殷曉紅,佟 瑤,張 亮,張金麗,沈軍海

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030;2.佳達(dá)環(huán)保工程公司,江蘇 宜興 214200)

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戶外變電站噪聲治理措施研究

殷曉紅1,佟 瑤1,張 亮1,張金麗1,沈軍海2

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030;2.佳達(dá)環(huán)保工程公司,江蘇 宜興 214200)

為了解決聲環(huán)境功能區(qū)區(qū)劃升級(jí)后變電站廠界噪聲未達(dá)標(biāo)問題,筆者根據(jù)變電站噪聲治理前噪聲檢測數(shù)據(jù),分析了戶外變電站背景噪聲、站內(nèi)噪聲、廠界噪聲存在超標(biāo)問題的原因,提出了采用吸隔聲屏障來控制噪聲傳播途徑的降噪方法。實(shí)踐應(yīng)用表明:戶外變電站加裝隔聲屏障后,變電站廠界噪聲平均降噪量可達(dá)到7 dB(A),低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境噪聲限值。

戶外變電站;廠界噪聲;吸隔聲屏障;降噪措施

目前,隨著城市建設(shè)工程的不斷加快,城市區(qū)域的供電需求不斷增加,110 kV、220 kV以及500 kV高壓輸變電工程已深入到人口密集的城市中心地區(qū),然而變電站卻被各類建筑物所包圍,出現(xiàn)了變電站廠界噪聲超標(biāo)的現(xiàn)象,對周圍居民生活影響很大,不斷發(fā)生居民投訴事件。對此,本文根據(jù)吸隔聲原理,分析了某110 kV戶外變電站站內(nèi)、周界晝間、夜間噪聲檢測數(shù)據(jù),提出了采用吸隔聲屏障控制噪聲傳播途徑的變電站周界噪聲治理方案,設(shè)計(jì)了吸隔聲屏障,并應(yīng)用于變電站噪聲治理。經(jīng)測試,吸隔聲屏障治理變電站周界噪聲效果良好,平均降噪量達(dá)到7 dB(A)。

1 變電站噪聲治理前噪聲檢測與分析

某110 kV戶外變電站于1966年投入運(yùn)行,1995年4月進(jìn)行了升級(jí)改造,現(xiàn)有兩臺(tái)SFZ7-31500/110型主變壓器,是所在地區(qū)企業(yè)生產(chǎn)及居民生活用電的重要供電電源。該變電站原處于郊區(qū),周圍為低矮平房,東側(cè)緊鄰某機(jī)械廠,西側(cè)50 m為二級(jí)公路,該地區(qū)當(dāng)屬于4類聲環(huán)境功能區(qū)(環(huán)境噪聲限值:晝間70 dB(A),夜間55 dB(A))。由于城市建設(shè)工程的擴(kuò)展,舊房、危房的改造,2011年在變電站北側(cè)20 m建成了居民小區(qū)(南側(cè)20 m為在建高層住宅),造成了該地區(qū)環(huán)境功能區(qū)類別升級(jí)為1類聲環(huán)境功能區(qū)(市環(huán)境監(jiān)測中心站認(rèn)定),超過了噪聲限值(晝間55 dB(A),夜間45 dB(A))[1-2],并發(fā)生了居民投訴事件。該變電站周界環(huán)境、站內(nèi)平面布置及噪聲檢測點(diǎn)布置,如圖1所示。

1.1 變電站背景噪聲檢測

在該變電站停止運(yùn)行狀態(tài)下,對該變電站進(jìn)行了變電站夜間背景噪聲檢測[3]。在變電站外北側(cè)1 m處選擇了1-4號(hào)測點(diǎn)(5號(hào)測點(diǎn)為居民樓前1 m處),噪聲值為40.8～45.7dB(A)。按1類聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)校核,測點(diǎn)3、4超標(biāo),噪聲值分別為45.6 dB(A)、45.7 dB(A)。

