城市110kV變電站噪聲來源及降噪措施

郭軍科　鄭中原　甘智勇　賀　欣　于金山

（國網天津市電力公司電力科學研究院天津300392）

城市110kV變電站噪聲來源及降噪措施

郭軍科鄭中原甘智勇賀欣于金山

（國網天津市電力公司電力科學研究院天津300392）

目前變電站噪聲超標擾民問題已經越來越明顯，隨著社會用電量的增長以及居民環(huán)保維權意識的提高，關于變電站的噪聲投訴問題也日益增多。本文總結了110kV變電站噪聲的幾種來源，分析了噪聲的產生機理，并探討了常見的降噪措施，為城區(qū)變電站的噪聲控制提供參考。

變電站；噪聲來源；降噪措施

近年來，隨著經濟社會的迅速發(fā)展，全社會的用電需求迅速增長，城市中建立了越來越多的變電站。但是由于城市空間資源限制，很多變電站選址較為困難，于是變電站的噪聲擾民問題越發(fā)嚴重。由于220kV及以上的變電站一般選址較為偏遠，35kV及以下的變電站占地面積及其對周邊影響較小，因此在城市變電站中，110kV變電站離居民區(qū)較近且占地面積較大，在其運行過程中產生的噪聲容易對周邊產生較大影響。

1　變電站噪聲來源

1.1主變壓器噪聲

變壓器運行時會由于構成鐵心的硅鋼片發(fā)生磁致伸縮引起鐵芯周期性振動，誘發(fā)變壓器外殼產生振動而產生噪聲。通常，鐵芯硅鋼片的磁致伸縮振動是變壓器噪聲的主要來源，它發(fā)射的噪聲大小主要取決于變壓器的額定功率和鐵芯的磁通量密度,而不是負荷的大小。

變壓器的正常運行時的噪聲頻率大多低于1kHz。在變壓器施加正弦負載電流（工頻電流）時，繞組噪聲的頻率主要是電流頻率的2倍；而鐵芯噪聲的頻率主要分布在工頻電流的4次諧頻到10次諧頻的范圍內，這取決于鐵芯中的磁通量密度。因此，變壓器有負載時的噪聲頻譜由頻率為100Hz（工頻為50Hz）的繞組噪聲和頻率更為豐富的鐵芯噪聲疊加組成。通常變壓器電功率容量越大，兩倍工頻噪聲所占的比例也越大。圖1是某變電站主變壓器（110kV，6.3MW）的噪聲頻譜圖。

圖1　主變壓器噪聲頻譜

從變壓器的頻譜測試結果了解到，變壓器的噪聲以50Hz的偶次諧頻為主的寬帶噪聲，其噪聲能量主要分布在100Hz～800Hz中低頻段。并且同一站內的同類型主變壓器的噪聲頻譜形狀基本相同，主變噪聲呈現(xiàn)明顯的低頻窄帶特性。

1.2冷卻系統(tǒng)噪聲

變電站的冷卻系統(tǒng)噪聲主要來自潛油泵以及主變冷卻風扇的運行噪聲。110kV變電站的主變多在低負荷時采用油浸自冷（ONAN）方式，在高負荷時采用油浸風冷（ONAF）方式。因此在夏季用電高峰期，變壓器的潛油泵和冷卻風扇在運行過程中產生振動時，冷卻風扇的噪聲比主變本體噪聲更大，使得主變的合成噪聲提高。

1.3通風散熱系統(tǒng)噪聲

通風散熱系統(tǒng)噪聲一般來自安裝在建筑物外墻體上的空調或者排風扇，用于變電站的開關室、GIS設備室或變壓器室散熱。通風散熱系統(tǒng)噪聲的頻率主要集中在中高頻，在夏季高溫天氣通風散熱系統(tǒng)啟動時才存在。但由于夏季變電站附近居民多開窗，因此通風散熱系統(tǒng)啟動時對附近居民環(huán)境敏感點的影響較大。通風散熱系統(tǒng)噪聲也是目前夏季變電站噪聲擾民投訴的主要原因。

1.4其他噪聲

電抗器與電容器運行過程中也會產生噪聲。電抗器與變壓器的噪聲組成基本相同，是由于電抗器本體鐵芯的磁致伸縮導致的振動產生，其噪聲頻率特性與主編噪聲頻率特性基本相同；電容器的噪聲是由于電極間靜電力的作用使電容器內部元件產生振動。由于現(xiàn)實條件下，110kV變電站的電抗器與電容器數(shù)量較少且噪聲較小，因此不屬于變電站的主要噪聲來源。

