歐陽(yáng)玲，周建飛，唐奇，曾惠芳

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

110 kV半戶內(nèi)變電站噪聲治理技術(shù)研究

歐陽(yáng)玲，周建飛，唐奇，曾惠芳

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

為降低在運(yùn)110 kV半戶內(nèi)式變電站噪聲影響，利用Sound Plan噪聲分析軟件對(duì)變電站降噪措施和效果進(jìn)行分析。計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于廠界外近距離有高層建筑物的在運(yùn)110 kV半戶內(nèi)式變電站，采取優(yōu)選低噪聲主變和使用BOX－IN結(jié)構(gòu)的噪聲控制措施，可滿足廠界和環(huán)境敏感點(diǎn)噪聲達(dá)標(biāo)需求。

半戶內(nèi)變電站；噪聲治理；聲屏障；BOX－IN

城市建設(shè)的發(fā)展使得城區(qū)土地資源日趨匱乏，隨之而來(lái)的是變電站建設(shè)用地的縮減，以及廠界外成為住宅區(qū)或其他人群密集區(qū)域。由于110 kV半戶內(nèi)式變電站的主變壓器為戶外布置，且受限變電站平面布局，主變壓器往往距離廠界圍墻較近，其噪聲污染對(duì)周邊環(huán)境的影響尤其明顯。文中針對(duì)此類變電站，結(jié)合變電站布局及周邊環(huán)境等實(shí)際情況，提出合適的噪聲控制措施，以滿足周邊環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 110kV半戶內(nèi)式變電站聲源分析

根據(jù)文獻(xiàn) 〔1〕及其補(bǔ)充方案，110 kV半戶內(nèi)式變電站將主變戶外布置，主變之間設(shè)防火墻；配電綜合樓呈L型布置，與主變場(chǎng)地均布置于變電站場(chǎng)地中央；110 kV GIS裝置、10 kV高壓室等配電裝置戶內(nèi)布置，和主控室均布置在配電綜合樓內(nèi)。變電站以自然通風(fēng)為主，110 kV GIS室和10 kV高壓室設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)以滿足機(jī)械排風(fēng)要求。

由于戶內(nèi)布置的配電設(shè)備產(chǎn)生的噪聲被墻體屏蔽，因此110 kV半戶內(nèi)式變電站噪聲源為戶外布置的主變壓器和軸流風(fēng)機(jī)。其中，110 kV GIS室的軸流風(fēng)機(jī)一般在發(fā)生事故及檢修人員進(jìn)入前才開啟，平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)；10 kV高壓室的散熱軸流風(fēng)機(jī)，一般在室內(nèi)溫度較高時(shí)啟動(dòng)；因此110 kV半戶內(nèi)式變電站的主要噪聲源為主變壓器。主要噪聲源分析見表1。

表1 110 kV噪聲源分析

變壓器噪聲主要來(lái)源為電磁噪聲和冷卻系統(tǒng)噪聲。電磁噪聲由鐵芯在磁通作用下產(chǎn)生磁致伸縮性振動(dòng)引起，其大小與變壓器的功率和磁通密度相關(guān)。變壓器功率和鐵芯的磁通密度越大，電磁噪聲越高。電磁噪聲由變壓器向外輻射，特別是在產(chǎn)生共振時(shí)，所輻射的噪聲強(qiáng)度更高〔2〕。

根據(jù)冷卻方式不同，110 kV主變可分為自冷式和風(fēng)冷式。采用油浸自冷式 (ONAN)變壓器冷卻系統(tǒng)噪聲較??；采用油浸風(fēng)冷式 (ONAF)變壓器冷卻系統(tǒng)噪聲較大，當(dāng)散熱風(fēng)機(jī)開啟時(shí)，其產(chǎn)生的噪聲一般大于變壓器的電磁噪聲。

對(duì)湖南省內(nèi)在運(yùn)的110 kV半戶內(nèi)式變電站主變?cè)肼曀秸{(diào)查顯示，110 kV主變壓器噪聲水平一般在58～78 dB(A)區(qū)間內(nèi)，采取風(fēng)冷式的主變?cè)肼暩?，調(diào)查結(jié)果見表2。

