戶內(nèi)配電變壓器結(jié)構(gòu)噪聲污染分析及控制措施

樊小鵬，李 麗，劉嘉文

（廣東電網(wǎng)公司 電力科學(xué)研究院，廣州510080）

戶內(nèi)配電變壓器結(jié)構(gòu)噪聲污染分析及控制措施

樊小鵬，李 麗，劉嘉文

（廣東電網(wǎng)公司 電力科學(xué)研究院，廣州510080）

為調(diào)查戶內(nèi)配電變壓器噪聲對居民生活的影響，對某受到噪聲污染投訴的戶內(nèi)變壓器進(jìn)行噪聲污染檢測，結(jié)果顯示室內(nèi)房間的LAeq值和倍頻帶聲壓級均超出了國標(biāo)規(guī)定的限值。對測試結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)其噪聲污染源主要來自于室內(nèi)變壓器的低頻結(jié)構(gòu)噪聲。在此基礎(chǔ)上提出隔振設(shè)計(jì)的治理措施和方案，取得良好的效果，治理后該住宅戶內(nèi)的噪聲檢測數(shù)據(jù)全部滿足國標(biāo)規(guī)定的限值要求，該研究結(jié)果可為城市戶內(nèi)配電房設(shè)計(jì)和噪聲污染控制提供重要的參考依據(jù)。

聲學(xué)；分析；控制；減振；配電變壓器；結(jié)構(gòu)噪聲

隨著我國城市化進(jìn)程的快速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，城區(qū)用電負(fù)荷增長迅速。但由于城市用地資源的緊缺，以及市政規(guī)劃中為避免公用設(shè)施露天放置對景觀的破壞，使得與住宅配套的供電設(shè)施部分被設(shè)置于居民高層建筑戶內(nèi)，而其主要設(shè)備配電變壓器工作時(shí)會產(chǎn)生一定程度的噪聲污染問題[1—4]。隨著我國環(huán)境法律、法規(guī)的完善和公眾環(huán)保意識的不斷提高，公眾對自身環(huán)境的要求越來越高，致使城市配電設(shè)備的噪聲污染問題，成為了公眾關(guān)心、媒體關(guān)注的熱點(diǎn)問題，投訴量逐年上升。對此，部分供電部門常采用傳統(tǒng)的吸聲、隔聲措施進(jìn)行噪聲污染治理，但由于治理方式的不正確，難以達(dá)到理想的治理效果[5]。本文以廣東某受到配電變壓器噪聲污染投訴的高檔小區(qū)為例，通過對該小區(qū)配電變壓器噪聲污染特性的分析、研究，提出相應(yīng)的噪聲污染治理措施，為開展城區(qū)配電房噪聲污染治理、新建配電房規(guī)劃設(shè)計(jì)中的噪聲污染控制等提供技術(shù)支持。

1 噪聲污染概況

該受到噪聲污染投訴的配電房位于廣州某一高檔小區(qū)7幢住宅樓的1層，配電房內(nèi)設(shè)有中壓進(jìn)線柜、干式變壓器、低壓配電柜等電氣設(shè)備，配電房內(nèi)有兩臺10 kV干式變壓器，每臺容量為800 kVA。與該1層配電房一墻之隔的即為101住戶客廳和入戶大廳走廊（如圖1），101住戶和入戶大廳人員均反映日常有噪聲污染問題，嚴(yán)重干擾正常生活。

2 噪聲檢測方法

2.1 主變噪聲檢測

干式配電變壓器噪聲監(jiān)測采用B&K 2250型噪聲分析儀，在#1主變設(shè)備基準(zhǔn)發(fā)射面1 m處，主變1/2高度處，間距1 m測量10 s的等效連續(xù)A聲級和倍頻帶聲壓級。

