城市電網(wǎng)大型變電站環(huán)境噪聲調(diào)查及治理建議

徐圣俊

(上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200002)

1 城市電網(wǎng)大型變電站噪聲調(diào)查

城市電網(wǎng)大型變電站噪聲調(diào)查的對(duì)象是高壓、特高壓變電站的噪聲。在調(diào)研噪聲源及其特性的基礎(chǔ)上，完成了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，總結(jié)了變電站噪聲傳播特性[1-3]。

當(dāng)前變電站降噪工程需要將已有降噪方案的優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)與通用設(shè)計(jì)相結(jié)合，從降噪的角度，為新建變電站設(shè)計(jì)或舊變電站的改造提供依據(jù)[4]。前期調(diào)研包括文獻(xiàn)調(diào)研，以及對(duì)現(xiàn)有的20余份環(huán)評(píng)報(bào)告的閱讀分析，特別是針對(duì)110、220、500 kV變電站，整理出站界噪聲特點(diǎn)、常用降噪聲措施等，為降噪軟件設(shè)計(jì)、降噪工藝文件編寫、降噪器件研制等提供參考。

110、220 kV電壓等級(jí)各選取代表性的4座電站，分析它們的晝間和夜間的實(shí)測(cè)噪聲。以其中的部分電站為例，如110 kV的電站為NC、QY、DM、ZL四座變電站，220 kV的為BL、JM、JH、WZ四座變電站。變電站的站界噪聲的均值和分散程度分析結(jié)果如圖1和圖2所示。根據(jù)站界噪聲分布情況，找出“優(yōu)秀”的電站和“異常”的電站，分析產(chǎn)生這些結(jié)果的原因，為后續(xù)的降噪尋找優(yōu)秀的范例和發(fā)現(xiàn)需要注意事項(xiàng)。

圖1 四座110 kV變電站站界噪聲統(tǒng)計(jì)分布

圖2 四座220 kV變電站站界噪聲統(tǒng)計(jì)分布

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

本文于2017年3月分別對(duì)某220 kV變電站、某500 kV變電站進(jìn)行了實(shí)測(cè)，具體信息見表1。

表1 噪聲實(shí)測(cè)記

3 測(cè)試結(jié)果分析

本文對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析和聲級(jí)分析。等效A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)計(jì)算：

(1)

式中N——某測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。

(1)220 kV主變(室內(nèi))測(cè)試示意圖見圖3。

圖3 220 kV主變測(cè)試點(diǎn)示意圖

主變室內(nèi)四周墻壁具有較好的吸音效果。

頻譜分析，測(cè)點(diǎn)1,2,3的頻譜圖如圖4所示。

圖4 測(cè)點(diǎn)1,2,3的頻譜圖

噪聲能量集中在100 Hz的諧頻成份上，各測(cè)點(diǎn)能量最高的諧頻不盡相同。

各諧頻由高到低為：大致為 300 Hz→200 Hz→100 Hz。

各測(cè)點(diǎn)噪聲等級(jí)(測(cè)量時(shí)段內(nèi)平均，1 min)。220 kV主變(室內(nèi))6個(gè)測(cè)點(diǎn)的噪聲值見表2。

表2 220 kV主變(室內(nèi))6個(gè)測(cè)點(diǎn)的噪聲值

(2)500 kV主變(室外)測(cè)試示意圖見圖5。

圖5 500 kV主變測(cè)試點(diǎn)示意圖

頻譜分析，測(cè)點(diǎn)3,4,1的頻譜圖見圖6。

圖6 測(cè)點(diǎn)3、4、1頻譜圖

頻譜分析，測(cè)點(diǎn)3,5,2的頻譜頻譜圖見圖7。

圖7 測(cè)點(diǎn)3、5、2頻譜圖

噪聲能量不僅集中于100 Hz諧頻，50 Hz的諧頻也有很大的能量分布。除100 Hz外，其余噪聲能量主要集中在300～450 Hz。各諧頻由高到低為：100、400、350、300、450 Hz等。500 kV主變(室外)各測(cè)點(diǎn)噪聲等級(jí)見表3。

表3 500 kV主變(室外)各測(cè)點(diǎn)噪聲等級(jí)表

(3)500 kV電抗器(室內(nèi))測(cè)試點(diǎn)示意圖見圖8。

圖8 500 kV電抗器測(cè)試點(diǎn)示意圖

頻譜分析，測(cè)點(diǎn)1,2,3的頻譜圖見圖9。

圖9 測(cè)點(diǎn)1、2、3頻譜圖

測(cè)點(diǎn)13,12,14的頻譜圖見圖10。

圖10 測(cè)點(diǎn)13、12、14頻譜圖

各諧頻由高到低為：100 Hz→200 Hz→300 Hz, 且能量主要集中在100 Hz。

500 kV電抗器(室內(nèi))各測(cè)點(diǎn)噪聲等級(jí)見表4。

表4 500 kV電抗器(室內(nèi))各測(cè)點(diǎn)噪聲等級(jí)

4 變電站變壓器噪聲傳播特性

變壓器(包括帶有氣隙的鐵心電抗器)的本體振動(dòng)完全取決于鐵心的振動(dòng)。鐵心的磁致伸縮振動(dòng)通過(guò)鐵心墊腳和絕緣油這兩條途徑傳遞給油箱壁，使箱壁(包括磁屏蔽等)振動(dòng)而產(chǎn)生本體噪聲，以聲波形式均勻地向四周發(fā)射，這就是變壓器(包括帶有氣隙的鐵心電抗器)本體噪聲的機(jī)理。

