淺析城市戶內(nèi)變電站降低噪聲設(shè)計方案優(yōu)化

曹效義

?

淺析城市戶內(nèi)變電站降低噪聲設(shè)計方案優(yōu)化

曹效義

（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，呼和浩特 010020）

本文簡述城市戶內(nèi)電站產(chǎn)生噪聲特點，分析控制噪聲基本原理和方法，提出城市戶內(nèi)變電站降低噪聲設(shè)計方案，從聲源控制、傳聲途徑控制、選擇低噪聲設(shè)備、合理采用建筑物隔聲、吸聲設(shè)計、環(huán)境污染及防護等幾個方面綜合進行考，優(yōu)化了戶內(nèi)變電站降低噪聲設(shè)計綜合技術(shù)經(jīng)濟方案，有效地控制噪聲對環(huán)境污染的影響，提高人居環(huán)境的健康。

噪聲；變電站；降噪；方案優(yōu)化

噪聲是不和諧煩擾的聲音總稱，也是四大公害之一[1-4]。噪聲聲波是刺激引起的感覺公害，這與大氣污染和水質(zhì)污染及固體廢物的物質(zhì)公害不同，其引起的煩惱主要是主觀的、感情的、精神的東西，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)證明，噪聲不僅危害人體健康，還嚴(yán)重影響人們的正常生活和工作。噪聲占公害的比例日趨增長，公眾的抱怨指責(zé)日趨嚴(yán)厲，居民投訴事件越來越多[5]。隨著城市化進程的加快，城市中心變電站數(shù)量增多及人們的環(huán)保意識提升，環(huán)境噪聲污染也日益成為干擾人們正常學(xué)習(xí)和生活的重要問題之一，控制噪聲污染已成為現(xiàn)代社會發(fā)展中亟待重視和解決的問題。

本文結(jié)合呼和浩特海亮戶內(nèi)110kV變電站的降低噪聲設(shè)計方案實施及效果，分析了城市戶內(nèi)變電站降噪隔聲的設(shè)計方案，方案優(yōu)化充分考慮成本和效益的前提下，既降低了噪聲的影響，也實現(xiàn)了降噪隔聲達(dá)標(biāo)，最終達(dá)到人居環(huán)境的安全與電力建設(shè)的和諧發(fā)展。

1 呼和浩特海亮戶內(nèi)110kV變電站工程簡介

變電站遠(yuǎn)景規(guī)劃建設(shè)2臺63MVA三相雙繞組有載調(diào)壓主變壓器，全站按110kV、10kV兩個電壓設(shè)置，110kV規(guī)劃出線2回，采用內(nèi)橋接線，采用戶內(nèi)SF6GIS組合電器；10kV規(guī)劃出線20回，采用單母線分段接線，采用金屬鎧裝中置式手車開關(guān)柜，本期按遠(yuǎn)景規(guī)劃一次建成。

海亮變電站位于呼和浩特市繁華商業(yè)區(qū)境內(nèi)。站址距北側(cè)海亮廣場約1.0km，距東側(cè)錫林郭勒南路約200m，距南側(cè)大學(xué)西街約300m，距西側(cè)青城公園約200m。變電站綜合建筑邊界西側(cè)約34m、南側(cè)約30m位置均為居民樓，北側(cè)距高檔酒店（香格里拉酒店）約100m，東側(cè)距少年宮約28m。

根據(jù)變電站周圍所處的地理環(huán)境按全戶內(nèi)二層結(jié)構(gòu)綜合建筑物布置，變電站平面布置呈矩形，東西長69.8m，南北寬45m，圍墻內(nèi)面積3141m2，進站大門在站區(qū)東北側(cè)。主變壓器、電容器布置在建筑物內(nèi)一層?xùn)|側(cè)；10kV配電裝置布置在建筑物內(nèi)一層內(nèi)西側(cè)；110kV GIS和電氣二次設(shè)備室和相關(guān)功能房間布置在建筑內(nèi)二層。

為了減少變電站噪聲對周圍居民的影響，盡量壓縮綜合建筑物面積，同時，采取主變室內(nèi)部加裝吸聲板；通風(fēng)采用消聲百葉窗吸聲；墻上軸流風(fēng)機安裝消聲器消聲；主設(shè)備選擇低噪聲主變壓器和低噪聲的通風(fēng)機械，采用自然通風(fēng)等措施，力爭在降噪分項工程實施過程中一次性完成，達(dá)到國家Ⅰ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（即廠界白天小于55dB，晚上小于45dB）[6-7]。