圖1 配電房環(huán)境示意圖

2.2 室內(nèi)環(huán)境噪聲檢測

受噪聲污染的室內(nèi)環(huán)境噪聲檢測點(diǎn)如圖1，其中#1測點(diǎn)位于入戶大廳走廊處，#2測點(diǎn)位于101住戶客廳內(nèi)。且所有噪聲檢測點(diǎn)距室內(nèi)任一反射面至少0.5 m以上、距離地面1.2 m以上。

室內(nèi)環(huán)境噪聲檢測使用B&K 2250手持式噪聲分析儀，測試期間門窗處于關(guān)閉狀態(tài)，且房間內(nèi)的所有其它可能的干擾源（如電視機(jī)、空調(diào)機(jī)、排氣扇等）應(yīng)關(guān)閉。測量時(shí)間為晝夜各一次，記錄每個(gè)測點(diǎn)的1 min等效連續(xù)A聲級（LAeq）及倍頻帶聲壓級。

2.3 噪聲評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)GB 22337-2008《社會生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》要求[6]，該住宅小區(qū)室內(nèi)的聲環(huán)境需滿足LAeq限值和倍頻帶聲壓級限值要求。

（1）LAeq限值

該配電房位于高檔住宅小區(qū)內(nèi)，所屬聲功能區(qū)為1類，因此，室內(nèi)環(huán)境所有測點(diǎn)的LAeq聲級應(yīng)符合表1中的限值標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 結(jié)構(gòu)傳播固定設(shè)備室內(nèi)噪聲排放限值等效聲級/(dB（A）)

（2）倍頻帶聲壓級

依據(jù)GB 22337-2008《社會生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》，所有室內(nèi)噪聲測點(diǎn)的倍頻帶聲壓級限值見表2。

表2 結(jié)構(gòu)傳播固定設(shè)備室內(nèi)噪聲排放限值(倍頻帶聲壓級/dB)

3 噪聲治理前檢測結(jié)果

3.1 主變噪聲檢測結(jié)果

#1配電變壓器的噪聲檢測結(jié)果見表3，測量位置圖見圖2。

表3 配電變壓器噪聲檢測結(jié)果/dB（A）

圖2 主變噪聲檢測示意圖

由表3可知，配電變壓器的噪聲是通過變壓器的四個(gè)側(cè)面同時(shí)向外輻射的，距離主變1 m處，主變的噪聲值介于58.8 dB～62.1 dB之間，四個(gè)側(cè)面噪聲值差異不大。

圖3為#1配電變壓器測點(diǎn)#6處的噪聲倍頻帶聲壓級。圖3顯示該變壓器聲壓級的頻譜峰值出現(xiàn)在125 Hz～500 Hz的范圍內(nèi)，而在500 Hz以上的高頻段，噪聲隨頻率的變化迅速衰減。因此500 Hz以下頻率段噪聲為該變壓器噪聲的主要污染源，且該噪聲源呈現(xiàn)明顯的中低頻特性。而500 Hz以下噪聲主要來自于變壓器運(yùn)行中的本體噪聲，即變壓器鐵心的磁致伸縮、變形和繞組的電磁力所引起的噪聲[7,8]。在配電變壓器檢測點(diǎn)現(xiàn)場檢測人員能明顯聽到變壓器的“嗡嗡”聲，表明噪聲的頻譜分析結(jié)果與人員的噪聲主觀感受結(jié)果一致，變壓器的本體噪聲為該配電房的主要噪聲污染來源。

圖3 噪聲治理前變壓器#6測點(diǎn)處的頻譜

3.2 室內(nèi)環(huán)境噪聲檢測結(jié)果

（1）LAeq檢測結(jié)果

表4為受配電變壓器影響的室內(nèi)環(huán)境的噪聲晝夜LAeq檢測結(jié)果。由表可知，圖1中兩個(gè)室內(nèi)房間的晝夜LAeq值均超過了GB 22337-2008的限值要求。其中，#1測點(diǎn)的晝間超標(biāo)值最大，達(dá)到了3.1 dB。另外由于墻壁的隔聲作用，#1和#2測點(diǎn)的LAeq與配電房變壓器聲源處相比降低了10 dB左右。

