王曉峰，李 薇，金東春

(1.華北電力大學(xué)區(qū)域能源系統(tǒng)優(yōu)化教育部重點實驗室，北京 102206； 2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310000)

變電站噪聲控制技術(shù)研究進(jìn)展

王曉峰1，李 薇1，金東春2

(1.華北電力大學(xué)區(qū)域能源系統(tǒng)優(yōu)化教育部重點實驗室，北京 102206； 2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310000)

針對變電站噪聲的特點，分別從噪聲源、噪聲傳播途徑以及接受者三個方面介紹了噪聲的治理方案。在噪聲源控制方面上，主要是對變壓器本體噪聲以及冷卻裝置噪聲進(jìn)行控制；在噪聲傳播途徑方面，利用吸聲，消聲，隔聲隔振材料以及聲屏障等技術(shù)進(jìn)行防控；對接受者的保護(hù)采用防護(hù)耳罩耳塞。并分析了這些噪聲控制措施在實際工程中的應(yīng)用成果。同時提出了主變壓器和通風(fēng)風(fēng)機的降噪治理方案。為了使變電站的噪聲控制達(dá)到很好的效果，應(yīng)該結(jié)合多方面治理方法從而采取措施。

變電站噪聲；污染控制；治理途徑

0 引言

隨著城市化范圍不斷擴(kuò)大,使原本可以建在城市周邊的變電站不斷地靠近城鎮(zhèn)，變電站噪聲對居民生活以及周圍設(shè)施的影響不斷加劇，會使人心情煩躁，影響人們之間的溝通交流，與此同時還會導(dǎo)致工作效率以及生活質(zhì)量的降低。噪聲污染控制水平已成為評價生活舒適度的重要指標(biāo)之一，迫切需要分析變電站的噪聲排放特點以及機理，研究其相應(yīng)的噪聲污染控制措施，并且根據(jù)變電站噪聲的類型，分析變電站的治理途徑。

1 變電站噪聲的特點

變電站噪聲一般情況下可分為電磁噪聲和機械噪聲[1]，電磁噪聲主要是產(chǎn)生在電氣設(shè)備啟動運行時，其中包括變壓器、電抗器等內(nèi)部的鐵心硅鋼片在交變電場的振動而產(chǎn)生,并且電抗器產(chǎn)生的噪聲極其不穩(wěn)定,當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷時電抗器的噪聲小,而當(dāng)其處于高負(fù)荷時噪聲比較大；而機械類噪聲主要是由變電站內(nèi)冷卻風(fēng)機、油泵等運行時所引起的噪聲。變電站噪聲的主要特點是以低頻噪聲為主,具有明顯的音頻特性.由于低頻噪聲的波長比較長,當(dāng)其與房屋尺寸相近時,會引起墻體、天花板等建筑構(gòu)件的共振現(xiàn)象，所以變電站噪聲會使居民在生活中感到不快，影響到生活質(zhì)量。

2 變電站的噪聲治理方法

根據(jù)變電站噪聲的產(chǎn)生原因，變電站的噪聲治理可以從噪聲源，傳播途徑以及接受者三個方面進(jìn)行防治。

2.1 噪聲源控制

噪聲源控制主要是針對變壓器的本體及其冷卻方式進(jìn)行改進(jìn)，這是從源頭控制噪聲最有效的方法。變壓器本體噪聲主要是由于鐵心硅鋼片磁質(zhì)伸縮引起的，現(xiàn)有的改造優(yōu)化措施有選用質(zhì)量優(yōu)良的鐵心硅鋼片，或者提高與鐵心硅鋼片相關(guān)原材料的加工技術(shù)等。對于由于電氣設(shè)備老化而引起的噪聲過大的變電站，應(yīng)及時進(jìn)行維修升級，更換為噪聲源強比較小的電氣設(shè)備。變壓器的冷卻裝置采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷式變壓器冷卻裝置，主要是在降低冷卻風(fēng)扇和變壓器油泵的噪聲；而采取強油自冷式變壓器冷卻裝置，主要是降低自冷式散熱器和變壓器油泵的噪聲，我們通?？梢詫⒂徒L(fēng)冷式或強迫油循環(huán)風(fēng)冷式改為油浸自冷式，可有效降低噪聲的相關(guān)參數(shù)。