圖1 變電站周界環(huán)境、站內(nèi)平面布置及噪聲檢測點(diǎn)布置圖

1.2 站內(nèi)噪聲檢測

在1號(hào)變壓器停止運(yùn)行、2號(hào)變壓器運(yùn)行、冷卻設(shè)備停止運(yùn)行的工況下,在2號(hào)變壓器北側(cè)、東側(cè)3 m處(擬設(shè)吸隔聲屏障處)共設(shè)20個(gè)測點(diǎn),站內(nèi)晝間噪聲檢測[3]結(jié)果為56.3～63.8 dB(A)。而110 kV級(jí)變壓器出廠聲級(jí)限值為62 dB(A),低噪聲自冷式變壓器小于55 dB(A),據(jù)此確認(rèn)2號(hào)變壓器聲級(jí)存在噪聲超標(biāo)現(xiàn)象。

1.3 變電站廠界噪聲檢測

當(dāng)該變電站1、2號(hào)主變、冷卻設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的工況下,變電站廠界噪聲最大。該變電站變壓器通常運(yùn)行方式為一臺(tái)運(yùn)行,另臺(tái)一備用,2號(hào)主變較1號(hào)主變距變電站北側(cè)居民樓較近,廠界噪聲最大,所以選擇了6種檢測工況[3]:檢測2號(hào)主變運(yùn)行、1號(hào)主變停止運(yùn)行、冷卻器等不同狀態(tài)工況下的變電站北側(cè)廠界噪聲,1號(hào)主變運(yùn)行、2號(hào)主變停止運(yùn)行的工況作為輔助檢測工況。下面是6種檢測工況下的檢測結(jié)果。

工況1:1號(hào)主變停止運(yùn)行,2號(hào)主變運(yùn)行,冷卻設(shè)備運(yùn)行,變電站晝間廠界噪聲為48.8～53.9 dB(A)。

工況2:1號(hào)主變停止運(yùn)行,2號(hào)主變和冷卻設(shè)備同時(shí)運(yùn)行,變電站夜間廠界噪聲為46.9～51.0 dB(A)。

工況3:1號(hào)主變停止運(yùn)行,2號(hào)主變運(yùn)行,冷卻設(shè)備停止運(yùn)行,變電站夜間廠界噪聲為47.0～48.8 dB(A)。

工況4:1號(hào)主變停止運(yùn)行,2號(hào)主變空載運(yùn)行,冷卻設(shè)備同時(shí)運(yùn)行,變電站夜間廠界噪聲為43.0～45.8 dB(A)。

工況5:1號(hào)主變、2號(hào)主變、冷卻設(shè)備同時(shí)停止運(yùn)行,變電站夜間背景噪聲為40.8～43.8 dB(A)。

按聲環(huán)境功能區(qū)為1類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)校核,工況1噪聲無超標(biāo),工況2、工況3的5個(gè)噪聲測點(diǎn)全部超標(biāo),工況4的噪聲測點(diǎn)1、噪聲測點(diǎn)2超標(biāo),分別為45.7 dB(A)、45.8 dB(A),工況5的測點(diǎn)不超標(biāo)。綜合上述檢測結(jié)果,該變電站廠界噪聲確實(shí)存在超標(biāo)現(xiàn)象,若按1類聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)校核,則超標(biāo)較為嚴(yán)重;若按2類聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)校核,也存在超標(biāo)現(xiàn)象,則該變電站廠界噪聲的治理勢在必行。

工況6:1號(hào)主變運(yùn)行,2號(hào)主變、冷卻設(shè)備同時(shí)停止運(yùn)行。在該工況下,當(dāng)公路上無車行駛時(shí),晝間噪聲為45.2～51.6 dB(A),夜間噪聲為42.5～49.3 dB(A);有車行駛時(shí),晝間噪聲為48.9～58.8 dB(A),夜間噪聲為48.0～57.1 dB(A)。由此可見,車輛的行駛對該地區(qū)聲環(huán)境造成了較大影響。