表2 110 kV半戶內(nèi)式變電站主變壓器聲壓級(jí)分析

2 噪聲治理措施

變電站的噪聲控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，可以分為規(guī)劃防治措施、管理措施和技術(shù)措施3個(gè)方面，規(guī)劃防治措施主要從選址、設(shè)計(jì)方案選擇等方面進(jìn)行調(diào)整，管理措施主要是從設(shè)備管理和維護(hù)方面提出管理要求，技術(shù)措施則主要從噪聲源和傳播途徑控制措施來(lái)實(shí)現(xiàn)噪聲治理。

受限于周圍環(huán)境條件和站內(nèi)布局，在運(yùn)變電站主要以技術(shù)措施即聲源降噪和傳播途徑控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廠界噪聲的控制，其具體思路見圖1〔3〕。

圖1 城區(qū)在運(yùn)變電站噪聲控制技術(shù)流程

2.1 聲源降噪

在條件許可情況下，嚴(yán)格控制主變選型，優(yōu)選低噪設(shè)備以達(dá)到聲源降噪的目的，是變電站噪聲治理中的重要控制措施之一。110 kV半戶內(nèi)式變電站在廠界外環(huán)境敏感建筑物較多或有高層建筑物時(shí)，宜采用低噪聲的油浸自冷式主變，主變的額定噪聲需綜合其平面布局、周圍環(huán)境狀況和聲環(huán)境功能區(qū)要求，采用噪聲預(yù)測(cè)和分析確定。根據(jù)計(jì)算，位于2類聲環(huán)境功能區(qū)的110 kV半戶內(nèi)式變電站主變?cè)肼曇话悴粦?yīng)高于 63 dB，1類區(qū)不高于60 dB。

2.2 傳播途徑控制

通過(guò)優(yōu)選低噪聲設(shè)備控制仍無(wú)法達(dá)標(biāo)的，或者進(jìn)一步降低設(shè)備噪聲所需成本較高時(shí)，應(yīng)考慮采用切斷噪聲傳播途徑為主的降噪措施，具體降噪方法可采用消聲、隔聲和隔振等措施〔4－5〕。

1)隔聲:通過(guò)材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)來(lái)隔絕空氣傳播噪聲，主要用于戶外布置的變壓器，常見的形式有隔聲罩、隔聲間和隔聲屏。其降噪效果不僅取決于隔聲材料的隔聲量，還取決于其密封性。

2)消聲:利用具有吸聲內(nèi)襯或特殊結(jié)構(gòu)形式的氣流管道來(lái)降低噪聲，主要用于降低變電站室內(nèi)聲源及風(fēng)機(jī)噪聲向室外的傳播，一般在進(jìn)出通風(fēng)口采用消聲器。普通進(jìn)氣消聲百葉的消聲量為5～15 dB，普通出風(fēng)口消聲器的消聲量為15～30 dB。

3)隔振:利用隔振器以降低因主變壓器本身的擾力作用引起支承結(jié)構(gòu)或地基的振動(dòng)，主要用于戶內(nèi)式變電站和小區(qū)配變引起的結(jié)構(gòu)傳聲降噪。常用的隔振器材有鋼圓柱螺旋彈簧隔振器、橡膠隔振器 (墊)、全金屬鋼絲繩隔振器、空氣彈簧、海綿隔振墊、玻璃纖維管道補(bǔ)償軟連接裝置等。

在運(yùn)變電站的噪聲控制必須系統(tǒng)而全面地分析變電站布局特點(diǎn)和其聲源特性，根據(jù)噪聲預(yù)測(cè)分析超標(biāo)的具體情況，選擇經(jīng)濟(jì)可行的降噪處理措施，才能達(dá)到最優(yōu)的效果。