目前的噪聲源控制技術(shù)也存在著一定的缺陷，通過更換設(shè)備原件有時還不能滿足噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)。袁園[2]提出的干涉消聲技術(shù)，具有對低頻噪聲降噪效果好，且占地面積小，易于控制的特點。針對變電站噪聲源可根據(jù)頻率相同或者相近的電氣設(shè)備由于在位置上的差異而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，使得變電站對外輻射的整體聲功率級降低。主變壓器的防火墻可加裝鋼制抗性消聲結(jié)構(gòu)，既可以在防火的同時達(dá)到消聲的目的，還可以防止由于原防火墻的純隔聲作用而導(dǎo)致的變壓器的其他輻射面積增大。由此可見，干涉消聲技術(shù)在變電站噪聲治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.1.1 噪聲源控制實例

上海某220kV室外變電站，增加了1臺噪聲較低的油浸自冷式變壓器，測得變壓器的噪聲級為62dB(A)，比原有的變壓器本體噪聲低10dB(A)左右，比原變壓器散熱排風(fēng)機噪聲低15～18dB(A)。新增變壓器的噪聲對鄰近的廠界及廠界外居民的影響可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

上海另一220kV露天變電站內(nèi)的變壓器距廠界及廠界外的居民較近，變壓器的噪聲對居民的正常生活造成了一定的影響，為此電力公司從噪聲源頭采取治理措施，更換了3臺變壓器，原強迫油循環(huán)風(fēng)冷式變壓器被油浸自冷式變壓器所取代，替換后變壓器的噪聲水平低于65dB(A)，很大程度上降低了變壓器噪聲對周邊環(huán)境的影響。因此選用噪聲較低的油浸自冷式變壓器，在上海的這兩家變電站取得了一定的降噪效果。

通過將變壓器更換為噪聲水平更加低的設(shè)備裝置，從而減小源頭噪聲量的方法，一般可有效降低10dB(A)左右，使得本不符合噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域符合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 傳播途徑控制

噪聲傳播途徑的控制主要是采用吸聲技術(shù)、隔聲技術(shù)、消聲技術(shù)、阻尼技術(shù)等[4]。在變電站治理過程中，通常將吸聲材料布設(shè)在室內(nèi)的壁面或聲屏障、隔聲間或者防火墻的內(nèi)壁上，可以消除聲波帶來的混響效應(yīng)。阻抗復(fù)合式消聲器對中低頻噪聲都有一定的作用，為了防止變電站室內(nèi)噪聲向外傳播，可以采取在進(jìn)出通風(fēng)口處安裝消聲材料。隔聲技術(shù)主要是通過一些特殊的材料、構(gòu)件等裝置來隔絕空氣，減少聲能量的傳播，比如說采用雙層的隔聲門窗，盡可能減小其與外界的能量傳播。

另一種在途徑上的減噪措施是增加噪聲源與廠界的衰減距離，在衰減過程中還可以設(shè)置擋板，以達(dá)到更好的降噪效果，但目前變電站設(shè)計時通常采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊布置，這個條件應(yīng)在廠址選擇過程中進(jìn)行優(yōu)先考慮，對廠界的確定也具有一定的指導(dǎo)意義，建成后就較難調(diào)整。