2 吸隔聲屏障的設(shè)計(jì)原理

變電站廠界噪聲治理主要有兩種途徑,一是控制噪聲源,選用低噪聲的主變壓器和冷卻設(shè)備等;二是控制傳播途徑,控制變電站距人們居住、活動(dòng)、工作場所的距離,或加裝隔聲措施。對于已建成且穩(wěn)定運(yùn)行多年的變電站而言,更新低噪聲設(shè)備和控制變電站與人們居住、活動(dòng)、工作場所的距離相當(dāng)困難,所以只好采取在主變周圍加裝隔聲屏障的措施,對噪聲進(jìn)行隔聲、吸聲和消聲處理。

2.1 聲傳播

聲傳播路徑如圖2所示。

圖2 聲傳播路徑

從圖2可以看到,在噪聲源S與受聲點(diǎn)R之間設(shè)立聲屏障后,噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障時(shí),將沿著三條路徑傳播[4]:一部分越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn),其路徑為A+B;一部分穿透聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn),其路徑為d;另一部分在聲屏障壁面上產(chǎn)生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)出的聲波沿這三條路徑傳播的聲能分配。

2.2 繞射

聲波繞射路徑如圖3所示。

圖3 聲波繞射路徑

由圖3可知,聲源越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)R的聲能比沒有屏障時(shí)的直達(dá)聲能小。直達(dá)聲與繞射聲的聲級(jí)之差,稱之為繞射聲衰減,其值用符號(hào)Ld表示,并隨著Φ角的增大而增大。聲屏障的繞射聲衰減是聲源、受聲點(diǎn)與聲屏障三者幾何關(guān)系和頻率的函數(shù),它是決定聲屏障插入損失的主要物理量。

2.3 透射

透射是聲源發(fā)出的聲波透過聲屏障傳播到受聲點(diǎn)的現(xiàn)象。穿透聲屏障的聲能量取決于聲屏障的面密度、入射角及聲波的頻率。聲屏障隔聲的能力用傳聲損失TL來評(píng)價(jià)。TL大,透射的聲能小;TL小,則透射的聲能大,透射的聲能能減少聲屏障的插入損失。透射引起的插入損失的降低量稱為透射聲修正量,用符號(hào)ΔLt表示。通常在聲學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),要求TL-Ld≥10 dB,此時(shí)透射的聲能可以忽略不計(jì),即Lt≈0。聲屏障聲學(xué)構(gòu)件計(jì)權(quán)隔聲量應(yīng)小于25 dB。

2.4 反射

聲波反射路徑如圖4所示。

圖4 聲波反射路徑

從圖4可以看到,當(dāng)聲源兩側(cè)均建有聲屏障且與聲屏障平行時(shí),聲波將在聲屏障間多次反射,并越過聲屏障頂端n繞射到受聲點(diǎn),會(huì)降低聲屏障的插入損失。由反射聲波引起的插入損失的降低量稱為反射聲修正量,用符號(hào)Lr表示。為減小反射聲,一般在聲屏障靠聲源一側(cè)附加吸聲結(jié)構(gòu)。反射聲能的大小取決于吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)α,α是頻率的函數(shù),是評(píng)價(jià)聲屏障的指標(biāo)。

當(dāng)然,由聲源發(fā)出的聲波遇到具有附加吸聲結(jié)構(gòu)的聲屏障時(shí)也會(huì)被吸收,使聲能降低。聲型聲屏障聲學(xué)結(jié)構(gòu)的吸聲性能應(yīng)適應(yīng)聲源的特性,其降噪系數(shù)應(yīng)小于0.6,同時(shí)聲屏障聲學(xué)構(gòu)件應(yīng)具有防潮(水)的性能,在高濕度或淋雨水環(huán)境中其吸聲性能不受影響。

3 吸隔聲屏障設(shè)計(jì)

本文聲屏障設(shè)計(jì)是將兩臺(tái)主變看做一個(gè)整體,采用靠近聲源變壓器的圍設(shè)方式,由于受聲點(diǎn)主要是變電站南北兩側(cè)的居民區(qū),因此采用三面圍設(shè)的方式,圍設(shè)開口朝向變壓器東側(cè)的配電室,既能有效的降低廠界噪聲,又能節(jié)約成本?？紤]到北側(cè)居民區(qū)已經(jīng)入住,南側(cè)高層建筑在建,作為一期工程,先行設(shè)立北側(cè)+東側(cè)(北半部)聲屏障。

