某220kV城區(qū)變電站噪聲分析與治理

某220kV城區(qū)變電站噪聲分析與治理

陳昕

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局，廣東 汕頭515041)

摘要:針對(duì)汕頭城區(qū)220 kV廣興變電站噪聲超標(biāo)擾民的現(xiàn)象，研究了噪聲的頻譜特性及衰減規(guī)律，確定了噪聲源，提出了合理建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合隔聲吸聲設(shè)計(jì)的噪聲治理措施。

關(guān)鍵詞:變壓器；低頻噪聲；噪聲治理

收稿日期：2015-03-30；修回日期：2015-04-01

作者簡(jiǎn)介：陳昕(1984-)，男，工程碩士，主要從事電網(wǎng)化學(xué)、環(huán)保、電測(cè)、電能以及熱工技術(shù)監(jiān)督工作。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2015.02.021

中圖分類(lèi)號(hào)：TM411;TB535

Analysis and control on the noise of 220 kV

transformer substation in urban

CHEN Xin

(Shantou Power Supply Bureau, Guangdong Power Grid Co., Ltd. Shantou 515041,China)

Abstract:The excess of noise of 220 kV Guangxing transformer substation in urban which disturbed nearby residents has been researched including the frequency component and its energy decrement. Furthermore, building structure redesign combined with the technology of insulation and absorption are carried to reduce the boundary noise, which makes the harmonious living condition around the substation.

Key words: transformer, low-frequency noise, noise control

0　引　　言

220 kV廣興變電站為汕頭市區(qū)的半戶內(nèi)式無(wú)人值班變電站，地處韓江路(東西走向)與衡山路(南北走向)交界西南側(cè)。變電站于2009年由110 kV變電站升級(jí)改造為220 kV變電站，配備2臺(tái)容量為180 MVA的主變壓器，日均峰值負(fù)荷不超過(guò)50 MW，冷卻方式均為油浸自冷/油浸風(fēng)冷(ONAN/ONAF)，雖緩解了該區(qū)域的用電矛盾，但卻陸續(xù)接到附近居民對(duì)噪聲影響的投訴。

1　監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)文[1]、文[2]、文[3]及汕頭市政府[2010]44號(hào)文《關(guān)于頒布汕頭市聲環(huán)境功能區(qū)劃的通知》相關(guān)要求，220 kV廣興變電站執(zhí)行4類(lèi)廠界外聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，其廠界環(huán)境噪聲排放限值為晝間小于70 dB(A)、夜間小于55 dB(A)；變電站的周?chē)鷧^(qū)域?qū)儆?a類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)，環(huán)境噪聲等效聲級(jí)限值為晝間小于70 dB(A)、夜間小于55 dB(A)。

220 kV廣興變電站東側(cè)和北側(cè)的廠界噪聲夜間監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所列，可見(jiàn)噪聲均大于57 dB(A)，A住宅小區(qū)居民樓天臺(tái)的測(cè)試點(diǎn)夜間噪聲測(cè)定值為59.1 dB(A)，夜間噪聲排放已經(jīng)超出國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值。

表1　未降噪前廣興站邊界噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果　　　　　　　　　　　dB(A)

2　噪聲的產(chǎn)生與特性分析

2.1噪聲源分析

變電站的噪聲按照其產(chǎn)生的機(jī)理，一般可分為氣體動(dòng)力性噪聲、機(jī)械噪聲和電磁性噪聲3種。

首先是變壓器運(yùn)行時(shí)硅鋼片磁致伸縮、電磁作用以及漏磁引起的繞組振動(dòng)都會(huì)引起噪聲。當(dāng)鐵芯的固有頻率和磁致伸縮振動(dòng)的頻率接近，或者油箱及其附件的固有頻率與鐵芯振動(dòng)頻率接近時(shí)，產(chǎn)生共振會(huì)導(dǎo)致本體噪聲進(jìn)一步增大。主變的冷卻系統(tǒng)也是重要噪聲源，一方面主變風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)輻射噪聲；另一方面由主變本體的振動(dòng)傳遞給冷卻裝置，使冷卻裝置振動(dòng)加劇。另外，裸露的高壓線和部分電氣設(shè)備電暈放電時(shí)也會(huì)產(chǎn)生噪聲。

