茍旭丹

(成都城電電力工程設(shè)計(jì)有限公司，四川成都 610041)

0 前言

近年來(lái)，城市化進(jìn)程的推進(jìn)逐步提速，工業(yè)和居民對(duì)用電需求增長(zhǎng)迅猛，越來(lái)越多的變電站布點(diǎn)深入到城市中心。但由于城市用地資源的緊缺，也加劇了變電站選址的難度，造成部分變電站與居民區(qū)的距離較近。同時(shí)隨著環(huán)境法律、法規(guī)的完善和公眾環(huán)境意識(shí)的不斷提高，治理污染、保護(hù)環(huán)境的意識(shí)和呼聲也越來(lái)越高。特別是夏季的用電高峰期間，變電站的負(fù)荷率都很高，噪聲較大;即使是地下變電站，噪聲也是不容忽視的問(wèn)題。近年來(lái)由于噪聲引起的居民投訴有逐年上升的趨勢(shì)，由此引發(fā)民事糾紛、上告事件逐年增多。因此，如何解決好變電站的噪聲污染對(duì)周圍居民的危害問(wèn)題已經(jīng)成為電力設(shè)計(jì)、建設(shè)部門(mén)的當(dāng)務(wù)之急，也是構(gòu)建和諧社會(huì)、城市共建共享必須正視的問(wèn)題。

1 現(xiàn)行噪聲控制目標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

1.1 噪聲排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GB 12348－2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》主要內(nèi)容摘錄見(jiàn)表1。

1.2 聲環(huán)境質(zhì)量執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GB 3096－2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》主要內(nèi)容摘錄見(jiàn)表2。

表1 燥聲排放標(biāo)準(zhǔn) 單位:dB(A)

表2 聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 單位:dB(A)

2 城區(qū)變電站噪聲分析

2.1 噪聲的影響

從物理定義而言，振幅和頻率上完全無(wú)規(guī)律的震蕩稱之為噪聲，但從環(huán)境保護(hù)的角度而論，凡是人們所不需要的聲音統(tǒng)稱為噪聲。噪聲的影響主要表現(xiàn)為干擾有效獲取有用的聲音信號(hào)、信息;干擾休息和睡眠等。當(dāng)人在70 dB的環(huán)境中，談話就會(huì)感到困難。因此，世界上許多國(guó)家都對(duì)環(huán)境噪聲提出了相應(yīng)的容許范圍，中國(guó)也不例外。

2.2 城區(qū)變電站的主要噪聲源

以220 kV兩臺(tái)主變壓器的全戶內(nèi)變電站為例，來(lái)自變電站內(nèi)的噪聲源主要有以下設(shè)備(見(jiàn)表3)。

表3 變電站內(nèi)噪聲源主要來(lái)自設(shè)備

2.3 各區(qū)域設(shè)備噪聲分析

(1)主變壓器噪聲分析

變壓器的噪聲來(lái)源于變壓器本體和冷卻系統(tǒng)兩個(gè)方面。變壓器本體振動(dòng)產(chǎn)生噪聲的根源在于:①硅鋼片的磁致伸縮引起的鐵心振動(dòng)。②硅鋼片接縫處和疊片之間存在著因漏磁而產(chǎn)生的電磁吸引力而引起鐵心的振動(dòng)。③當(dāng)繞組中有負(fù)載電流通過(guò)時(shí)，負(fù)載電流產(chǎn)生的漏磁引起線圈、油箱壁的振動(dòng)。其中第①項(xiàng)所占比例最大。冷卻裝置的噪聲也是由于它們的振動(dòng)而產(chǎn)生的。

圖1、圖2為典型220 kV變壓器噪聲頻譜。

(2)110 kV GIS室及220 kV GIS室噪聲分析

GIS全稱氣體絕緣組合電器設(shè)備(gas insulated switchgear)。它將斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、互感器等一次設(shè)備有機(jī)地組合成一個(gè)整體。主要噪聲有電暈放電、風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲等。

(3)并聯(lián)電抗器噪聲分析

圖1 變壓器噪聲頻譜特性(數(shù)據(jù)來(lái)源于濟(jì)南清河220 kV變電站)

圖2 變壓器噪聲頻譜特性(數(shù)據(jù)來(lái)源于成都金牛220 kV變電站)

