某220kV城区变电站噪声分析与治理

2015-12-17陈昕

安徽水利水电职业技术学院学报 2015年2期

关键词：变压器

某220kV城区变电站噪声分析与治理

陈昕

(广东电网有限责任公司汕头供电局，广东汕头515041)

摘要:针对汕头城区220 kV广兴变电站噪声超标扰民的现象，研究了噪声的频谱特性及衰减规律，确定了噪声源，提出了合理建筑结构设计结合隔声吸声设计的噪声治理措施。

关键词:变压器；低频噪声；噪声治理

收稿日期：2015-03-30；修回日期：2015-04-01

作者简介：陈昕(1984-)，男，工程硕士，主要从事电网化学、环保、电测、电能以及热工技术监督工作。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2015.02.021

中图分类号：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广兴变电站为汕头市区的半户内式无人值班变电站，地处韩江路(东西走向)与衡山路(南北走向)交界西南侧。变电站于2009年由110 kV变电站升级改造为220 kV变电站，配备2台容量为180 MVA的主变压器，日均峰值负荷不超过50 MW，冷却方式均为油浸自冷/油浸风冷(ONAN/ONAF)，虽缓解了该区域的用电矛盾，但却陆续接到附近居民对噪声影响的投诉。

1　监测结果

根据文[1]、文[2]、文[3]及汕头市政府[2010]44号文《关于颁布汕头市声环境功能区划的通知》相关要求，220 kV广兴变电站执行4类厂界外声环境功能区标准，其厂界环境噪声排放限值为昼间小于70 dB(A)、夜间小于55 dB(A)；变电站的周围区域属于4a类声环境功能区，环境噪声等效声级限值为昼间小于70 dB(A)、夜间小于55 dB(A)。

220 kV广兴变电站东侧和北侧的厂界噪声夜间监测结果如表1所列，可见噪声均大于57 dB(A)，A住宅小区居民楼天台的测试点夜间噪声测定值为59.1 dB(A)，夜间噪声排放已经超出国家规定的标准限值。

表1　未降噪前广兴站边界噪声监测结果　　　　　　　　　　　dB(A)

2　噪声的产生与特性分析

2.1噪声源分析

变电站的噪声按照其产生的机理，一般可分为气体动力性噪声、机械噪声和电磁性噪声3种。

首先是变压器运行时硅钢片磁致伸缩、电磁作用以及漏磁引起的绕组振动都会引起噪声。当铁芯的固有频率和磁致伸缩振动的频率接近，或者油箱及其附件的固有频率与铁芯振动频率接近时，产生共振会导致本体噪声进一步增大。主变的冷却系统也是重要噪声源，一方面主变风机运行时会产生振动辐射噪声；另一方面由主变本体的振动传递给冷却装置，使冷却装置振动加剧。另外，裸露的高压线和部分电气设备电晕放电时也会产生噪声。

由于220kV 广兴变电站为半户外变电站，只有2 台主变被设置在户外，其余电气设备均被设置在变电站室内，结合环保监测部门的厂界噪声测试结果，判断造成噪声扰民的变电站噪声主要是由户外的220 kV变压器运行时，硅钢片的磁致伸缩和绕组中的电磁力引起的电磁噪声和变压器冷却装置运转引起的机械噪声。主变作为固定设备，其排放的噪声通过建筑物结构传播至噪声敏感建筑物室内时，A住宅小区夜间室内噪声监测如表2所列，参照4类声功能区的噪声敏感建筑物室内等效声级排放限值标准，250 Hz和500 Hz倍频带都出现了超标现象，符合主变是主要噪声源的结论。

表2　未降噪前A住宅小区噪声监测结果　　　　　　dB

2.2噪声频率特性分析

现阶段变电站噪声标准是以等效A声级为标准，未考虑频率成分尤其是低频噪声对人体的影响。最近研究表明，因为低频噪声与人体各部分器官的固有频率相接近，对人体危害更大，会引起强烈的生理和心理不适感。

噪声频率特性分析有助于了解和识别主要噪声源的性质，频谱中各峰值对应的频率就是由某种噪声源产生的，通过主要峰值识别对应的主噪声源，为降噪工程提供依据。220 kV广兴站这种半室内的主变产生噪声遇到墙体后发生反射，反射声与直达声混合使得声源处的声级水平增大。本文采用PULSE 7700系统测量主变表面各点的声压，测量时采用网格布点法，即横纵2个方向上每间隔1 m设1个采样点。

图1　广兴站#1主变表面不同高度声压频谱图

(1) 不同高度的声压频谱研究。220 kV广兴变电站#1、#2两台主变的东侧及顶部均无遮拦，不同高度处的声压值有所不同。以#1主变为例，主变表面1.2 m、2 m和3 m三个不同高度的声压频谱如图1所示。

#1主变表面在3个不同高度的峰值频率一致，都为100 Hz和315 Hz，而且不同频率处的声压数值相近，说明变压器表面噪声的频谱规律与高度无关。磁致伸缩导致铁芯励磁时的周期性振动，通过铁芯和绕组构成的变压器器身向四周传递振动，因此主变表面不同高度处的声压水平相差不大。