由于220kV 廣興變電站為半戶外變電站，只有2 臺(tái)主變被設(shè)置在戶外，其余電氣設(shè)備均被設(shè)置在變電站室內(nèi)，結(jié)合環(huán)保監(jiān)測(cè)部門(mén)的廠界噪聲測(cè)試結(jié)果，判斷造成噪聲擾民的變電站噪聲主要是由戶外的220 kV變壓器運(yùn)行時(shí)，硅鋼片的磁致伸縮和繞組中的電磁力引起的電磁噪聲和變壓器冷卻裝置運(yùn)轉(zhuǎn)引起的機(jī)械噪聲。主變作為固定設(shè)備，其排放的噪聲通過(guò)建筑物結(jié)構(gòu)傳播至噪聲敏感建筑物室內(nèi)時(shí)，A住宅小區(qū)夜間室內(nèi)噪聲監(jiān)測(cè)如表2所列，參照4類(lèi)聲功能區(qū)的噪聲敏感建筑物室內(nèi)等效聲級(jí)排放限值標(biāo)準(zhǔn)，250 Hz和500 Hz倍頻帶都出現(xiàn)了超標(biāo)現(xiàn)象，符合主變是主要噪聲源的結(jié)論。

表2　未降噪前A住宅小區(qū)噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果　　　　　　dB

2.2噪聲頻率特性分析

現(xiàn)階段變電站噪聲標(biāo)準(zhǔn)是以等效A聲級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，未考慮頻率成分尤其是低頻噪聲對(duì)人體的影響。最近研究表明，因?yàn)榈皖l噪聲與人體各部分器官的固有頻率相接近，對(duì)人體危害更大，會(huì)引起強(qiáng)烈的生理和心理不適感。

噪聲頻率特性分析有助于了解和識(shí)別主要噪聲源的性質(zhì)，頻譜中各峰值對(duì)應(yīng)的頻率就是由某種噪聲源產(chǎn)生的，通過(guò)主要峰值識(shí)別對(duì)應(yīng)的主噪聲源，為降噪工程提供依據(jù)。220 kV廣興站這種半室內(nèi)的主變產(chǎn)生噪聲遇到墻體后發(fā)生反射，反射聲與直達(dá)聲混合使得聲源處的聲級(jí)水平增大。本文采用PULSE 7700系統(tǒng)測(cè)量主變表面各點(diǎn)的聲壓，測(cè)量時(shí)采用網(wǎng)格布點(diǎn)法，即橫縱2個(gè)方向上每間隔1 m設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn)。

圖1　廣興站#1主變表面不同高度聲壓頻譜圖

(1) 不同高度的聲壓頻譜研究。220 kV廣興變電站#1、#2兩臺(tái)主變的東側(cè)及頂部均無(wú)遮攔，不同高度處的聲壓值有所不同。以#1主變?yōu)槔?，主變表?.2 m、2 m和3 m三個(gè)不同高度的聲壓頻譜如圖1所示。

#1主變表面在3個(gè)不同高度的峰值頻率一致，都為100 Hz和315 Hz，而且不同頻率處的聲壓數(shù)值相近，說(shuō)明變壓器表面噪聲的頻譜規(guī)律與高度無(wú)關(guān)。磁致伸縮導(dǎo)致鐵芯勵(lì)磁時(shí)的周期性振動(dòng)，通過(guò)鐵芯和繞組構(gòu)成的變壓器器身向四周傳遞振動(dòng)，因此主變表面不同高度處的聲壓水平相差不大。

圖2　廣興站#1主變表面不同側(cè)面聲壓頻譜圖

(2)不同側(cè)面的聲壓頻譜研究。220 kV廣興變電站#1、#2兩臺(tái)主變的東側(cè)無(wú)遮攔，而西、南、北三側(cè)均設(shè)置了圍墻。以#1主變?yōu)槔?，主變不同?cè)面的聲壓頻譜如圖2所示，其中S2為東側(cè)。