根據(jù)這些原理，結(jié)合各變壓器的聲功率曲線，可以看出，變壓器的噪聲呈全頻帶分布，中低頻能量較大。在頻率為100 Hz及200 Hz處，聲功率級(jí)曲線出現(xiàn)明顯的峰值，這反映了變壓器本體噪聲的基頻和諧頻。而聲功率級(jí)曲線的高頻部分則包含了變壓器冷卻裝置振動(dòng)引起的噪聲成分。

(1)220 kV變壓器噪聲特性。220 kV變壓器噪聲頻率主要集中在500 Hz以下。其中300 Hz與100 Hz的頻率分量峰值較為明顯。其原因在于變壓器磁致伸縮產(chǎn)生的振動(dòng)周期為半個(gè)工頻周期，因此變壓器噪聲表現(xiàn)出以2工頻為基頻的特征。

(2)500 kV變壓器噪聲特性。500 kV變壓器噪聲頻譜較寬，其能量主要集中在300～450 Hz，以及100 Hz。此時(shí)的頻率不僅包括100 Hz的諧頻，還包括50 Hz的諧頻成份。有研究指出，空載和輕載時(shí)磁致伸縮是鐵心振動(dòng)的主要原因，滿載和過(guò)載情況下繞組洛倫茲力對(duì)變壓器振動(dòng)的貢獻(xiàn)不能忽視。而電磁力(洛倫茲力)的頻譜以50 Hz諧頻出現(xiàn)，包括50，100 Hz等。

(3)500 kV高壓電抗器噪聲特性。500 kV高壓電抗器噪聲主要集中在低頻500 Hz以內(nèi)，其中100 Hz峰值最為明顯。其他還主要包括200，300 Hz的噪聲。

5 噪聲治理建議和意見

對(duì)變電站的噪聲源來(lái)講，最主要的是變壓器及其冷卻裝置產(chǎn)生噪聲，通常對(duì)變壓器噪聲的控制措施主要有以下幾種。

(1)合理布局。從建筑設(shè)計(jì)和布局上考慮減少噪聲的方案應(yīng)受到高度重視。如在城區(qū)變電站，可將變壓器布置于室內(nèi)，選用GIS設(shè)備，在室內(nèi)考慮布置吸聲材料，采用吸聲結(jié)構(gòu)等。在變電站布局規(guī)劃時(shí)，將變壓器布置在遠(yuǎn)離居民住宅、醫(yī)院、療養(yǎng)院和學(xué)校等需要安靜的地方，減少變壓器噪聲對(duì)這類地區(qū)的影響。對(duì)于室內(nèi)變電站，主變房的通風(fēng)大門應(yīng)設(shè)計(jì)在無(wú)敏感點(diǎn)的一側(cè)。

(2)優(yōu)化設(shè)備和工藝。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講，設(shè)計(jì)制造部門應(yīng)優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)方案，改進(jìn)制造工藝，降低變壓器運(yùn)行中的噪聲。使用部門在設(shè)計(jì)選型和訂貨時(shí)，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，提出有關(guān)運(yùn)行噪聲的技術(shù)要求。對(duì)已運(yùn)行的變壓器等設(shè)備，還可采用低速潛油泵代替高速潛油泵等措施來(lái)降低運(yùn)行噪聲。檢修、調(diào)試設(shè)備時(shí)，應(yīng)保證風(fēng)扇平穩(wěn)運(yùn)行，避免因轉(zhuǎn)動(dòng)部分與外緣相碰撞、摩擦而產(chǎn)生附加噪聲。

(3)吸、隔聲屏障。設(shè)置吸、隔聲屏障，將消聲通風(fēng)百葉隔聲結(jié)構(gòu)與隔聲板組合成適宜的吸、隔聲結(jié)構(gòu)是降低變壓器噪聲的有效辦法。根據(jù)周圍監(jiān)測(cè)的環(huán)境噪聲水平和敏感點(diǎn)的分布情況，采用相應(yīng)形式的隔聲屏，全封閉、半封閉、某一角度隔離等。然后檢測(cè)噪聲特性、水平和敏感點(diǎn)位置以及需要散發(fā)的熱量來(lái)計(jì)算隔聲屏的形式、高度、長(zhǎng)度、厚度、結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。隔聲屏通常能有效降低噪聲水平為10～15 dB，適用于中高頻的噪聲治理。

(4)降聲罩。降聲罩將變壓器隔離在一封閉空間內(nèi)，可使噪聲降低20～30 dB。降聲罩的設(shè)計(jì)包含了罩內(nèi)的吸聲處理，以防止混響；變壓器的通風(fēng)散熱需求，以保證變壓器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；以及安全距離和檢修的需要等。

(5)隔振墊根據(jù)變壓器的型號(hào)選擇合適的隔振墊或者隔振器，減少變壓器的振動(dòng)，從而控制噪聲對(duì)環(huán)境的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

變壓器噪聲的聲功率級(jí)與其電壓等級(jí)和運(yùn)行負(fù)荷密切相關(guān)，電壓等級(jí)越高、運(yùn)行負(fù)荷越大其聲功率級(jí)越大，但其噪聲的頻譜特性類似，主要聲能量都分布在基頻50 Hz及其倍頻100 Hz和200 Hz處，以及315 Hz和630 Hz處，總體集中于100～500 Hz。

引起變電站噪聲超標(biāo)的主要原因有下幾種情況：聲源布局的不合理，過(guò)于靠近站界，衰減距離不夠，導(dǎo)致這部分站界超標(biāo)；郊區(qū)變電站進(jìn)入主城區(qū)，導(dǎo)致變電站所處聲環(huán)境區(qū)域發(fā)生改變；變電站周圍被高層居民樓形成“桶式”包圍結(jié)構(gòu)，變電站處于桶底，聲音只能向高處傳遞，引起高層居民噪聲超標(biāo)投訴。