图2　广兴站#1主变表面不同侧面声压频谱图

(2)不同侧面的声压频谱研究。220 kV广兴变电站#1、#2两台主变的东侧无遮拦，而西、南、北三侧均设置了围墙。以#1主变为例，主变不同侧面的声压频谱如图2所示，其中S2为东侧。

#1主变不同侧面声压频谱的升降趋势和峰值频率一致，峰值频率为100 Hz和315 Hz。图3红线S2代表东侧无障碍物阻挡的一面，其声压数值略低于其他三个侧面，说明面声源声波遇到障碍物后反射，能与原声场叠加，从而增加噪声水平。

2.3噪声衰减特性分析

对噪声衰减的分析，根据噪声传播过程中是否受到阻隔，区分两种情况：一种是噪随距离增加，噪声水平自然衰减，直至衰减到背景噪声水平；另一种是噪声在传播过程中受到阻隔，在隔挡物另一侧的噪声会有较大幅度衰减。220 kV广兴变电站2台半户外式主变同时存在这2种情况，如图3所示设置4个路线，对噪声源的200 Hz、315 Hz、500 Hz和800Hz共4个频率研究其衰减特性。

图3　广兴站4条衰减特性路径示意图

图4～7依次为路线1-4的噪声随距离衰减特性曲线。4条路径不同频率噪声的衰减属于发散性衰减，其衰减量与距离的平方成反比，衰减速率由快变慢，在40 m后的衰减量几乎接近0。不同于完全露天主变的噪声没有反射声场的叠加效应，向四面八方传播，噪声衰减至背景噪声的速率较快；广兴站主变的其中三面为刚性反射面，噪声基本朝向无阻挡的东侧传播，其半自由空间中任一点的声压都是直接辐射到该点的声压和从反射到该点的声压的叠加。

路线2和3的噪声衰减路径上存在障碍物情况，低频噪声得到有效衰减，500 Hz以下噪声衰减量在20 dB左右。路线1和4无阻挡，其低频噪声的衰减不明显。

2.4A住宅小区顶楼夜间噪声分析

对A住宅小区顶楼夜间噪声衰减进一步分析，由表3可知，影响该居民楼的噪声以低频噪声为主，

表3　A住宅小区顶楼噪声监测结果

噪声的峰值出现在频率315 Hz。由于小区居民楼天台至广兴站变压器直线距离之间无障碍物阻挡，按照点声源声压计算公式求出315 Hz声压级数值约为30 dB，小于实测值50.31 dB，可能是逆温层的存在，夜间气温随着高度增加而增高，即住宅小区楼层高处的空气密度小，导致声音由下向上传播过程中，声线离开法线向外侧偏折，辐射至楼顶的声波数明显增加，表现为该频段声压级数值增大。其监测结果如表3所列。

3　噪声的治理措施与效果

3.1降噪工程基本思路

控制噪声的主要方法，首先是降低噪声源发出的噪声，其次是在噪声达到人耳之前，采取阻尼、隔振、吸声、隔声、消声器、个人防护和合理布局等方法，尽量减弱或降低噪声源的振动，或将传播途中的声能吸收，或减弱对耳膜的作用等，从而实现控制和治理噪声的目的。对噪声的控制，应综合合理建筑结构设计、隔声及吸声设计等方案优点，才能有效控制噪声对人的影响。

220 kV广兴变电站内主要噪声源的主变运行噪声属于低频噪声，由于目前尚无对低频噪声有高吸声系数的材料，针对该噪声源及其传播衰减特性，同时降低噪声在墙面上多次反射造成的混响效应，采用东侧安装拆装式通风消音门及其余3侧加挂吸音墙的“吸声”和“消声”相结合的治理方案。

3.2降噪工程具体措施

(1)主变室加装通风消音门。#1、#2主变的东面作为噪声重要传播途径，采用JS-105型拆装式消声隔音门进行噪声的有效阻隔，如图8所示。大门外面板采用1.2 mm厚覆膜钢板，基材为镀锌钢板；内面板为热镀锌百叶型冲孔吸声板；中间填充防火吸音材料。每樘大门下部加装镀锌钢板制成的消声百叶窗，其吸声采用折板阻性吸声片，吸声面积大兼具通风作用。

图8　#1主变加装通风消音门示意图

(2)主变室加装吸音墙。#1、#2主变的西、南、北三侧墙面装设吸音墙，吸音墙表面为百叶型冲孔板，厚度为0.8 mm；内填充70 mm厚防火吸音棉板，并用玻璃纤维布及钢铝板网包裹；将吸音墙分成若干个单元，通过轻钢龙骨支撑固定于墙上。其中#1主变北面靠韩江路侧主变防火墙填充砖砌体后，吸音墙制作至13 m高，其余吸音墙高度为9 m。

如图9所示，吸音墙纤维多孔吸声材料内部存在大量微小连通孔隙，使入射到吸音墙的噪声由于阻尼作用不断发生热交换，部分声能被转化为热能逸散；纤维多孔吸声材料与百叶穿孔板之间的空气层构成亥姆霍兹共振体，噪声于此处产生剧烈共振，也损耗了部分声能。上述特殊结构对中宽频治理突出，对低频噪声也具有良好的吸收效果，平均隔声量约25 dB，平均吸声系数在0.65～0.9之间。