2 變電站產(chǎn)生噪聲的分析

2.1 變電站噪聲的來源

變電站產(chǎn)生噪聲源：①主設(shè)備和附屬設(shè)備本體；②散熱通風(fēng)設(shè)備產(chǎn)生的；③工藝設(shè)施連接產(chǎn)生非連續(xù)振動噪聲，具體如下：

主變壓器（電抗器）等設(shè)備運行中鐵心磁滯伸縮[7-8]，線圈電磁作用振動等產(chǎn)生的噪聲和冷卻裝置運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪聲。

高壓母線和部分電器設(shè)備電暈放電聲產(chǎn)生的噪聲。

主變壓器室和高壓配電室通風(fēng)機開起時運轉(zhuǎn)聲產(chǎn)生的噪聲。

斷路器分合閘操作及其各類操作機構(gòu)儲能電機運轉(zhuǎn)時的聲音產(chǎn)生的間斷噪聲。

2.2 海亮110kV變電站產(chǎn)生噪聲的特點

1）主要噪聲源來自主變壓器本體及其冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁性、機械性和空氣動力性噪聲，屬于頻發(fā)噪聲。

據(jù)相關(guān)文獻變壓器噪聲主要是由其鐵心硅鋼片的磁滯伸縮振動和磁動態(tài)振動引起的電磁性噪聲，其頻譜峰值一般在100～500Hz[5]，以中低頻為主，具有穿透力強、傳播距離遠(yuǎn)、衰減慢的特點，滿負(fù)荷運行時一般噪聲級水平較高，可達(dá)到70dB以上。

2）通風(fēng)設(shè)備，風(fēng)冷機械噪聲一般為機械性和空氣動力性噪聲，對噪聲值貢獻最大的頻率是1000Hz和2000Hz[8]，屬于中高頻噪聲，運行時噪聲在70dB以上。

3）二次設(shè)備室空調(diào)設(shè)備室外機噪聲，一般以進、排風(fēng)口的空氣動力性噪聲為最強，其頻帶較寬，指向性強，其次壓縮機無規(guī)則啟停的噪聲，運行時噪聲在70dB以上。

3 變電站降低噪聲設(shè)計方案

3.1 變電站降低噪聲的設(shè)想

從噪聲的危害來看，安靜環(huán)境中約30dB以上的聲音就是噪聲，超過50dB就影響人的睡眠和休息，90dB就傷害人的聽覺?？刂圃肼暿且粋€系統(tǒng)工程，隨著全民環(huán)保意識的增強，控制和防治噪聲工作尤為重要，就產(chǎn)生噪聲的機理分析，有些是無法避免和根治的，就必須控防結(jié)合，以控為主。

目前，降低噪聲分有三步，即降低聲源輻射、控制傳播途徑、保護接受者。前兩步為主要步驟，第三步工程中難度比較大，因為受限于種種條件，保護接受者投資規(guī)模太大，改變保護接受者幾乎無可能，所以只能選擇降低聲源輻射和控制傳播途徑這兩個合理有效的步驟來控制。

降低主變壓器產(chǎn)生噪聲源是最有效、最徹底的主動控制方法，但難度大[8]，主要受設(shè)備制造工藝和材料限制，且成本昂貴，只能在有限的范圍進行。控制噪聲傳播途徑，采取吸聲、消聲、隔聲等新技術(shù)降低變電站噪聲是行之有效的方法。

根據(jù)呼和浩特海亮戶內(nèi)110kV變電站站址所處的地理位置及四周環(huán)境，按照《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（見表1）噪聲排放限值要求，設(shè)計分別按Ⅰ類和Ⅱ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計方案對比論證，考慮到實際情況，并兼顧綜合經(jīng)濟效益和環(huán)境質(zhì)量，使海亮戶內(nèi)110kV變電站噪聲水平確保達(dá)到國家Ⅱ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，力爭達(dá)到國家Ⅰ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，即“爭Ⅰ保Ⅱ”。

表1 《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》最高限值表

3.2 變電站降低噪聲的具體方案

針對海亮110kV變電站的具體情況設(shè)計按照“爭Ⅰ保Ⅱ”的設(shè)想采用以下兩個方案。

1）方案一：A方案主變與散熱器不分體，環(huán)境按準(zhǔn)國家Ⅰ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)考慮；B方案主變與散熱器不分體，環(huán)境按準(zhǔn)國家Ⅱ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)考慮。