3 噪聲治理應(yīng)用

3.1 某110 kV變電站現(xiàn)狀

某110 kV變電站在運(yùn)2臺(tái)主變壓器戶外布置，110 kV架空出線2回，變電站周圍建筑物密集。廠界噪聲執(zhí)行文獻(xiàn) 〔7〕2類聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(晝間60 dB(A)、夜間50 dB(A))，目前廠界和環(huán)境敏感點(diǎn)噪聲超標(biāo)。

3.2 噪聲超標(biāo)原因

采用某噪聲預(yù)測(cè)軟件建立該110 kV半戶內(nèi)式變電站噪聲分布模型，計(jì)算得出變電站噪聲貢獻(xiàn)值，見圖2。該站噪聲超標(biāo)原因主要為噪聲源較大，噪聲衰減距離不夠。其主要噪聲源為2臺(tái)主變，冷卻方式為油浸風(fēng)冷 (ONAF)，噪聲值分別為75 dB和78 dB；主變與廠界圍墻距離較近，分別為9 m和3 m，衰減距離小。為了滿足變電站廠界噪聲達(dá)標(biāo)排放，需要對(duì)變電站進(jìn)行噪聲治理。

圖2 110 kV變電站噪聲貢獻(xiàn)等聲級(jí)線圖

3.3 噪聲控制措施

根據(jù)噪聲預(yù)測(cè)的超標(biāo)原因和超標(biāo)位置，對(duì)該110 kV變電站實(shí)施噪聲治理設(shè)計(jì)，擬采取的控制措施為聲源控制和切斷傳播途徑。

1)聲源控制:更換主變壓器。將原風(fēng)冷式主變更換為噪聲較小的油浸自冷式主變，110 kV戶外布置自冷式主變?cè)肼曇话銥?8～65 dB(A)。

2)傳播途徑控制:采取聲屏障或?qū)χ髯儾扇OX－IN結(jié)構(gòu)切斷主變?cè)肼晜鞑ネ緩?，設(shè)計(jì)降噪量均不小于15 dB。

3.4 治理效果

3.4.1 聲源控制

更換低噪聲主變壓器。控制該110 kV戶外布置自冷式主變?cè)肼暡淮笥?3 dB(A)聲壓級(jí)，更換后主變的噪聲貢獻(xiàn)值計(jì)算結(jié)果見圖3。更換后，北面廠界的噪聲貢獻(xiàn)值可達(dá)標(biāo)，但東面和西面廠界、環(huán)境敏感點(diǎn)的噪聲貢獻(xiàn)值超標(biāo)。由于西面廠界與主變間距過(guò)小，綜合考慮治理措施的可行性和經(jīng)濟(jì)性，擬同時(shí)采取噪聲傳播途徑控制措施。

3.4.2 噪聲傳播途徑控制

1)在1號(hào)主變西面和2號(hào)主變東面各設(shè)置高9 m的透明聲屏障，聲屏障布置見圖4所示，南面的配電綜合樓不做更改，變電站接線方式不變。設(shè)置1號(hào)主變側(cè)的聲屏障長(zhǎng)15 m，2號(hào)主變側(cè)聲屏障長(zhǎng)為10 m，計(jì)算得站界噪聲貢獻(xiàn)值平面圖和立面圖見圖5。

圖3 主變聲壓級(jí)為63 dB(A)噪聲貢獻(xiàn)等聲級(jí)線圖

圖4 聲屏障設(shè)置

圖5 加裝聲屏障后噪聲貢獻(xiàn)等聲級(jí)線圖

在聲屏障高度以下，廠界和周圍環(huán)境敏感點(diǎn)噪聲貢獻(xiàn)值均滿足文獻(xiàn) 〔7〕中的2類標(biāo)準(zhǔn)值。但在聲屏障的屏蔽范圍外，即西面樓房三層以上，變電站噪聲貢獻(xiàn)值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。