聲屏障形式采用直板式[5],由基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)立柱、吸隔聲屏體部分組成。為了保證聲屏障與變電站進(jìn)線的安全距離,將聲屏障高度設(shè)計(jì)為8 m,進(jìn)線處的聲屏障高度縮減500 mm,使聲屏障的最高點(diǎn)與進(jìn)線弧垂高度間距達(dá)到1.8 m。

3.1 吸隔聲屏體

吸隔聲屏體采用鍍鋁鋅金屬吸隔聲屏體,規(guī)格為2500 mm×500 mm×10 mm。面板、背板采用1.0 mm鍍鋁鋅板,表面噴塑,既防腐又美觀,避免了光污染。面板穿孔率為25%左右,屏體內(nèi)側(cè)填充40 kg離心玻璃棉,離心玻璃棉用無堿憎水玻璃布包裹,可避免吸聲材料進(jìn)水降低吸聲效果。屏體具有耐候耐久性強(qiáng)、隔聲量大、吸聲系數(shù)高等特點(diǎn)。吸隔聲屏障正立面如圖5所示。

圖5 吸隔聲屏障正立面圖

3.2 聲屏障立柱設(shè)計(jì)

為保證聲屏障的剛度和強(qiáng)度,立柱采用雙H型鋼制成[6]。柱間跨距為2.5 m,安裝6個(gè)屏體。柱子和鋼結(jié)構(gòu)件全部熱鍍鋅,防止銹蝕,同時(shí)對柱子和鋼構(gòu)件外表面噴塑處理。

3.3 聲屏障基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

該變電站所屬地區(qū)為高寒地帶,全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)、北風(fēng),年平均風(fēng)速為3.3 m/s,冬季平均風(fēng)速為2.5 m/s。為了確保吸隔聲屏障堅(jiān)固,采用墩基礎(chǔ)加連系梁結(jié)構(gòu)[7-8],每個(gè)基礎(chǔ)約3.6 m3。地下基礎(chǔ)部分采用混凝土結(jié)構(gòu),充分考慮了高寒地區(qū)凍土層深度和土壤的凍脹特性。另外,在基礎(chǔ)施工中嚴(yán)禁用機(jī)械大面積挖掘,澆筑基礎(chǔ)后用土法施工回填,最大限度地保護(hù)基坑四周土體安定及地下管線安全。

4 噪聲治理效果

在裝設(shè)吸隔聲屏障一期工程竣工后,再次對變電站廠界噪聲進(jìn)行了檢測,測點(diǎn)布置同圖1。

4.1 工況1

1號(hào)主變停運(yùn),2號(hào)主變運(yùn)行,同1.3之工況1和工況3。晝間公路上無車行駛時(shí)廠界噪聲均不超過55 dB(A);晝間公路上有車行駛時(shí),距公路較遠(yuǎn)的4、5號(hào)測點(diǎn)分別為53.6 dB(A)、53.3 dB(A),距離公路較近的1號(hào)-3號(hào)測點(diǎn)則大于55 dB(A),但小于60 dB(A)。夜間公路上無車行駛時(shí)廠界噪聲均小于45 dB(A),3號(hào)測點(diǎn)為41.6 dB(A);夜間公路上有車行駛時(shí),1、4、5號(hào)測點(diǎn)廠界噪聲不超過45 dB(A),2、3號(hào)測點(diǎn)廠界噪聲略超過45 dB(A),最多超過1.5 dB(A)。與1.3工況3廠界噪聲相比較,夜間公路上無車行駛時(shí),1號(hào)測點(diǎn)廠界噪聲由48.8 dB(A)降至40.1 dB(A),2號(hào)測點(diǎn)廠界噪聲由47.0 dB(A)降至39.9 dB(A),3號(hào)測點(diǎn)廠界噪聲由48.3 dB(A)降至41.6 dB(A),4號(hào)測點(diǎn)廠界噪聲由48.1 dB(A)降至35.2 dB(A),聲屏障的降噪效果極為明顯。

