輸變電噪聲控制實踐

邵斌 蘇宏兵

輸變電噪聲控制實踐

邵斌 蘇宏兵

實現(xiàn)噪聲治理工程與人居環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一是噪聲控制領(lǐng)域的關(guān)注焦點之一。本文簡要介紹近年來輸變電設(shè)施環(huán)境噪聲治理的工程實踐和專題研究，提示了一些環(huán)境噪聲污染評價和防治的實用技術(shù)和注意事項。

輸變電噪聲；換流站；變電站；噪聲控制

中國經(jīng)濟快速發(fā)展直接推動了輸變電工程建設(shè)的擴容，但同時也伴生了大量環(huán)境噪聲污染現(xiàn)象。如何妥善完成其噪聲控制的前期統(tǒng)籌設(shè)計或后期治理改造，并盡可能實現(xiàn)噪聲治理工程與人居環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和景觀美化，是近年來噪聲振動控制專業(yè)的熱門話題和廣大公眾的關(guān)注焦點，同時也是考驗設(shè)計、評價、施工單位技術(shù)實力的試金石。

大型換流站的噪聲控制

大型換流站噪聲源主要包括平波電抗器和換流變壓器、交流濾波器場和閥冷設(shè)備等。其中換流變壓器與平波電抗器的構(gòu)造和噪聲產(chǎn)生機理較為相似，都是由線圈鐵心磁致伸縮振動產(chǎn)生較強的電磁噪聲，以及線圈電磁力引發(fā)的殼體結(jié)構(gòu)噪聲；同時由于大量變頻冷卻風扇的貢獻，頻譜成分十分豐富；加之高頻諧波電流的疊加作用，使高頻成分也很豐富，總體呈典型的寬頻特性。

部分高壓電容器塔架的延長線方向會形成強指向性的線陣列噪聲源分布特征，在計算機仿真分析時應(yīng)準確體現(xiàn)其強指向性以及整體形成的聲聚焦特性，否則無法獲得符合現(xiàn)場聲傳播特征的準確分析成果。

大型換流站普遍具有噪聲高、頻帶寬、強度與頻譜隨負荷變化顯著等特點，故環(huán)境噪聲影響面廣、分布強度差異大，受氣象條件等因素影響的隨機變化大，甚至順風、逆風、濕度等氣象條件變化都會帶來顯著反差；又由于受到安全絕緣距離、通風散熱效果、施工作業(yè)周期、高昂工程費用以及日常維護檢修等多種因素制約，其環(huán)境噪聲治理難度頗高。目前，國內(nèi)外近期開展的噪聲控制實踐主要集中在以下領(lǐng)域：

采用聲源識別和計算機仿真分析等先進技術(shù)，研究主要設(shè)備的噪聲產(chǎn)生機理、輻射特性、傳播規(guī)律以及復(fù)雜聲場的疊加和指向性影響，初步建立大型換流站主要設(shè)備噪聲源強的聲功率頻譜數(shù)據(jù)庫。

對于平波電抗器、換流變壓器、交流濾波器場和閥冷設(shè)備等聲源設(shè)備，因地制宜開展多項噪聲治理專題研究和工程實踐。包括早期改造工程中對平抗、換流變等采用全封閉、半封閉、聲屏障結(jié)合通風消聲并附加局部吸聲處理的隔聲消聲綜合治理模式，以及后期新建工程采用的將換流變單體進行模塊化隔聲消聲的新型移動單元等模式，可方便單組換流變的更換。部分科研院所和電抗器廠家聯(lián)合開展低噪聲電抗器或?qū)Ｓ酶袈曊之a(chǎn)品的研發(fā)。

對換流站總體布局進行優(yōu)化研究與工程實踐，例如將閥廳與換流變等配套設(shè)備布置由一字型排列改為面對面排列等，利用噪聲的指向性與隔聲降噪措施有機結(jié)合獲得事半功倍的降噪效果；在特高壓換流站設(shè)計中將電容器塔架改為低空布局，為隔聲降噪創(chuàng)造有利條件。

城區(qū)變電站的噪聲振動控制

隨著城市化進程和生活水平的不斷提高，城市用電負荷密度逐年增加，變電站大量進入市區(qū)中心，甚至被迫建在居民小區(qū)內(nèi)，與民居、學校等環(huán)境敏感點的距離更難以控制,其噪聲及電磁輻射對周邊環(huán)境的影響日益彰顯。