表4 噪聲治理前室內(nèi)環(huán)境噪聲LAeq檢測數(shù)據(jù)/dB(A)

（2）室內(nèi)環(huán)境噪聲倍頻帶聲壓級檢測結(jié)果

表5、表6分別為室內(nèi)環(huán)境晝夜間的倍頻帶聲壓級檢測結(jié)果。如表所示，在圖1中#1和#2測點(diǎn)處，倍頻帶中250 Hz和500 Hz處的晝夜聲壓值超過了GB 22337-2008的限值要求，其中，500 Hz處的聲壓級超標(biāo)量顯著，在晝間，其超標(biāo)值達(dá)到了15 dB以上，而夜間時(shí)，其超標(biāo)值仍然有約10 dB。顯然，在該配電房內(nèi)變壓器運(yùn)行過程中，對周圍居民生活構(gòu)成了嚴(yán)重干擾。

表5 噪聲治理前室內(nèi)環(huán)境噪聲倍頻帶聲壓級檢測數(shù)據(jù)（晝間）單位：dB

表6 噪聲治理前室內(nèi)環(huán)境噪聲倍頻帶聲壓級檢測數(shù)據(jù)（夜間）單位：dB

4 噪聲治理方案

4.1 噪聲污染分析

由以上分析可得，變壓器500 Hz以下的中低頻噪聲為該小區(qū)噪聲的主要污染源，即變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的本體噪聲。而根據(jù)現(xiàn)場分析，噪聲源（配電變壓器）對噪聲敏感點(diǎn)（#1和#2）的影響途徑主要有二種[9,10]：

（1）是變壓器的結(jié)構(gòu)噪聲源：包括兩部分，一部分是變壓器噪聲經(jīng)過空氣傳播到配電房墻壁，被墻體吸收后，一直沿墻體結(jié)構(gòu)傳播至居民室內(nèi)墻面，墻面再次振動激發(fā)空氣振，產(chǎn)生空氣聲為居民人耳所聽到。二是變壓器本體噪聲經(jīng)變壓器底座傳至大樓地面，進(jìn)一步沿著配電房地面結(jié)構(gòu)傳播至住戶家中地面，地面在此振動引起空氣聲為居民人耳聽到；

（2）是變壓器的空氣噪聲源：配電房內(nèi)噪聲通過配電房門窗等孔洞的衍射傳出，再通過墻面的反射等有住宅的門窗等傳播至住戶家中。

根據(jù)國內(nèi)外大量研究表明，在配電房變壓器的噪聲影響中，結(jié)構(gòu)噪聲尤其是通過地面?zhèn)鞑ギa(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲為其主要污染來源，其貢獻(xiàn)的聲能約占所有噪聲聲能總量的90%以上[11，12]。因此在選擇噪聲污染控制方案時(shí)，主要以降低其產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲為主，尤其是通過地面?zhèn)鞑サ慕Y(jié)構(gòu)噪聲。

為減小變壓器機(jī)組通過地面?zhèn)鞑ギa(chǎn)生的固體結(jié)構(gòu)噪聲，計(jì)劃對變壓器本體采用主動隔振處理，在變壓器與地基之間加裝隔振器，減弱通過地基傳遞給周圍環(huán)境的噪聲。

4.2 噪聲治理設(shè)計(jì)

（1）隔振設(shè)計(jì)方案

衡量主動隔振效果最常用的是隔振效率法[13]

其中η為隔振效率，%

T為傳遞系數(shù)

T越小，表明通過隔振系統(tǒng)傳過去的力就越小，隔振效果就越好；λ為頻率比，λ=f/f0，f為變壓器的激振頻率，一般為電頻率的2倍，大小為100 Hz，f0為變壓器和隔振器組成系統(tǒng)的固有頻率；ε為系統(tǒng)阻尼比。