2）方案二：A方案主變與散熱器分體，環(huán)境按準(zhǔn)國家Ⅰ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)考慮；B方案主變與散熱器分體，環(huán)境按準(zhǔn)國家Ⅱ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)考慮。

以上2個方案中組合成4個小方案，其主要區(qū)別主變與散熱器分體與一體區(qū)別，就變壓器本體來說散熱器分體比一體貴2.5萬元，在此不再贅述，本文主要闡述環(huán)境噪聲按準(zhǔn)國家Ⅰ類和Ⅱ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。

1）兩個方案對主要設(shè)備噪聲源控制是一樣的，主變壓器采用自然油循環(huán)自冷低噪聲變壓器。

經(jīng)咨詢相關(guān)變壓器廠，從變壓器制造技術(shù)、工藝、材料方面來分析，降低噪聲主要措施：

（1）降低磁密，采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片。

（2）鐵心采用六級接縫工藝連接。

（3）優(yōu)化線圈繞制和壓緊工藝。

（4）器身和油箱增加隔震裝置。

（5）風(fēng)冷變壓器，風(fēng)機采用低噪聲產(chǎn)品。

（6）加大產(chǎn)品重量，在油箱加強鐵中灌沙子。

（7）增加減震墊。

從成本經(jīng)濟上分析，按照變壓器的聲級水平基本JB/T 10088規(guī)定，國家標(biāo)準(zhǔn)110kV容量為63MVA主變壓器噪聲水平要求為65dB，如噪聲水平降為60dB，需增加成本12萬元；如噪聲水平降為55dB，需增加成本30萬元；如噪聲水平降為50dB，需增加成本60萬元，如噪聲水平降到50dB以下就不劃算且制造非常困難。

按照2013年國家標(biāo)準(zhǔn)變壓器行業(yè)價格為225萬元/臺，海亮110kV變電站選用低噪聲（達(dá)到53dB）變壓器中標(biāo)價格為270萬元/臺，低噪聲變壓器比標(biāo)準(zhǔn)變壓器需增加45萬元/臺，選用低噪聲變壓器比國家標(biāo)準(zhǔn)變壓器增加制造成本為20%。就變壓器控制噪聲源來看經(jīng)濟上不太樂觀，在變壓器安裝地點采取相應(yīng)的降噪措施更合適。

2）從傳播途徑方面來分析，選用新型（新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新材料）環(huán)保型產(chǎn)品更為合適。針對海亮110kV變電站控制傳播途徑方面，設(shè)計提出以下兩個方案。

（1）方案一：主變與散熱器不分體，環(huán)境按國家Ⅰ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)考慮（見表2）。具體措施如下。

表2 方案一（主變本體與散熱器不分體，按環(huán)境Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)）概算表

注：以上概算單中包含主要設(shè)備及外購輔材的安裝。

①主變壓器室三面墻體安裝迷宮型雙層吸聲墻板，安裝高度12m，風(fēng)機房三面墻安裝單層填棉吸聲墻板，80mm厚，吸聲≥8dB。

②主變壓器正面安裝拆裝泄壓墻7000mm（寬）× 8000mm（高），泄壓墻模塊板100mm厚，每平方米板的質(zhì)量＜60kg，有效隔聲≥25dB。

③泄壓墻2000mm以下安裝雙開檢修小門。

④泄壓墻大梁地下層，開二個1200mm（寬）× 3000mm（長）×1500mm（深）的地下進風(fēng)井，并主變室屋頂安裝通風(fēng)消聲百葉窗進風(fēng)。

⑤每個主變風(fēng)機房安裝2臺離心風(fēng)機，2臺阻抗式消聲器，2臺靜壓箱（380V，25000m3/s風(fēng)量，1個電動風(fēng)閥約（3500mm×2000mm或4000mm× 1800mm），主變室安裝一個溫控探測儀和一個溫控箱。

（2）方案二：主變與散熱器分體，環(huán)境按國家Ⅱ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)考慮（見表3）。具體措施如下：

主變壓器選擇本體與散熱器分體，相對方案一綜合建筑中增加一個散熱器室，這樣增加一些輔助設(shè)施，主變室體積減少，增加2個通風(fēng)消聲百葉窗，厚400mm。

散熱器室正立面墻安裝通風(fēng)百葉窗和一個雙開檢修小門（100mm或240mm厚）；主變室與散熱室墻體安裝一個聯(lián)動風(fēng)閥（3000mm×1500mm高），2臺軸流風(fēng)機離心風(fēng)機（380V，25000m3/s風(fēng)量），1個溫控探測儀和一個溫控箱。相對方案一取消隔聲門和鋼格柵及相應(yīng)的輔助設(shè)施。