電力變壓器的首要聲源是硅鋼片磁致伸縮引起的鐵心振動、漏磁引起的結(jié)構(gòu)振動以及繞組和油箱壁的振動。不同容量的電力變壓器噪聲頻譜有所不同。電力變壓器的其他聲源包括冷卻風機噪聲、油泵及電抗器產(chǎn)生的振動和噪聲輻射等，其頻率特性則是以中低頻為主的寬頻連續(xù)譜。

＞＞中國經(jīng)濟快速發(fā)展直接推動了輸變電工程的擴容，但同時也伴生了大量環(huán)境噪聲污染現(xiàn)象。

針對城區(qū)變電站噪聲控制，應(yīng)從規(guī)劃選址與方案比選、主要設(shè)備選型與布局調(diào)整、具體噪聲控制措施等多個方面統(tǒng)籌進行。新建變電站選址應(yīng)盡量遠離居民住宅、醫(yī)院、學校、機關(guān)、科研單位等噪聲和電磁敏感目標；站址確定后，應(yīng)根據(jù)變電站所處的地理位置、環(huán)保要求、負荷情況以及進出線條件，選擇合適的設(shè)計方案。初步方案和主要設(shè)備可參照國網(wǎng)的變電站典型設(shè)計來選擇。

設(shè)計方案選擇

對建于0、1類聲環(huán)境功能區(qū)內(nèi)的變電站，應(yīng)采用全戶內(nèi)布置方式，主變散熱器宜與本體分開布置，位于廣場、公園、綠化帶等需要考慮景觀協(xié)調(diào)時，可采用半地下或全地下布置方式；遇特殊情況時也可采用與高層建筑合建方式，但要嚴格控制各設(shè)備的噪聲源強。

對建于2類聲環(huán)境功能區(qū)內(nèi)的變電站，優(yōu)先選用全戶內(nèi)布置方式，必要時也可采用半戶內(nèi)布置方式，同時合理利用站內(nèi)建筑阻擋主變噪聲；周圍敏感建筑物較多或有高層民居時，應(yīng)因地制宜采用全戶內(nèi)、半地下、全地下等布置方式或與高層建筑合建。

設(shè)計方案優(yōu)化

初步設(shè)計方案和主要設(shè)備參數(shù)確定后，應(yīng)進行噪聲預(yù)測分析，評價該方案廠界噪聲的達標情況。對預(yù)測超標的，在進出線方式可行的前提下，優(yōu)先對設(shè)備布置、建筑結(jié)構(gòu)和總體布局進行優(yōu)化調(diào)整。對戶外布置變電站，宜將主噪聲源布置在站區(qū)中部，并充分利用站內(nèi)建筑物對噪聲的阻擋作用。對全戶內(nèi)型變電站，盡量將主噪聲源布置在遠離噪聲敏感目標或噪聲限值較寬松的一側(cè)，如靠近街道或墻壁的一側(cè)或變電站樓頂?shù)龋桓咴肼暀C房的門窗及進出風口也應(yīng)盡量遠離敏感建筑物。盡可能采用自然通風方式，或盡量采用分散的局部通風方式和大直徑、低轉(zhuǎn)速的低噪聲風機，以降低單機功率和噪聲水平。控制方式優(yōu)先采用自動溫控啟停的方式。對變電站設(shè)備和建筑布局進行優(yōu)化調(diào)整后應(yīng)重新進行噪聲預(yù)測分析，如仍不能達標，可考慮選用更低噪聲水平的設(shè)備。在設(shè)備選型和訂貨過程中也應(yīng)嚴格控制和考核設(shè)備噪聲指標，在技術(shù)和經(jīng)濟許可的條件下盡可能選用低噪聲設(shè)備。

降噪措施選擇

對于通過上述設(shè)計優(yōu)化和優(yōu)選低噪聲設(shè)備仍無法達標，或進一步降低設(shè)備噪聲需要過高成本時，則應(yīng)在噪聲傳播途徑上采取綜合降噪措施，包括通風消聲、建筑隔聲、室內(nèi)吸聲和設(shè)備隔振等措施。其中無論隔聲、吸聲和消聲，都應(yīng)著重關(guān)注其低中頻段的頻率特性。近年來已有一些技術(shù)成果推廣應(yīng)用。對于變電站內(nèi)主要振源如變壓器、電抗器和風機等應(yīng)采取隔振措施，尤其是當采用與高層建筑合建方式時，務(wù)必進行妥善隔振以防止二次結(jié)構(gòu)噪聲串擾。