2.2.1 吸聲材料的選擇

(1)纖維吸聲材料

纖維吸聲材料包括有機纖維吸聲材料、無機纖維吸聲材料、金屬纖維材料三種[5]。有機化學(xué)纖維材料主要有聚酯纖維以及條綸棉等，這類材料不僅對低頻噪聲的降噪效果比較差，還由于其防火、防潮、防腐能力較弱，使用壽命較短，需要經(jīng)常更換，在變電站工程應(yīng)用上無形中增加了投資成本。隨著技術(shù)的不斷革新，無機纖維材料不斷的取代有機化學(xué)纖維材料，諸如玻璃棉、礦渣棉等，它們的性能皆優(yōu)于有機纖維材料，具有良好的吸聲性能，防火、防腐、不易老化。然而，存在的主要問題是無機材料受潮后吸聲性能下降，從而影響變電站噪聲的處理效果。金屬纖維材料的研究快速發(fā)展，它是指通過冷沖壓或高溫?zé)Y(jié)等工藝制作而成的新型材料。目前為止，金屬纖維材料是一種環(huán)保型材料，具有力學(xué)性能好、質(zhì)量輕、吸聲性能優(yōu)異、耐高溫、耐凍等特點，特別適用于潮濕、高溫環(huán)境，具有很好的應(yīng)用前景。祝志祥[6]等人通過對金屬纖維材料的不斷深入研究發(fā)現(xiàn)，鋁纖維的密度很小，有很強的耐腐蝕能力，施工用量少，可作為變電站吸聲降噪治理的較好選擇。

(2)泡沫吸聲材料

泡沫材料根據(jù)其毛孔的形式分為閉孔、開孔和半開孔。微孔相互交織在封閉的狀態(tài)稱為閉孔型泡沫材料，互相連通的稱為開孔型泡沫材料，既連通又封閉的則稱為半開孔型泡沫材料[7]。黃學(xué)輝[8]等制成一種新型復(fù)合吸聲材料。周耿[9]分析了不同材料層的復(fù)合以及填料的加入對降噪性能的影響。研究表明，聚氨酯泡沫材料具有良好的阻燃性和吸濕性、易于切割、質(zhì)量輕薄，易安裝性和可替代性等特點，適用于作為機電產(chǎn)品的噪聲屏障、消聲器等，缺點是低頻吸聲系數(shù)低及散熱性差等，不太適合用于變電站降噪，尤其是特高壓變電站。

(3)共振吸聲結(jié)構(gòu)

共振吸聲結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)用是微孔板，微孔板是把孔徑減小到絲米級，因為穿孔的聲阻與其穿孔直徑成反比，從而增加了穿孔板的聲阻，使得微穿孔板具有了良好的吸聲性能。左言言等[10]根據(jù)孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性進(jìn)行了理論分析與計算。微穿孔板具有耐高溫、耐腐蝕及能承受高速氣流沖擊方便回收、無污染等特點，但其也存在吸聲頻帶不夠?qū)挼娜秉c。

(4)新型吸聲材料

結(jié)合微孔板和鋁纖維板的結(jié)構(gòu)特點，樊超[11]等人微孔纖維復(fù)合吸聲板，該吸聲板以微穿孔板為外層、鋁纖維板為內(nèi)層，通過兩者之間的空腔，可以組成一個雙共振吸聲結(jié)構(gòu)，增加了材料的吸聲頻帶。同時該微孔板還具有導(dǎo)熱性好，適應(yīng)氣候變化，耐水性好，防火性能優(yōu)良，回收利用方便等優(yōu)點。這樣基本可以滿足主變壓器的降噪要求，是變電站噪聲吸聲治理材料的理想選擇。

2.2.2 消聲器的選擇

消聲技術(shù)是指使用吸聲結(jié)構(gòu)作為內(nèi)襯或者應(yīng)用具有特殊構(gòu)造的氣流管道來阻隔噪聲傳播的方法，這種既能允許空氣流通過又能有效地防止或減少設(shè)備的聲能向外傳播的設(shè)備稱為消聲器。消聲器依據(jù)消聲原理的不同可分為阻性、抗性、復(fù)合和排氣放空四種。對于室內(nèi)變電站的噪聲源和室外的風(fēng)機噪聲，可以采取在進(jìn)出口安裝消聲器進(jìn)行減噪消聲處理。對于主變壓器進(jìn)出風(fēng)口的消聲器宜采用阻抗復(fù)合消聲器，既可以降低主變壓器產(chǎn)生的中低頻噪聲，又可以減小通風(fēng)風(fēng)機的中高頻噪聲。

