fā)，采用心理聲學(xué)方法研究噪聲特性的概念——主觀煩惱度在國內(nèi)外開始被提出。

早在20世紀(jì)，Broner就對噪聲的心理效應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)主觀煩惱度(Annoyance)比LA與NR噪聲評(píng)價(jià)曲線等更適合描述噪聲對人體的影響［17］。與LA和噪聲評(píng)價(jià)曲線不同，主觀煩惱度在噪聲評(píng)價(jià)時(shí)不但與聲音的客觀參量有關(guān)，而且與受聲者所處的社會(huì)環(huán)境、個(gè)人喜好、心理因素和身體狀況等多方面因素有關(guān)。經(jīng)過不斷研究和發(fā)展，噪聲人體主觀煩惱度的評(píng)價(jià)量與人體對噪聲的主觀感受取得了近似一致的評(píng)價(jià)結(jié)果，其研究成果在與人日常生活聯(lián)系較為緊密的空調(diào)、風(fēng)扇、汽車等產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中得到了較大規(guī)模的應(yīng)用，并取得了良好的實(shí)際效果［18］。

在環(huán)境噪聲評(píng)價(jià)方面，浙江大學(xué)翟國慶、張邦俊采用噪聲人體主觀煩惱度進(jìn)行了室內(nèi)宅頻帶低頻噪聲煩惱度評(píng)價(jià)與治理對策的研究，研究發(fā)現(xiàn)低頻噪聲環(huán)境下較低LA聲級(jí)噪聲仍能引起人體較高程度的主觀煩惱［19－20］。國外研究人員Quehl和Vos針對磁懸浮列車噪聲進(jìn)行了乘客主觀煩惱度的影響研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磁懸浮列車噪聲引起的主觀煩惱度高于其他交通噪聲5dB［21］。

然而目前國內(nèi)關(guān)于噪聲人體主觀煩惱度的研究多集中于對人們?nèi)粘Ｉ钣绊戄^大的汽車、家電等領(lǐng)域，在變電站噪聲人體主觀煩惱度的研究方面，國內(nèi)外相關(guān)研究較少。

3.2 噪聲污染防治技術(shù)

與人體主觀煩惱度評(píng)價(jià)相對應(yīng)的，是通過改變聲音頻譜結(jié)構(gòu)來達(dá)到改善人體主觀煩惱度的方法，主要方法包括聲調(diào)控法、有源消聲法以及視覺調(diào)整消聲等方法。

3.2.1 聲調(diào)控法

聲調(diào)控法，主要是指通過改變噪聲的頻譜結(jié)構(gòu)等不以降低LA聲級(jí)為主要目的來達(dá)到改善噪聲對人體主觀影響的方法。翟國慶等［22］研究熱泵機(jī)組所引起的結(jié)構(gòu)噪聲時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)疊加15～20dB強(qiáng)度的250～1000Hz的粉紅噪聲時(shí)，泵對人體的主觀煩惱度有所降低。Jim［23］研究發(fā)現(xiàn)，通過改變噪聲的頻譜，可以達(dá)到改善室內(nèi)聲學(xué)煩惱度。Genell研究發(fā)現(xiàn)適合的頻譜平衡可以對主觀煩惱度起到積極作用，并且人們普遍對自然聲比較偏愛，特別是風(fēng)聲、水流聲，因此可以通過在某些噪聲中疊加風(fēng)聲、水流聲的方式達(dá)到改善噪聲對人體的主觀影響［24］。

3.2.2 有源消聲法

有源消聲法，是通過在噪聲源周圍設(shè)置多個(gè)噪聲發(fā)生器，噪聲發(fā)生器發(fā)出的聲音與噪聲源所發(fā)出的聲音相互抵消，從而使噪聲得到一定的抑制和衰減。在變電站噪聲治理方面，美國Angevine公司首先研制了變壓器噪聲的有源消聲方法，并得到了商業(yè)應(yīng)用［25］。

3.2.3 視覺調(diào)整技術(shù)

浙江大學(xué)張邦俊［26］開展了噪聲源可視性對噪聲人體主觀感受影響的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在受聲點(diǎn)噪聲大致相同的情況下，在噪聲源可見時(shí)，其主觀煩惱度要明顯高于噪聲源不可見時(shí)。Li［27］研究發(fā)現(xiàn)，綠化可以從視覺上改善噪聲的主觀煩惱度，從而達(dá)到降低噪聲的目的。

綜上所述，與傳統(tǒng)的降噪方法相比，聲調(diào)控、有源消聲和視覺調(diào)整等噪聲控制方法不僅理論上可以達(dá)到較高的消噪量，而且該工藝占地面積小，便于設(shè)計(jì)和控制，安裝操作方便，價(jià)格低廉，無需停電作業(yè)，在城市變電站中具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語

論述了變電站噪聲污染的主要來源，指出低頻噪聲和音調(diào)特性是變電站噪聲的兩大主要特性。介紹了目前國內(nèi)外在變電站噪聲污染評(píng)價(jià)與控制方面主要采用的方法及其存在的問題。重點(diǎn)介紹了新的噪聲污染評(píng)價(jià)法——主觀煩惱度評(píng)價(jià)法的原理及其在相關(guān)領(lǐng)域的使用狀況，以及聲調(diào)控、有源消聲和視覺調(diào)整等噪聲污染控制技術(shù)，并展望了其在城市變電站中的廣闊使用前景。

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Development and prospect of noise pollution assessment and control of transformer substations

Noise control research of transformer substation is one of the important contents in grid.In order to control the noise of transformer substation，it introduces the source and characteristics of noise of transformer substations，assessment and control methods of noise pollution of transformer substations.And on this basis the future of noise assessment and control is proposed.The applications of annoyance degree in car and environmental field are introduced.Finally，the noise active control is proposed，that is active noise control，sound adjustment and adjustment of vision

substation;noise control;annoyance;active noise control

TB535

B

1674－8069(2015)06－004－04

2015-05-22;

2015-08-10

樊小鵬(1986-)，男，山西洪洞人，工程師，主要從事電力環(huán)境保護(hù)方面的工作。E－mail:xp_fan@163.com