輸變電的噪聲控制措施

通風散熱改善

近年來大型輸變電工程普遍對應(yīng)大負荷、高熱量，而新型變壓器、換流變等主力設(shè)備均帶有自動溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，溫升超限會觸發(fā)報警甚至自保停機。而隔聲、通風消聲系統(tǒng)又必然帶來對通風散熱的負面影響，故輸變電噪聲控制工程的難點往往在于寬頻帶、高量值的降噪要求與通風散熱性能之間的矛盾。如何在確保隔聲消聲效果的同時，盡可能減少其對于熱工性能的影響，確保電力設(shè)備安全可靠運行。

首先，應(yīng)充分考慮隔聲、消聲總體布局的優(yōu)化，盡可能理順系統(tǒng)進風與排風的氣動布局，尤其是應(yīng)盡可能避免受大氣環(huán)流與建筑物布局影響而導致排風口與進風口之間形成熱氣流短路循環(huán)。近年來，很多設(shè)計單位采用計算機輔助分析軟件進行全方位流場分析，取得了較好效果。

其次，應(yīng)針對設(shè)備噪聲的頻譜特征，合理優(yōu)化消聲器選型、布局和流道設(shè)計，統(tǒng)籌兼顧消聲效果與阻力損失暨熱工性能、結(jié)構(gòu)工藝、日常維修、改造費用等相關(guān)因素，在消聲降噪的必要性、熱工性能影響以及工程費用等方面作認真的綜合比較和權(quán)衡。為減少系統(tǒng)風阻，就需要盡可能降低消聲器中的氣流速度，進風消聲器要具有足夠大的進風通流截面積。還應(yīng)參照相應(yīng)設(shè)計規(guī)范，避免隔聲結(jié)構(gòu)和建筑物對風道、風口的遮擋。

最后，隔聲消聲結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置和體形，不僅要滿足上述聲學和熱工性能需求，還要考慮結(jié)構(gòu)防腐、抗風荷載的強度與穩(wěn)定性。

吸聲體研發(fā)應(yīng)用

輸變電噪聲控制工程往往需要進行大量壁面吸聲處理以減少混響反射，這類吸聲體具有寬頻帶的廣譜吸聲系數(shù)和良好的耐候性。近年來，很多單位自主研發(fā)了多種超微孔板、微縫板、鋁纖維、泡沫鋁及其復(fù)合結(jié)構(gòu)寬頻帶耐候型吸聲體，新型微孔板與薄板共振復(fù)合吸聲體也在研制中；部分單位針對設(shè)備噪聲的寬頻和頻率漂移特性設(shè)計了多種傾斜式或變密度的漸變吸聲體，也在實際工程中取得了較好的應(yīng)用效果。

隔聲材質(zhì)選擇

對于隔聲材質(zhì)的選擇，不僅要考慮其自身的強度、剛度和“質(zhì)量定律”，以具備足夠的低頻隔聲能力；而且要特別注意交變漏磁場對鐵磁材料的磁感應(yīng)影響，對接近磁場的隔聲裝置，應(yīng)采用非鐵磁類材料制作。必須采用鐵磁類材料時，要采取配套的阻尼、減振處理。

隔振裝置利用

輸變電系統(tǒng)噪聲控制還要注意區(qū)分空氣聲和固體聲的不同產(chǎn)生機理、傳播規(guī)律和影響范圍，注意防止強振源對隔聲裝置的振動激勵引發(fā)二次結(jié)構(gòu)噪聲輻射，對關(guān)鍵位置的振源設(shè)備應(yīng)進行隔聲和阻尼減振綜合處理。對于大型變壓器進行隔振處理時，應(yīng)注意隔振器的合理選型和布局，確保隔振器具有穩(wěn)定的承載能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；同時還要考慮對變壓器的聯(lián)接電纜同步進行隔振處理。

環(huán)境噪聲檢測

輸變電噪聲控制項目的環(huán)境噪聲現(xiàn)場檢測，要特別注意排除風雨等氣象條件影響和蛙鳴狗吠及交通噪聲的干擾，必要時可用積分聲級計抓取瞬時“真值”。

邵斌，北京市勞動保護科學研究所、國家環(huán)境保護城市噪聲與振動控制工程技術(shù)中心教授級高工；蘇宏兵，北京市勞動保護科學研究所高級工程師。