2　變電站噪聲標準限值

我國的變電站噪聲限值主要參照國家標準《聲環(huán)境質量標準》（GB3096-2008）和《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準》（GB12348-2008）中關于各功能區(qū)環(huán)境噪聲限值的規(guī)定。

表1　環(huán)境噪聲限值

根據(jù)《聲環(huán)境質量標準》（GB 3096－2008）標準，110kV變電站的噪聲環(huán)境劃分比較復雜，為滿足實際情況的要求，對緊挨著主干道的一側廠界可按4a類區(qū)域（晝間≤70 dB；夜間≤55 dB）控制，靠近商業(yè)、工業(yè)及居民混雜區(qū)的廠界按2類區(qū)（晝間≤60 dB；夜間≤50 dB）控制，對緊挨著行政和居民區(qū)一側廠界則按1類區(qū)域（晝間≤55 dB；夜間≤45 dB）標準控制。

3　變電站降噪措施

在變電站噪聲治理方面，降噪措施主要有變壓器噪聲治理、吸聲、聲屏障隔聲、設備隔振、聲調控和有源消聲等方式。

3.1變壓器噪聲治理

包含本體及冷卻系統(tǒng)噪聲。減低本體噪聲的主要方法有：選用低噪聲設備，在制造階段選用高導磁硅鋼片，降低鐵心的磁滯伸縮，在鐵心表面涂加環(huán)氧漆等方式來降低鐵心產生的電磁噪聲。

降低變壓器冷卻系統(tǒng)噪聲的方法：盡量選擇自冷式散熱變壓器，或者選用無噪音風扇或加裝消聲彎頭等方式降低冷卻系統(tǒng)噪聲。

3.2吸聲技術

吸聲技術主要用于變電站建筑物內噪聲的治理，通過在建筑物內各個墻面加裝具有高吸聲系數(shù)的吸聲材料，增加室內整體吸聲量，從而達到降低室內噪聲的目的，但此法容易存在室內散熱問題。

3.3隔聲技術

隔聲技術主要用于室外噪聲的處理，根據(jù)變電站內設備噪聲的頻譜特性、聲級大小以及聲音分布位置等因素，從聲音傳播途徑上入手設置隔聲屏，或者利用隔聲間封閉變壓器本體來達到降噪的目的。隔聲技術是目前最為經濟且有效的變電站降噪措施。

3.4隔振技術

隔振降噪技術主要用于治理由于地下站內變壓器產生的低頻結構噪聲。通過在變壓器與底座之間加裝隔振裝置，減少變壓器通過建筑物樓梯結構傳遞的噪聲。隔振裝置可以通過內部加裝不同固有頻率的彈簧，在一定程度上改變變壓器的噪聲頻譜特性。但此法需要停電施工，并且抬升變壓器高度后容易造成頂端安全帶電距離不夠的問題。

3.5聲調控法

聲調控法，主要通過疊加一些列不同頻率不同響度的其他噪聲，來改變原有噪聲的頻譜結構，此法不以降低L聲級為主要目的，但可以在一定程度上改善噪聲對人體的主觀影響。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，并且人們對風聲、水流聲一類的自然聲比較偏愛，因此可以通過疊加自然聲的方式來達到減少噪聲對人體的影響。

3.6有源消聲法

有源消聲法，是通過在變壓器周圍設置多個聲發(fā)生器，聲發(fā)生器發(fā)出的聲音與變壓器所發(fā)出的聲音頻率相同，相位相反，傳播方向相反，在傳播過程中相互抵消，從而達到降噪的目的。但此法在變電站噪聲治理的實際應用上仍存在較多問題。目前有源消聲法主要用于管道消聲。

4　結語

4.1目前變電站的降噪措施很多，現(xiàn)有的降噪措施均存在不同程度的占地面積大、安裝操作不方便、成本較高、需停電作業(yè)等問題，應開發(fā)便于安裝操作、無需停電的新型降噪技術。

4.2在實際的變電站降噪工程中，應結合具體的變電站噪聲特性、變電站平面布置情況及周圍聲環(huán)境要求，綜合多種降噪措施，來達到降低變電站噪聲的目的。

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