表3 方案二（主變本體與散熱器分體，按環(huán)境Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)）概算表

注：以上概算單中包含主要設(shè)備及外購輔材的安裝。

表4 兩個方案綜合技術(shù)經(jīng)濟比較表

注：以上概算中是單臺主變壓器數(shù)值。

通過以上兩個方案降噪方案技術(shù)經(jīng)濟分析來看，各有優(yōu)缺點。呼和浩特海亮戶內(nèi)110kV變電站降噪最終方案采用組合方案，即主變壓器選用主變本體與散熱器一體低噪聲變壓器（噪聲要求達(dá)到了小于53dB）[9-10]；綜合建筑物中主變室內(nèi)部加裝吸收噪聲和隔聲裝置；主變壓器室采用自然通風(fēng)；通風(fēng)采用消聲百葉窗；墻上軸流風(fēng)機安裝消聲器消聲；取消強排風(fēng)風(fēng)機系統(tǒng)；環(huán)境噪聲按準(zhǔn)國家Ⅰ類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，最終一臺主變的降噪投資相對增加費用為81.4萬元（含主變本體低噪聲增加費用）。

通過噪聲預(yù)測在該變電站2臺主變壓器均滿負(fù)荷運行后，廠界只有綜合樓墻體隔聲情況下進行預(yù)測計算時，預(yù)測結(jié)果為：變電站四周廠界處噪聲值均小于45dB(A)，滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中1類標(biāo)準(zhǔn)（晝間55dB(A)、夜間45dB(A)）。

噪聲預(yù)測等值線預(yù)測如圖1所示。

圖1 噪聲預(yù)測等值線預(yù)測

2015年12月投產(chǎn)后，環(huán)保部門驗收時噪聲指標(biāo)均達(dá)到要求值，變壓器室內(nèi)監(jiān)測點噪聲監(jiān)測值為49.0dB(A)，綜合樓室外監(jiān)測點噪聲監(jiān)測值為45.2dB(A)。廠界處監(jiān)測點噪聲監(jiān)測值為45.4dB(A)，廠界噪聲滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)分析廠界噪聲不滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)是由于變電站位于繁華商業(yè)區(qū)，且東側(cè)距離錫林南路約200m，南側(cè)距大學(xué)西街約300m，超標(biāo)主要原因可能是交通噪聲影響。

4 變電站降低噪聲設(shè)計方案優(yōu)化

隨著城市用電負(fù)荷不斷增加，有些變電站不得不建設(shè)在城市中心，噪聲問題日顯突出，城市變電站降低噪聲設(shè)計方案優(yōu)化尤為重要，應(yīng)從工程設(shè)計、施工、環(huán)保監(jiān)測等綜合考慮。對新建城市變電站在規(guī)劃選址、設(shè)備設(shè)計選型、站區(qū)平面布置、建筑物布局科學(xué)安排，同時，拓展多方案組合的設(shè)計思路。

目前，國家非常重視噪聲污染，相繼出臺了環(huán)境防治噪聲的一系列法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、政策，這些對工程建設(shè)和設(shè)計提出了更高更嚴(yán)的要求。城市變電站降低噪聲設(shè)計方案優(yōu)化應(yīng)考慮以下幾點。

1）優(yōu)化總平面布置，按全戶內(nèi)變電站設(shè)計，把產(chǎn)生噪聲設(shè)備布置在戶內(nèi)，減少噪聲源的輻射。

2）電氣設(shè)備選擇低噪聲設(shè)備，在編制設(shè)備招標(biāo)技術(shù)規(guī)范時，明確規(guī)定最低噪聲的限值。

3）明確設(shè)備安裝及連接的隔聲措施設(shè)計說明，并制定標(biāo)準(zhǔn)工藝設(shè)計方案。

4）綜合建筑物設(shè)計時充分考慮朝向，將產(chǎn)生噪聲的設(shè)備間布置在環(huán)境非敏感區(qū)方向或保持足夠距離，減小噪聲影響范圍，同時，還要考慮吸聲、隔聲、削聲等降噪的措施可實施性。

5）大膽采用新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新材料的環(huán)保方案應(yīng)用。

6）針對具體工程，優(yōu)化降低噪聲設(shè)計組合方案，并進行多方案比較論證。

7）按照《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》噪聲排放限值要求，在環(huán)境敏感地區(qū)相對提高一級環(huán)境類別標(biāo)準(zhǔn)。

