變電站的噪聲分析與治理方案

1、變電站的噪聲分析與治理方案于香英，張惠敏，杜月橋天津市電力公司技術(shù)中心（天津， 300022 ）【摘要】 通過對(duì)某市電網(wǎng)變電站噪聲水平現(xiàn)狀的監(jiān)測(cè)，結(jié)合噪聲特性和變電站的布局，對(duì)城區(qū)內(nèi)的變電站 環(huán)境噪聲治理提出相應(yīng)的解決方案 ?！娟P(guān)鍵詞】 變電站；噪聲；治理The Analysis of Electricity Substation and ControlYU Xiang-ying, ZHANG Hui-min, DU Yue-qiaoThe Technology Center of Tianjin Electric Power Corporation （Tianjin, 300022）【 Ab

2、stract 】 Based on monitoring the noise level from the Electricity Substation of one Grid Corporation, the analysis of its characteristics combined with the layout of substations is described, accordingly the main measures for typical station is given.【 Key words】 Electricity Substation ； Noise； Cont

3、rol引言近幾年隨著城市建設(shè)的發(fā)展，工業(yè)和居民用電量增長(zhǎng)很快。特別是夏季的用電高峰期間，變電站的負(fù) 荷率都很高，噪聲很大。尤其是居民密集區(qū)的變電站的噪聲引起的居民投訴頗多。且變電站噪聲影響引起 的糾紛、上告事件逐步增多，污染繳費(fèi)也會(huì)逐步開展。所以，如何解決變電站的噪聲污染對(duì)周圍居民的影 響已經(jīng)勢(shì)在必行。1. 電力變電站的噪聲分析某市電力公司輸變電系統(tǒng)共分5個(gè)等級(jí)，500KV 220KV 110KV、35KV及10KV配變電站。變電站的類型多種多樣，有露天站、室內(nèi)站、半室內(nèi)站。220KV變電站深入市區(qū)，其中以35KV變電站及線路構(gòu)成了城區(qū)供電的主網(wǎng)架。位于一、二類地區(qū)的35KV變電站有78座。為

4、加強(qiáng)變電站噪聲的監(jiān)督監(jiān)測(cè)，天津市電力公司環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站對(duì)公司現(xiàn)有的坐落于一、二類地區(qū)的35KV及以上所有變電站進(jìn)行夜間廠界環(huán)境噪聲（變電站圍墻外 1米處）測(cè)試，并對(duì) 110KV及以上所有變電站全部進(jìn)行電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)。本次共測(cè)試 176 個(gè)變電站。從測(cè)試結(jié)果來看，所有監(jiān)測(cè)的變壓器本體噪聲水平全都符合標(biāo)準(zhǔn)，但變壓器本體噪聲水平 相差較大。一部分老變壓器、封閉型的變壓器，特別是強(qiáng)制風(fēng)冷的風(fēng)扇及電機(jī)噪音偏大；一部分變壓器風(fēng) 扇及其電機(jī)噪聲較大 。風(fēng)冷變壓器噪聲值大多在 70 dB (A) 以上 ，最高達(dá)到 88 dB(A) 。開風(fēng)扇與不開 風(fēng)扇噪聲水平相差約 8 分貝。另外，即使是國(guó)產(chǎn)的同一型號(hào)不同生產(chǎn)

5、廠家的變壓器噪聲水平相差有 6 分 貝。由于以往對(duì)變壓器噪聲水平及變電站的隔聲性能幾乎沒有明確要求，使目前幾乎所有的老變電站的噪 聲水平不太理想。尤其位于城區(qū)內(nèi)的一、二類地區(qū)的變電站的廠界夜間噪聲范圍在 45-70 分貝之間。離設(shè) 備區(qū)近的地方，噪聲明顯增大。變電站外的噪聲值與變壓器的距離和相對(duì)位臵有很大的關(guān)系，與變壓器僅 一墻之隔時(shí)，站外噪音聲級(jí)就很高，且衰減很慢。2. 噪聲治理方案2.1 噪聲源變電站一般有變壓器、開關(guān)室、控制室等組成。變電站的主要噪聲來源是變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁噪 聲，遠(yuǎn)大于母線的電暈噪聲。有的變電站還有冷卻機(jī)產(chǎn)生的氣流噪聲和機(jī)械噪聲。鐵心硅鋼片的磁致伸縮 現(xiàn)象是產(chǎn)生變壓