#1主變不同側(cè)面聲壓頻譜的升降趨勢(shì)和峰值頻率一致，峰值頻率為100 Hz和315 Hz。圖3紅線S2代表東側(cè)無(wú)障礙物阻擋的一面，其聲壓數(shù)值略低于其他三個(gè)側(cè)面，說(shuō)明面聲源聲波遇到障礙物后反射，能與原聲場(chǎng)疊加，從而增加噪聲水平。

2.3噪聲衰減特性分析

對(duì)噪聲衰減的分析，根據(jù)噪聲傳播過(guò)程中是否受到阻隔，區(qū)分兩種情況：一種是噪隨距離增加，噪聲水平自然衰減，直至衰減到背景噪聲水平；另一種是噪聲在傳播過(guò)程中受到阻隔，在隔擋物另一側(cè)的噪聲會(huì)有較大幅度衰減。220 kV廣興變電站2臺(tái)半戶外式主變同時(shí)存在這2種情況，如圖3所示設(shè)置4個(gè)路線，對(duì)噪聲源的200 Hz、315 Hz、500 Hz和800Hz共4個(gè)頻率研究其衰減特性。

圖3　廣興站4條衰減特性路徑示意圖

圖4～7依次為路線1-4的噪聲隨距離衰減特性曲線。4條路徑不同頻率噪聲的衰減屬于發(fā)散性衰減，其衰減量與距離的平方成反比，衰減速率由快變慢，在40 m后的衰減量幾乎接近0。不同于完全露天主變的噪聲沒(méi)有反射聲場(chǎng)的疊加效應(yīng)，向四面八方傳播，噪聲衰減至背景噪聲的速率較快；廣興站主變的其中三面為剛性反射面，噪聲基本朝向無(wú)阻擋的東側(cè)傳播，其半自由空間中任一點(diǎn)的聲壓都是直接輻射到該點(diǎn)的聲壓和從反射到該點(diǎn)的聲壓的疊加。

路線2和3的噪聲衰減路徑上存在障礙物情況，低頻噪聲得到有效衰減，500 Hz以下噪聲衰減量在20 dB左右。路線1和4無(wú)阻擋，其低頻噪聲的衰減不明顯。

2.4A住宅小區(qū)頂樓夜間噪聲分析

對(duì)A住宅小區(qū)頂樓夜間噪聲衰減進(jìn)一步分析，由表3可知，影響該居民樓的噪聲以低頻噪聲為主，

表3　A住宅小區(qū)頂樓噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果

噪聲的峰值出現(xiàn)在頻率315 Hz。由于小區(qū)居民樓天臺(tái)至廣興站變壓器直線距離之間無(wú)障礙物阻擋，按照點(diǎn)聲源聲壓計(jì)算公式求出315 Hz聲壓級(jí)數(shù)值約為30 dB，小于實(shí)測(cè)值50.31 dB，可能是逆溫層的存在，夜間氣溫隨著高度增加而增高，即住宅小區(qū)樓層高處的空氣密度小，導(dǎo)致聲音由下向上傳播過(guò)程中，聲線離開(kāi)法線向外側(cè)偏折，輻射至樓頂?shù)穆暡〝?shù)明顯增加，表現(xiàn)為該頻段聲壓級(jí)數(shù)值增大。其監(jiān)測(cè)結(jié)果如表3所列。

3　噪聲的治理措施與效果

3.1降噪工程基本思路

控制噪聲的主要方法，首先是降低噪聲源發(fā)出的噪聲，其次是在噪聲達(dá)到人耳之前，采取阻尼、隔振、吸聲、隔聲、消聲器、個(gè)人防護(hù)和合理布局等方法，盡量減弱或降低噪聲源的振動(dòng)，或?qū)鞑ネ局械穆暷芪?，或減弱對(duì)耳膜的作用等，從而實(shí)現(xiàn)控制和治理噪聲的目的。對(duì)噪聲的控制，應(yīng)綜合合理建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、隔聲及吸聲設(shè)計(jì)等方案優(yōu)點(diǎn)，才能有效控制噪聲對(duì)人的影響。