2.2.3 隔聲技術(shù)

隔聲是通過某些特殊的材料或者構(gòu)件來隔絕空氣防止噪聲傳播的方法。常見的隔聲方法有隔聲罩、隔聲間和隔聲屏。隔聲罩和隔聲間是采用封閉形式，將噪聲源分隔開來。變電站中最為常見的隔聲罩為風(fēng)機箱，隔聲間為變壓器室，它們的隔聲量不僅取決于材料的特性，還與空間的密閉性有關(guān)，所以在前期變電站設(shè)計時，應(yīng)盡量減少門窗的設(shè)計，且設(shè)計尺寸盡量小，或者是采用雙層隔聲窗設(shè)計。而對于隔聲屏則為敞開式，所以在使用時，應(yīng)盡可能的靠近噪聲源或者是噪聲受體。

2.2.4 隔振材料的選擇

變電站內(nèi)的隔振主要是主動隔振，采用隔振器來減少機器的支撐結(jié)構(gòu)或者由于機器自身的干擾而引起的基礎(chǔ)振動。采取的隔振措施的主要集中在變電站內(nèi)的振動噪聲源，如變壓器、電抗器和風(fēng)機等。常用的隔振設(shè)備有鋼圓柱螺旋彈簧隔振器、橡膠隔振器、空氣彈簧、管道補償裝置等軟連接裝置。

上海瑞虹新城10號樓噪聲嚴(yán)重，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，是因為瑞虹新城用戶變電站是一座10/0.4kV配電站，系樹脂絕緣干式電力變壓器[12]。從安裝角度是符合國際及供電公司的規(guī)范要求的，但是居民和物業(yè)反映這臺變壓器工作時噪聲很大?，F(xiàn)場實測數(shù)據(jù)在50～60dB(A)之間，屬于正常范圍。經(jīng)對變電站采用隔振墊降噪處理后，解決了變壓器的噪聲問題。

2.2.5 聲屏障技術(shù)

在變壓器的周圍增加障礙物，使某噪聲源成為預(yù)測的障礙，聲屏障的存在使得聲波不能直接在某點被估計，然后使得聲能衰減，使變壓器在固定的范圍內(nèi)傳播，不向外部擴(kuò)散，減少噪音。同時還可以添加聲屏障、隔聲門窗、消聲器等，利用科技吸收聲波，減低噪聲，例如，在墻面安裝吸聲棉、消聲器等，或者利用吊頂來吸收聲波，使之降低噪聲[13]。

2.2.6 變壓器有源消聲法(ATNC)

有源消聲法是指在變壓器附近(通常離變壓器1m以內(nèi))放置若干個噪聲發(fā)生器，使它們產(chǎn)生的噪聲分別與變壓器的基頻噪聲及2～4次高頻噪聲相互抵消，從而使變壓器的噪聲受到抑制和衰減，有源噪聲控制不僅理論上消聲量可達(dá)到很高，而且體積小，便于設(shè)計和控制，在城市變電站中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2.7 噪聲傳播途徑控制實例

其實除了對變壓器本體噪聲以及冷卻裝置外的控制，在變壓器周圍也存在著許多可以控制噪聲產(chǎn)生的因素，例如在防爆墻上安裝吸聲結(jié)構(gòu)，可以有效降低防爆墻噪聲的反射系數(shù)，進(jìn)而對傳播過程中的噪聲進(jìn)行了很好的控制[14-15]。

2.3 接受者防護(hù)

變電站周邊居民區(qū)受到變電站噪聲的影響一方面可能是由于聲功能區(qū)等級的提高，使得原本符合噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)變得超標(biāo)排放，影響居民的生活質(zhì)量。另一方面是采取一定的防護(hù)措施后，仍然可能由于距離變電站較近，使得噪聲衰減距離不夠而導(dǎo)致其超標(biāo)排放。這樣看來，對接受者采取保護(hù)是十分必要的。依據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)改造方法，針對變電站周邊居民房屋采取的治理措施主要是建筑物加裝通風(fēng)隔聲窗。