（2）隔振器選擇

針對變壓器需不間斷運(yùn)行，環(huán)境溫度較高，低頻噪聲為主的特點(diǎn)，本項(xiàng)目選用新型變壓器用隔振器，其負(fù)載約為2.5 t，固有頻率為20 Hz，阻尼率約為0.075。根據(jù)變壓器質(zhì)量（約5 t）以及可受力點(diǎn)分布情況，擬選用6只隔振器，其安裝平面圖見下圖。

圖5 變壓器底座減振器安裝示意圖

根據(jù)公式（2）其傳遞系數(shù)T為0.059，則其隔振效率約為94.1%。

5 降噪效果

在采取隔振降噪措施后（如圖6），對受變壓器影響的室內(nèi)環(huán)境噪聲進(jìn)行LAeq及倍頻帶聲壓級檢測，以評價(jià)其實(shí)際的降噪效果。

圖6 采取降噪措施后變壓器現(xiàn)場圖（圖中紅圈為減振器）

5.1 L

Aeq檢測結(jié)果

表7為采取噪聲治理措施后，室內(nèi)環(huán)境測點(diǎn)的晝夜LAeq檢測值。由表可知，測點(diǎn)#1和#2處的LAeq值均滿足了GB 22337-2008的限值要求。

表7 噪聲治理后室內(nèi)環(huán)境噪聲LAeq檢測數(shù)據(jù) 單位：dB(A)

5.2 倍頻帶聲壓級檢測結(jié)果

表8、9為采取倍頻帶頻譜檢測結(jié)果表明，治理前有超標(biāo)問題的#2和#3測點(diǎn)，其所有5個(gè)倍頻帶聲壓級均滿足了GB 22337-2008的限值要求，噪聲治理效果明顯。

表8 噪聲治理后室內(nèi)環(huán)境噪聲倍頻帶聲壓級檢測數(shù)據(jù)（晝間）單位：dB

表9 噪聲治理后室內(nèi)環(huán)境噪聲倍頻帶聲壓級檢測數(shù)據(jù)（夜間）單位：dB

6 結(jié)語

（1）通過對某受到噪聲污染投訴的配電房內(nèi)外的噪聲污染現(xiàn)狀進(jìn)行檢測、分析。結(jié)果顯示該受到噪聲污染的室內(nèi)房間LAeq及倍頻帶聲壓級均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象；

（2）通過現(xiàn)場分析、研究后發(fā)現(xiàn)室內(nèi)噪聲的主要來源為變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲，其中以變壓器本體通過底座傳遞給地面產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲貢獻(xiàn)量最大?；诖耍瑢ψ儔浩鞑捎昧烁粽裉幚?，以降低變壓器產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲；

（3）對噪聲治理后的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行噪聲檢測、分析。結(jié)果顯示所有測點(diǎn)的LAeq及倍頻帶聲壓級均達(dá)到GB 22337-2008的限值要求。

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Analysis and Control of Structural Noise Pollution of Indoor Distribution Transformers

FAN Xiao-peng,LILi,LIU Jia-wen

(Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Corporation,Guangzhou 510050,China)

∶In order to investigate the effect of indoor distribution transformer's noise on residents'life,the noises of indoor distribution transformers,which were complained by residents due to the noise pollution,were measured.The results show that both LAeqand 1/1 octave spectrum exceed the domestic emission standard,and the noise is mainly the structural noise of the indoor transformer.On this basis,a vibration isolation scheme is put forward,the results of noise control are proven to be good,and the noise can meet the relevant standards.This study has provided a reference for noise control during the design and construction process of indoor distribution transformers.

∶acoustics;analysis;control;vibration reduction;distribution transformer;structural noise

TM4；TU112.3< class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI編碼：

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.06.030

1006-1355(2014)06-0135-05

2014-03-10

樊小鵬（1986-），男，山西洪洞人，博士，主要研究方向：電力系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)。

E-mail∶xp_fan@163.com