220 kV廣興變電站內(nèi)主要噪聲源的主變運(yùn)行噪聲屬于低頻噪聲，由于目前尚無(wú)對(duì)低頻噪聲有高吸聲系數(shù)的材料，針對(duì)該噪聲源及其傳播衰減特性，同時(shí)降低噪聲在墻面上多次反射造成的混響效應(yīng)，采用東側(cè)安裝拆裝式通風(fēng)消音門(mén)及其余3側(cè)加掛吸音墻的“吸聲”和“消聲”相結(jié)合的治理方案。

3.2降噪工程具體措施

(1)主變室加裝通風(fēng)消音門(mén)。#1、#2主變的東面作為噪聲重要傳播途徑，采用JS-105型拆裝式消聲隔音門(mén)進(jìn)行噪聲的有效阻隔，如圖8所示。大門(mén)外面板采用1.2 mm厚覆膜鋼板，基材為鍍鋅鋼板；內(nèi)面板為熱鍍鋅百葉型沖孔吸聲板；中間填充防火吸音材料。每樘大門(mén)下部加裝鍍鋅鋼板制成的消聲百葉窗，其吸聲采用折板阻性吸聲片，吸聲面積大兼具通風(fēng)作用。

圖8　#1主變加裝通風(fēng)消音門(mén)示意圖

(2)主變室加裝吸音墻。#1、#2主變的西、南、北三側(cè)墻面裝設(shè)吸音墻，吸音墻表面為百葉型沖孔板，厚度為0.8 mm；內(nèi)填充70 mm厚防火吸音棉板，并用玻璃纖維布及鋼鋁板網(wǎng)包裹；將吸音墻分成若干個(gè)單元，通過(guò)輕鋼龍骨支撐固定于墻上。其中#1主變北面靠韓江路側(cè)主變防火墻填充磚砌體后，吸音墻制作至13 m高，其余吸音墻高度為9 m。

如圖9所示，吸音墻纖維多孔吸聲材料內(nèi)部存在大量微小連通孔隙，使入射到吸音墻的噪聲由于阻尼作用不斷發(fā)生熱交換，部分聲能被轉(zhuǎn)化為熱能逸散；纖維多孔吸聲材料與百葉穿孔板之間的空氣層構(gòu)成亥姆霍茲共振體，噪聲于此處產(chǎn)生劇烈共振，也損耗了部分聲能。上述特殊結(jié)構(gòu)對(duì)中寬頻治理突出，對(duì)低頻噪聲也具有良好的吸收效果，平均隔聲量約25 dB，平均吸聲系數(shù)在0.65～0.9之間。

圖9　主變室吸音墻結(jié)構(gòu)示意圖

(3)主變側(cè)風(fēng)機(jī)加裝消聲器。在電氣綜合樓靠主變側(cè)的4臺(tái)排風(fēng)機(jī)風(fēng)口處，安裝阻抗復(fù)合式消聲器，控制風(fēng)機(jī)高強(qiáng)度的寬頻帶噪聲。

3.3降噪工程治理效果

220 kV廣興變電站噪音治理工程改造完工后，對(duì)該變電站進(jìn)行監(jiān)測(cè)，東面和北面的廠界夜間噪聲均低于44 dB，均達(dá)到《GB 12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中的2類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)主變這一低頻噪聲源進(jìn)行吸聲技術(shù)與消聲技術(shù)相結(jié)合的綜合降噪改造，加裝通風(fēng)消音門(mén)和吸音墻，實(shí)現(xiàn)220 kV廣興變電站廠界環(huán)境噪聲的達(dá)標(biāo)排放。

針對(duì)類(lèi)似220 kV廣興站開(kāi)口房間內(nèi)的主變，在以后的降噪工程中，可考慮在開(kāi)口處布放若干揚(yáng)聲器和誤差傳聲器構(gòu)成虛擬聲屏障這種有源噪聲控制方法，彌補(bǔ)隔聲和吸聲等被動(dòng)降噪法存在的工程量較大以及影響設(shè)備通風(fēng)散熱的不足。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]GB 12348-2008,工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]GB/T16190-94,城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用分析技術(shù)規(guī)范[S]．

(責(zé)任編輯陳化鋼)