4.2 工況2

1號(hào)主變運(yùn)行,2號(hào)主變和冷卻設(shè)備停運(yùn),同1.3之工況6。無論是公路上無車或有車行駛時(shí),晝間廠界噪聲均不超過55 dB(A),比未加裝隔聲屏障時(shí)各測點(diǎn)的噪聲值均有所降低。夜間廠界噪聲在公路上無車行駛時(shí)均小于45 dB(A),比未加裝吸隔聲屏障時(shí)降低0.5 dB(A)以上;公路上有車行駛時(shí),車輛行駛噪聲的影響較大,各測點(diǎn)噪聲值雖然比未加裝吸隔聲屏障時(shí)有所降低,但仍大于45 dB(A)。

4.3 工況3

兩臺(tái)主變同時(shí)運(yùn)行。夜間公路上無車行駛時(shí),廠界噪聲均小于45 dB(A);夜間公路上有車行駛時(shí),4號(hào)測點(diǎn)廠界噪聲為44.0 dB(A)、5號(hào)測點(diǎn)廠界噪聲為43.8 dB(A),1號(hào)-3號(hào)測點(diǎn)廠界噪聲大于45 dB(A),小于50 dB(A)。

4.4 檢測結(jié)果分析

上述各工況檢測結(jié)果表明:加裝吸隔聲屏障前,不同運(yùn)行工況下廠界噪聲有超標(biāo)現(xiàn)象。加裝吸隔聲屏障后,在1號(hào)主變運(yùn)行、2號(hào)主變、冷卻設(shè)備同時(shí)停止運(yùn)行且有車行駛工況下,廠界噪聲(48.0～50 dB(A))略超標(biāo)準(zhǔn)限值(45 dB(A)),超標(biāo)主要源于汽車噪聲。其余工況下,晝間、夜間廠界噪聲全部小于標(biāo)準(zhǔn)限值,廠界噪聲得到了明顯控制。

5 結(jié) 語

本文根據(jù)吸隔聲原理提出的采用吸隔聲屏障控制噪聲傳播途徑的變電站周界噪聲治理方案,并應(yīng)用于戶外變電站噪聲治理。實(shí)踐證明,吸隔聲屏障是治理戶外變電站廠界噪聲極為有效的措施,平均降噪量可達(dá)到7 dB(A)以上,具有很大的推廣意義。

[1] GB 3096-2008.聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2008.

[2] GB 12348-2008.工業(yè)企業(yè)廠界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2008.

[3] GBJ 122-88.工業(yè)企業(yè)噪聲測量規(guī)范 [S].北京:中國計(jì)劃出版社,1988.

[4] 馬大猷,現(xiàn)代聲學(xué)理論基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2004.MA Dayou.Theoretical basis of modern acoustics[M].Beijing:Science Press,2004.

[5] GBJ 87-85.工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:中國計(jì)劃出版社,1985.

[6] GB 50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:中國計(jì)劃出版社,2003.

[7] GBJ 50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[8] GBJ 50007-2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

(責(zé)任編輯 侯世春)

Research on noise control measures for outdoor substations

YIN Xiaohong1, TONG Yao1, ZHANG Liang1, ZHANG Jinli1, SHEN Junhai2

(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China;2.Jiada Environmental Engineering Co.,Ltd., Yixing 214200, China)

In order to reduce the substation boundary noise to the standard after upgrading the division of the functional regions for sound environment, the author analyzed, according to the detection data before noise control in the substation, the reason for excessive background noise, indoor noise and boundary noise of outdoor substation, and proposed to reduce noise by sound insulation screen which controlled the transmission route of noise.The result shows that, in outdoor substation with sound insulation screen, boundary noise reduces by 7 dB (A), which is lower than the environmental noise limit specified in national standard.

outdoor substation;boundary noise;sound insulation screen;noise reduction measures

2016-02-29;

2016-05-26。

殷曉紅(1965—),女,高級(jí)工程師,從事電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)專業(yè)研究工作。

TM63

A

2095-6843(2016)05-0385-04