6、器噪聲的主要原因。機(jī)械噪聲則是設(shè)備振動(dòng)、冷卻裝臵引起的。冷卻裝臵包括冷卻風(fēng)扇、 油泵等。當(dāng)變壓器加電投入運(yùn)行時(shí)，變壓器油泵也要投入運(yùn)行。油泵在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，輻射噪聲。當(dāng) 外界環(huán)境氣溫較高時(shí)，為了加強(qiáng)冷卻效果，冷卻風(fēng)扇也要投入運(yùn)行，同時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，輻射噪聲。2.2 噪聲特性根據(jù)文獻(xiàn)，電力變壓器的噪聲屬于中低頻噪聲，對(duì)噪聲值貢獻(xiàn)最大的頻率是250HZ和500HZ;風(fēng)冷機(jī)械噪聲屬于中高頻噪聲，對(duì)噪聲值貢獻(xiàn)最大的頻率為1KHZ和2KHZ變壓器的噪聲是不穩(wěn)定的，空載或運(yùn)行功率低時(shí)，噪聲水平相對(duì)較低，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)一般噪聲級(jí)水平較高。從噪聲的控制角度看，噪聲的頻率 越低，治理難度越大，因?yàn)榈皖l噪聲的波長(zhǎng)長(zhǎng)

7、，隨距離衰減率低，也不易被吸收。2.3 噪聲的傳播途徑露天站的變壓器噪聲一般無構(gòu)筑物阻擋 , 噪聲對(duì)邊界和居民的影響屬于直線傳播，衰減量小。衰減量 的大小直接取決于廠界的大小。室內(nèi)站是變壓器安裝在變壓器室內(nèi)，變壓器聲音傳至墻壁時(shí)發(fā)生反射，和 直達(dá)聲混合向外傳播，聲音相互疊加。室內(nèi)變壓器的噪聲主要通過通風(fēng)百葉窗對(duì)外傳播，所以對(duì)門口方向 的敏感點(diǎn)影響較大。通風(fēng)百葉窗外 1 米處的噪聲與室內(nèi)相比有 6-10 分貝的衰減。半室內(nèi)布臵是變壓器在 室外布臵，只是在變壓器之間加一隔聲墻，其他方向開放。這樣，變壓器之間干擾小，且封閉側(cè)的噪聲衰 減程度大，開放側(cè)無建筑物的阻擋，聲波直線傳播。2.4 治理方案噪聲

8、污染構(gòu)成包括噪聲源、傳播途徑和接受者三個(gè)要素。只有這三個(gè)要素同時(shí)存在，才構(gòu)成噪聲對(duì)環(huán) 境的污染和對(duì)人的危害。因此，在任何一個(gè)要素方面采取切實(shí)有效的措施，都能取得實(shí)際效果。變電站噪 聲治理主要從噪聲源和傳播途徑兩方面進(jìn)行。降低變壓器本身的噪聲（噪聲源）是最有效、最徹底的主動(dòng) 控制，但難度很大；所以現(xiàn)在的研究大都是被動(dòng)控制，既在聲源的傳播途徑上采取隔聲、吸聲、消聲、隔 振等技術(shù)降低變電站噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。對(duì)噪聲源的控制可以考慮以下方面： 根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，即使是同一電壓、功率等級(jí)的變壓器在運(yùn)行中的噪聲水平相差近 10 個(gè)分貝。所以應(yīng) 選擇同一型號(hào)的低噪聲水平的廠家的變壓器。因?yàn)楣桎撈拇胖律炜s受到

9、許多因素的影響。鐵心片加工和 裝配工藝方法的不同，導(dǎo)致同一規(guī)格的硅鋼片制造的水平會(huì)有較大的差異。 所以，對(duì)于不同廠家的變壓器 噪聲水平應(yīng)加強(qiáng)了解，加強(qiáng)監(jiān)督變壓器的制作過程和材料選擇，為新變電站的設(shè)計(jì)和老變電站的改造提供 技術(shù)依據(jù)。另外可以采用降低冷卻裝臵及風(fēng)機(jī)的噪聲手段。冷卻裝臵噪聲大小不一，引起的變壓器噪聲的 變化不等。一般相差在 3-10 分貝左右。所以冷卻器的選擇在滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)應(yīng)充分考慮噪聲指標(biāo)。應(yīng)盡 可能采用噪聲水平相對(duì)交底的自冷式散熱器替代風(fēng)冷散熱器或強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器。若配有風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)盡 量選擇低噪音風(fēng)機(jī)，且應(yīng)在風(fēng)機(jī)的出入口處安裝消音器。針對(duì)檢測(cè)結(jié)果和變電站的布局，下面重點(diǎn)介紹兩

10、種比較有效治理方法： 對(duì)于廠界稍微大一點(diǎn)的露天變電站的噪聲治理，可以采用隔聲屏技術(shù)。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)位臵以及需要散發(fā)的熱量來計(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 分貝，較適用于中高頻的噪聲治理。也就是說如果噪聲的貢獻(xiàn)主要來自于 冷卻裝臵及風(fēng)機(jī)等，此方法比較有效，成本中等。但由于城區(qū)內(nèi)變電站距離周圍居民住宅較近，尤其是居民區(qū)的中小變電站的廠界基本都比較小，最小 的接近 1 米。加之變壓器發(fā)出的低頻噪聲衰減的慢，采用隔聲治理效