電抗器噪聲產(chǎn)生機(jī)理與變壓器基本一致，傳播方式也與變壓器一致。在多個(gè)220 kV變電站降噪工程中檢測(cè)了電抗器的本體噪聲，噪聲測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4(晝間/夜間)。

表4 電抗器噪聲測(cè)試值

從總的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，電抗器噪聲主要集中在65～80 dB之間。

(4)10 kV配電裝置室噪聲分析

主要噪聲有風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲等。

(5)電容器噪聲分析

電容器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生噪音的原因:套管放電、缺油放電、脫焊放電、接地不良放電。

(6)消弧線圈噪聲分析

消弧線圈的噪聲主要取決于材料、磁通密度的大小和鐵心本體結(jié)構(gòu)的合理性。

(7)通風(fēng)設(shè)備噪聲分析

風(fēng)機(jī)輻射的噪聲主要有:進(jìn)氣口和出氣口輻射的空氣動(dòng)力性噪聲;電機(jī)輻射的噪聲;機(jī)殼、管壁以及電機(jī)軸承等輻射的機(jī)械噪聲;基礎(chǔ)振動(dòng)輻射的固體聲。在這幾部分噪聲中，以進(jìn)氣口、出氣口部位輻射的空氣動(dòng)力性噪聲為最強(qiáng)。一般情況下空氣動(dòng)力性噪聲比其他部位輻射的噪聲值高10～15 dB(A)。

圖3 風(fēng)機(jī)噪音源部位

(8)集中空調(diào)設(shè)備室外機(jī)噪聲分析

空調(diào)機(jī)的主要噪聲源為壓縮機(jī)的噪聲、風(fēng)扇噪聲和風(fēng)扇電機(jī)噪聲。噪聲頻率主要分布在160～1 000 Hz之間，屬于中、低頻噪聲，噪聲值均在70 dB(A)以上。

3 城市變電站消聲降噪措施

3.1 變電站噪聲治理的基本原理

根據(jù)前述分析，變電站噪聲的治理應(yīng)綜合應(yīng)用吸聲、隔聲、消聲、隔振與阻尼技術(shù)，以保證滿足降噪要求。

(1)隔聲:通常采用封閉式隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

(2)消聲:消聲器是一種既能使噪聲得到有效的衰減又能保證氣流正常通過(guò)的一種設(shè)備。

(3)吸聲:在噪聲源周圍設(shè)置了隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁面上做必要的吸聲處理，不但可有效加強(qiáng)隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，而且可降低室內(nèi)的混響聲達(dá)3～8 dB(A)，同時(shí)改善操作人員的操作環(huán)境，起到一定的勞動(dòng)保護(hù)作用。

(4)隔振降噪:任何機(jī)械都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)將激發(fā)噪聲，因此從減少擾動(dòng)、防止共振、振動(dòng)隔離、動(dòng)力吸振等方面著手，進(jìn)行降噪方案的設(shè)計(jì)。

(5)阻尼降噪:在薄板隔聲維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲背板上涂刷特殊配比的阻尼材料能有效增加隔聲結(jié)構(gòu)的內(nèi)阻尼，它能使隔聲構(gòu)件的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而減少了構(gòu)件的振動(dòng)，因而阻尼對(duì)提高隔聲構(gòu)件尤其是薄板隔聲結(jié)構(gòu)的隔聲量特別是低頻共振時(shí)的隔聲量有明顯的作用。

3.2 城市變電站噪聲治理的具體措施

(1)主變壓器室、主變壓器散熱器室及電抗器室室內(nèi)吸聲設(shè)計(jì)

方式1:在內(nèi)墻四周安裝模塊式吸聲體，吸聲體主要由穿孔板和吸聲材料組成，加工制作成標(biāo)準(zhǔn)塊，表面噴涂防腐處理，成品提供現(xiàn)場(chǎng)安裝。吸聲體內(nèi)部使用的吸聲材料采用超細(xì)玻璃棉，并以雙層玻璃絲布包裹，外加一層吸聲膜覆蓋表面。

方式2:在主變壓器室內(nèi)墻四周現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)，選擇穿孔板和多孔吸聲材料組合。板后留有一定厚度的空腔，腔內(nèi)填有吸聲材料，腔內(nèi)采用Z型龍骨。Z型龍骨用不銹鋼膨脹螺釘固定在墻體。

方式1為工廠制作，成品提供，方式2為現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)，存在二次污染問(wèn)題。