針對海亮戶內(nèi)110kV變電站的特點及以上分析，本工程降低噪聲設(shè)計方案：①優(yōu)化了總平面布置將主壓器布置在站區(qū)非敏感區(qū)的東南角；②將綜合樓緊湊壓縮，同時在主變間加裝了新型材料的迷宮型雙層吸聲墻板、泄壓墻和通風(fēng)消聲百葉窗； ③主變風(fēng)機房安裝阻抗式消聲器；④主要電氣設(shè)備選擇低噪聲設(shè)備，特別是主變壓器編制招標(biāo)技術(shù)規(guī)范時，明確規(guī)定最低噪聲（53dB）的限值；⑤編制了設(shè)備安裝及連接的隔聲措施設(shè)計說明，并制定施工標(biāo)準(zhǔn)工藝設(shè)計方案；⑥建議將通透性柵欄圍墻改為墻體及墻體表面采用吸聲材料好的實體圍墻。

5 結(jié)論

本文通過對呼和浩特海亮戶內(nèi)110kV變電站的降低噪聲設(shè)計方案實施和效果分析，提出了城市戶內(nèi)變電站降噪隔聲的組合設(shè)計方案。根據(jù)噪聲特點結(jié)合變電站運行中電氣設(shè)備、土建等方面遇到的問題，分析了噪聲對周圍環(huán)境的影響，選用低噪聲主設(shè)備，采取主變室內(nèi)部吸聲，主變室門隔聲，消聲百葉窗通風(fēng)吸聲，同時選用低噪聲的通風(fēng)機械，降噪分項工程實施過程中一次性完成，實現(xiàn)了聲環(huán)境指標(biāo)的達(dá)標(biāo)，最終達(dá)到人居環(huán)境的安全與電力建設(shè)的和諧發(fā)展，建設(shè)環(huán)境友好型社會。

按照《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》噪聲排放限值要求，今后在城市變電站的設(shè)計中應(yīng)從選址、站區(qū)總平面布置、設(shè)備選擇、土建等方面綜合考慮，針對具體工程具體問題具體分析，優(yōu)化降低噪聲設(shè)計組合方案，為了更有效解決變電站的噪聲問題，建議在環(huán)境敏感地區(qū)，設(shè)計按照《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》噪聲排放限值要求，相對提高一級環(huán)境類別標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 中華人民共和國環(huán)境保護法[M]. 中國法制出版社, 2014.

[2] 中華人民共和國環(huán)境污染防治法[M]. 中國法制出版社, 2014.

[3] HJ/T 2.4—1995. 環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則－聲環(huán)境[S].

[4] HJ 616—2011. 建設(shè)項目環(huán)境影響技術(shù)評估導(dǎo)則[S].

[5] 趙宏飛, 姜寧, 馬宏忠, 等. 變電站內(nèi)噪聲研究及控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電網(wǎng)與清潔能源, 2015, 31(10): 55- 60.

[6] GB 3096—2008. 聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

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

[8] 程學(xué)啟, 于振江, 張洪書, 等. 110kV戶內(nèi)站消噪泄壓產(chǎn)品的設(shè)[J]. 勘測設(shè)計, 2015(3): 57-60.

[9] DL/T 5222—2005. 導(dǎo)體及電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定[Z]. 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會, 2005: 31-35.

[10] 電力工程電氣設(shè)計手冊(電氣一次部分)[M]. 北京: 中國水利電力出版社, 2002.

[11] GB/T 17468—2008. 電力變壓器選用導(dǎo)則[S].

[12] GB/T 1094.10—2003. 電力變壓器 第10部分: 聲級測定[S].

Analysis on the optimization of urban design of indoor substations to reduce noise

Cao Xiaoyi

(Inner Mongolia Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd, Hohhot 010020)

Briefly city households within power station produced noise features, analysis control noise principle and method, proposed city households within substation reduced noise design programme, from source control, and biography sound way control, and select low noise equipment, and reasonable used buildings across sound, and sucking sound design, and pollution and the protection, several aspects integrated for test, optimization has households within substation reduced noise design integrated technology economic programme, effective to control noise on pollution of effect, improve people home environment of health.

noise; transformer substation; noise reduction; optimization

2017-11-15

曹效義（1966-），男，內(nèi)蒙古人，高級工程師、國家注冊電氣工程師，主要現(xiàn)從事電力設(shè)計工作。