因此可知，在運(yùn)110 kV半戶內(nèi)式變電站周圍存在高層建筑的情況下，采用聲屏障控制變電站廠界和敏感點(diǎn)噪聲很難滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2)對(duì)2臺(tái)主變采用BOX－IN結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)可拆卸和帶有通風(fēng)散熱消聲器的封閉六面體隔聲室將主變封閉，屋面和外墻需留有進(jìn)出風(fēng)口和軸流風(fēng)機(jī)，并設(shè)置消聲器。采用BOX－IN結(jié)構(gòu)，隔聲效果可達(dá)15 dB以上，可以有效降低其噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。預(yù)測(cè)結(jié)果見圖6。

圖6 采用BOX－IN結(jié)構(gòu)后噪聲貢獻(xiàn)值等聲級(jí)線圖

采用BOX－IN結(jié)構(gòu)后，變電站對(duì)廠界噪聲貢獻(xiàn)值將減少20～25 dB(A)，且對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)在不同高度的噪聲貢獻(xiàn)值為40～45 dB(A)，可滿足文獻(xiàn)〔7〕 中2類標(biāo)準(zhǔn)要求。

3)聲屏障與BOX－IN性能對(duì)比。目前，隔聲屏障為變電站噪聲治理中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)手段之一，BOX－IN則主要應(yīng)用于高壓換流站中〔4〕，這2種方法性能對(duì)比見表3。在該110 kV變電站的噪聲治理中，由于主變與圍墻間距較小，且廠界外有高層建筑物，聲屏障無(wú)法滿足降噪要求，因此采取降噪效果更好的BOX－IN措施。

表3 聲屏障與BOX－IN性能對(duì)比

4 結(jié)論與建議

在運(yùn)的城區(qū)110 kV半戶內(nèi)式變電站噪聲控制措施應(yīng)根據(jù)變電站噪聲預(yù)測(cè)分析的具體情況，優(yōu)選低噪聲設(shè)備，綜合考慮變電站平面布局、廠界外的環(huán)境條件和地形地貌，采取經(jīng)濟(jì)可行的降噪處理措施，并經(jīng)噪聲預(yù)測(cè)分析復(fù)核。對(duì)于廠界外近距離有高層建筑物的在運(yùn)110 kV半戶內(nèi)式變電站，可采取優(yōu)選低噪聲主變和使用BOX－IN結(jié)構(gòu)的噪聲控制措施，滿足廠界和環(huán)境敏感點(diǎn)噪聲達(dá)標(biāo)需求。

〔1〕國(guó)家電網(wǎng)公司.輸變電工程典型設(shè)計(jì)110 kV變電站分冊(cè) 〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2005.

〔2〕奚曉勤.變壓器噪聲產(chǎn)生的原因及降低噪聲的措施 〔J〕.華東電力，2012，40(4):687-688.

〔3〕周建飛，周年光，陽(yáng)金純，等.城區(qū)變電站噪聲控制典型技術(shù)〔J〕.噪聲與振動(dòng)控制，2011，31(5):173-177.

〔4〕樊小鵬，李麗.變電站噪聲污染評(píng)價(jià)與控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望〔J〕.電力科技與環(huán)保，2015，31(6):4-7.

〔5〕馬大猷.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊(cè) 〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

〔6〕黃瑩，黎小林，李志遠(yuǎn)，等.換流變壓器BOX－IN結(jié)構(gòu)的降噪性能 〔J〕.南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5(5):18-21.

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Research of noise control of operating 110 kV half indoors substation

OUYANG Ling，ZHOU Jianfei，TANG Qi，ZENG Huifang

(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

In order to reduce the noise influence of 110 kV semi indoor type substation in operation，the paper analyzes the effectiveness of substation sound reduction measures using Sound Plan software.Calculation results show that，for the plant out of bounds close of high-rise buildings in 110 kV semi indoor type substation，by the noise control measures of using preferred main transformer with low noise and the BOX－IN structure，can meet the plant community and environment sensitive noise compliance requirements.

110 kV semi indoor substation；noise control；sound barrier；BOX－IN

TM626；X593

B

1008－0198(2016)06－0044－04

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.012

歐陽(yáng)玲(1983)，女，湖南長(zhǎng)沙人，碩士，從事電力環(huán)保技術(shù)研究。

2016－04－11 改回日期:2016－05－26