(2)主變壓器室大門(mén)設(shè)計(jì)

待主變壓器及其散熱器推入室內(nèi)就位后，在室前墻分別安裝防火降噪大門(mén)，其余部分用實(shí)心磚密封，內(nèi)外水泥砂漿抹平。為有效治理低頻噪聲，主變壓器室大門(mén)采用平開(kāi)雙扇折疊門(mén)，門(mén)扇采用面密度大的降噪結(jié)構(gòu)。具體為噴涂3 mm厚阻燃阻尼層的2 mm不銹鋼板面板+吸聲材料組成，其骨架采用型鋼制作，以保證門(mén)扇強(qiáng)度和剛度。門(mén)扇內(nèi)部使用的吸聲材料采用雙層玻璃絲布包裹的超細(xì)玻璃棉，外加一層吸聲膜覆蓋表面。門(mén)扇下部留有專用進(jìn)風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)消聲百葉(自帶防火百葉)采用崁入式安裝在門(mén)扇內(nèi)。為保證降噪效果，門(mén)扇四周需做密封處理。

(3)風(fēng)機(jī)的消聲降噪設(shè)計(jì)

措施1:隔振消音，橡膠隔振墊是一種最常用的彈性減振材料，它具有較低的自振頻率，對(duì)高頻具有良好的隔振效果。風(fēng)機(jī)安裝時(shí)在風(fēng)機(jī)底座和安裝基礎(chǔ)之間加專用減振器，為避免風(fēng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)影響，在風(fēng)機(jī)進(jìn)出口處有軟連接。

措施2:使用消聲器(消音箱)

在風(fēng)機(jī)上加裝風(fēng)機(jī)消聲器以減小風(fēng)機(jī)噪音的外泄。風(fēng)機(jī)消聲器由消聲器外殼、阻性消聲片和消聲片導(dǎo)流尖等構(gòu)成，它通過(guò)阻性消聲片片厚中的離心玻璃棉板等吸聲材料達(dá)到消聲的目的。

(4)管道本體降噪方案設(shè)計(jì)

方案1:采用降噪型管道，各段之間用法蘭連接，結(jié)合面處貼阻燃密封膠帶。因管道內(nèi)存在氣體流動(dòng)，為避免吸聲材料在時(shí)間久后產(chǎn)生“飛毛”現(xiàn)象，降噪型管道的吸聲材料采用8kg/m3的三聚氰胺吸聲材料，三聚氰胺在用PVF膜包裹。

方案2:通風(fēng)管采用普通管道做法，降噪措施是在管道外包裹一層柔性吸隔聲被。柔性吸隔聲被是一種專門(mén)針對(duì)管道降噪的產(chǎn)品。

方案3:通風(fēng)管采用普通管道做法，降噪措施是在管道外表面直接噴涂一層3 mm左右的高分子阻尼材料。

以上3種方案均可達(dá)到通風(fēng)管道消聲降噪的目的。

(5)管道隔振降噪設(shè)計(jì)

為減少風(fēng)機(jī)的振動(dòng)和空氣流動(dòng)振動(dòng)引起管道振動(dòng)帶來(lái)的噪音，必須在風(fēng)機(jī)與管道間、管道與管道間、以及管道與建筑物間設(shè)置隔振措施。如在設(shè)備與管道間、管道與管道間設(shè)置橡膠軟連接或不銹鋼波紋軟管連接，以衰減設(shè)備、管道振動(dòng)噪聲通過(guò)管道傳播;在管道與建筑物間使用彈簧的彈性吊件(或在吊架上鋪設(shè)彈性隔振材料)以衰減管道振動(dòng)噪聲通過(guò)建筑物的傳遞。

(5)通風(fēng)百葉設(shè)計(jì)

消聲百葉選用150 mm厚標(biāo)準(zhǔn)單元制作形式的消聲百葉，根據(jù)需要任意組合安裝即可。消聲百葉邊框用1.2 mm鍍鋅板制作，消聲片護(hù)面板采用不低于0.8 mm鍍鋅孔板，骨架采用1 mm鍍鋅板，阻性消聲片片厚150 mm，片間距100～130 mm。由1 mm鍍鋅穿孔板(雙面噴塑)+1.5 mm鍍鋅板骨架+48 kg/m3離心玻璃棉板+無(wú)堿憎水玻璃布，外加一層吸聲膜覆蓋表面，增強(qiáng)消聲的效果。