11、果相對(duì)較差，環(huán)境噪聲水平很難達(dá)到 一、二類地區(qū)的天津市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求，夜間標(biāo)準(zhǔn) 45-50 分貝。所以對(duì)變壓器的外部消聲措 施也是必不可少的。據(jù)了解目前還沒有對(duì)低頻噪聲有高吸聲系數(shù)的材料，所以吸聲的降噪效果很有限。針 對(duì)一、二類地區(qū)的廠界區(qū)域較小的噪聲不合格的變電站，建議應(yīng)用一種新方法，有源噪聲控制系統(tǒng)。有源噪聲控制技術(shù)適用于頻率低且頻譜簡(jiǎn)單的噪聲的治理。有源降噪技術(shù)以其體積小、成本低、的有效低頻降噪效果等優(yōu)點(diǎn)越來越多地引起人們的注意。有源噪聲控制系統(tǒng)的工作原理基于聲場(chǎng)的線形疊加 原理：頻率相同、同向傳播的兩列聲波會(huì)在空間中產(chǎn)生相加或相消的干涉現(xiàn)象。當(dāng)振幅相等時(shí)，對(duì)于初級(jí) 聲源而言，就

12、可以在一定的空間區(qū)域得到很大的聲衰減。由于相位的補(bǔ)償在低頻時(shí)有較高的精度，所以該 方法對(duì)降低低頻噪聲聲強(qiáng)是比較有效的。有源噪聲控制系統(tǒng)如圖1所示：依據(jù)聲音的傳播原理，實(shí)時(shí)檢測(cè)聲波參數(shù)，并將這些參數(shù)傳遞給分析處理控制器，再由控制器控制按聲場(chǎng)布臵的次級(jí)聲源（揚(yáng)聲器）發(fā) 出波長(zhǎng)（或頻率）和能量與噪聲源（變壓器）的波長(zhǎng)相同、相位相反（相差180度）的聲波來抵消初級(jí)聲波來達(dá)到降低噪聲的目的。有源噪聲控制系統(tǒng)由誤差信號(hào)調(diào)節(jié)器、傳感器和電子控制裝臵三部分組成，如圖1所示?？刂破魍ㄟ^專門設(shè)計(jì)的聲音和振動(dòng)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。麥克風(fēng)（誤差信號(hào)調(diào)節(jié)器）位于揚(yáng)聲器的前方，其發(fā)岀的信 號(hào)已為為變壓器傳播的噪聲水平及揚(yáng)聲

13、器通過控制器信號(hào)發(fā)出的反相位的聲波共同作用的結(jié)果信號(hào)。為抵 消此信號(hào)em，控制器根據(jù)em值發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)Um給揚(yáng)聲器.當(dāng)控制效果理想時(shí)，6m為零，目的是盡可能達(dá) 到有效降低下游的噪聲水平?？偲饋碚f，噪聲控制的衰減水平取決于干擾的聲波頻率、揚(yáng)聲器的布臵方位、密度以及距離變壓器的距離。該系統(tǒng)具有優(yōu)良的低頻屏蔽性能，在 120 Hz下可降噪1530dB，250 Hz下可降噪1015dB，400480Hz下可降噪68dB?？刂葡到y(tǒng)的安裝個(gè)數(shù)取決于是否全方位的還是某些敏感點(diǎn)的噪聲治理。針對(duì)處于居民區(qū)的中小型變電站，可以考慮在某一敏感點(diǎn)（離居民樓最近的方向），安裝控制器，進(jìn)行噪聲 治理，成本相對(duì)經(jīng)濟(jì)。該系

14、統(tǒng)已經(jīng)成功的應(yīng)用于國(guó)外的大型變壓器上，有源噪聲控制系統(tǒng)安裝如下圖S2圭圧番右歪靈聲治理示壹圖3. 結(jié)束語(yǔ)變電站的噪聲治理應(yīng)根據(jù)噪聲特性、變電站類型及其所處位臵、噪聲水平、周圍敏感點(diǎn)等具體情況，采用不同的治理技術(shù)。要從聲源和傳播途徑等多個(gè)方面進(jìn)行考慮，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行。通過此次變電站環(huán) 境噪聲水平的監(jiān)督監(jiān)測(cè)，掌握了大量有效數(shù)據(jù)，對(duì)于以后新建變電站在規(guī)劃選址、設(shè)備選型和布局等各個(gè) 階段設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。在解決大部分市區(qū)內(nèi)的小廠界的變電站的噪聲問題可以重點(diǎn)考慮隔聲技術(shù)和有源 噪聲控制法。下一步可以重點(diǎn)拿一個(gè)典型站進(jìn)行具體治理，跟蹤監(jiān)測(cè)。根據(jù)治理效果進(jìn)行總結(jié)推廣。參考文獻(xiàn)GB 309693.城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn).GB 1234890.工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn).關(guān)宏，王庭拂，等.10KV和35KV變配電站的噪聲影響和治理.噪聲與振動(dòng)控制，2002，5 : 38-43.陳秋，李振海.變電站噪聲防治與方案研究.電力環(huán)境保護(hù)2006，22 (3)，46-51.虞興邦，姜在秀，韓海.變壓器的噪聲機(jī)器降低.噪聲