3主變壓器和通風(fēng)風(fēng)機降噪方案

3.1 室外布置變壓器

室外變壓器除了在本體噪聲控制之外，加裝隔聲屏障的方式來控制噪聲傳播途徑更加有效，一般可取得5～15dB(A)的降噪效果[16]。安裝時應(yīng)盡可能的靠近噪聲源，還可以利用周圍的土坡、堤壩等障礙物，隔聲屏障的設(shè)計還和噪聲的頻譜特性、噪聲源的位置有關(guān)，所以應(yīng)該綜合考慮各方面的因素，力求以最少的工程量達(dá)到最佳的降噪效果。

3.2 室內(nèi)布置變壓器

室內(nèi)變壓器的布置主要是針對變壓器室進(jìn)行設(shè)計，也就是要對隔聲間的設(shè)計加以控制已達(dá)到良好的降噪效果。隔聲間的主要結(jié)構(gòu)有隔聲門窗、墻體和進(jìn)出風(fēng)口，采取相應(yīng)措施可降低10～30dB(A)的降噪效果。變壓器本體和散熱器的布置方式不同，采取的降噪措施也有所不同。當(dāng)變壓器采用機體和散熱器一體布置時，變壓器采用機械通風(fēng)，此時通風(fēng)能力大，必須在變壓器進(jìn)口和出口進(jìn)行消噪處理，風(fēng)機也應(yīng)同時進(jìn)行降噪處理。當(dāng)變壓器與散熱器分離開布置時，進(jìn)口需要進(jìn)行消聲處理，但出口和風(fēng)機可以視情況而定。必要時可設(shè)置吸聲材料來進(jìn)行降噪處理。

3.3 風(fēng)機噪聲控制

通風(fēng)風(fēng)機本體的噪聲控制可以通過設(shè)計隔聲罩(例如常見的風(fēng)機柜和風(fēng)機箱)和采取相應(yīng)的隔振措施來控制噪聲的傳播。而在風(fēng)機的進(jìn)出口處主要是通過風(fēng)管隔聲、風(fēng)機進(jìn)出口加裝消聲器和隔振措施來實現(xiàn)。

4 結(jié)語

隨著特高壓變電站的建設(shè)以及城市化發(fā)展的加快，變電站噪聲污染問題必將受到越來越多的關(guān)注，本文通過對噪聲提出相關(guān)的治理方法，針對變電站常用的吸聲、隔聲、消聲材料進(jìn)行論述，并通過實例加以論證條件的適應(yīng)性，在適當(dāng)情況下，對于主變壓器和通風(fēng)風(fēng)機的噪聲源可以將各技術(shù)結(jié)合使用，效果更佳。

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Research progress of noise control technology of substation

Inviewofthecharacteristicsofsubstationnoise,thenoisecontrolschemeisintroducedfromthreeaspectsofnoisesource,noisetransmissionpathandreceiver.Intheaspectofnoisesourcecontrol,itmainlycontrolsthenoiseofthetransformerbodyandthenoiseofthecoolingdevice.Inthefieldofnoisetransmission,usethesoundofabsorption,silencing,soundproofingandsoundbarriertechnology;Protectiveearplugsareusedfortheprotectionofthereceiver.Theapplicationresultsofthesenoisecontrolmeasuresinpracticalengineeringarealsoanalyzed.Atthesametime,thenoisereductionofmaintransformerandventilationfanisproposed.Inordertomakethenoisecontrolofthesubstationachieveverygoodeffect,themeasuresshouldbetakenincombinationwithvariousmethods.

substationnoise;pollutioncontrol;improvementmeasures

TB535

B

1674-8069(2017)06-034-04

國家自然科學(xué)基金(61471171)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金(2015ZZD08)

2017-08-19；

2017-09-10

王曉峰(1994-)，女，河北省保定市人，在讀碩士研究生，研究方向為土壤修復(fù)。E-mail:xiaofengwww123@163.com