4 幾種吸聲材料比較

在城市變電站的噪聲治理中，吸聲材料使用的效果對(duì)降噪的影響較大，以下就目前國(guó)內(nèi)常用的幾種材料進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

通常吸聲材料分金屬吸聲材料和非金屬吸聲材料兩類。金屬吸聲材料里常用的有鋁纖維吸聲板和鋁泡沫吸聲板，非金屬吸聲材料里常用的有玻璃棉、聚氨酯泡沫、三聚氰胺泡沫。

(1)鋁纖維吸聲板:鋁纖維吸聲板是在兩種不同網(wǎng)孔的鋁板網(wǎng)中間放置一層鋁纖維吸聲氈，通過(guò)滾壓機(jī)壓成1.0～2.5 mm的薄板。

(2)鋁泡沫吸聲板:鋁泡沫吸聲板是新一代功能性吸聲降噪產(chǎn)品和新型環(huán)保產(chǎn)品。它具有吸聲、不燃、屏蔽、耐候、質(zhì)輕、無(wú)污染，可回收利用等特性。

鋁泡沫吸聲板是一種多孔性吸聲材料，由于金屬板堅(jiān)硬剛度大，彎折易斷裂，一般使用厚度比無(wú)機(jī)纖維材料要小得多，厚度加大，成本提高。實(shí)際使用厚度為4～10 mm。安裝時(shí)其后部一定要留有空腔。若無(wú)空腔，貼實(shí)安裝，其吸聲系數(shù)很低。

(3)玻璃棉::玻璃棉屬于玻璃纖維中的一個(gè)類別，是一種人造無(wú)機(jī)纖維。采用石英砂、石灰石、白云石等天然礦石為主要原料，配合一些純堿、硼砂等化工原料熔成玻璃。在融化狀態(tài)下，借助外力吹制式甩成絮狀細(xì)纖維，纖維和纖維之間為立體交叉，互相纏繞在一起，呈現(xiàn)出許多細(xì)小的間隙。這種間隙可看作孔隙。因此，玻璃棉可視為多孔材料，具有良好的絕熱、吸聲性能。

(4)三聚氰胺泡沫塑料:三聚氰胺泡沫塑料是一種高開(kāi)孔率的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)泡沫塑料，有較優(yōu)異的吸聲性、阻燃性、隔熱性、耐濕熱穩(wěn)定性、衛(wèi)生性和二次加工能力。

(5)聚氨酯泡沫塑料:聚氨酯泡沫塑料是一種孔隙率較高的泡沫塑料，有吸聲系數(shù)較高、密度小、富有彈性，易加工施工。

(6)穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu):該類型產(chǎn)品針對(duì)特定噪聲的頻譜特性制造，因而對(duì)特定的頻譜特性的噪音吸聲效果特別好。但其局限性也在此，如特定產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)寬頻共振吸聲或針對(duì)變壓器頻譜特性專門(mén)生產(chǎn)，則其效果將也是一般吸聲材料無(wú)法具有的。

(7)吸聲材料吸聲性能比較

圖4 6種吸聲材料低頻吸聲性能對(duì)比圖

從對(duì)比圖4看出，就低頻性能而言，還是玻璃棉的效果最好。

(8)吸聲材料經(jīng)濟(jì)性比較

從上述價(jià)格可以看出，玻璃棉的價(jià)格相對(duì)較低。

從綜合考慮性價(jià)比角度考慮，吸聲材料(結(jié)構(gòu))選用玻璃棉最優(yōu)。但在有明確針對(duì)性實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的前提下，從降噪角度出發(fā)，吸聲材料(結(jié)構(gòu))選用穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)最優(yōu)。

表5 各種吸聲材料價(jià)格對(duì)比表

5 結(jié)語(yǔ)

城區(qū)變電站的噪聲治理應(yīng)根據(jù)噪聲特性、變電站結(jié)構(gòu)及其所處位置、噪聲水平、周圍敏感點(diǎn)等具體情況，運(yùn)用不同的治理手段;同時(shí)應(yīng)通過(guò)計(jì)算、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，科學(xué)選材，制定綜合治理的具體方案，以達(dá)到環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求。并應(yīng)進(jìn)行試點(diǎn)整治，典型分析，跟蹤監(jiān)測(cè)，總結(jié)提煉，根據(jù)治理效果進(jìn)行總結(jié)推廣。