城市变电站降噪措施浅析
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摘要：近年来，城市居民对城市变电站的噪声污染的投诉越来越多，因此相关研究单位以及电力部门目前最重要的工作就是解决城市变电站的噪声污染对周围居民的危害。文章在对多座500kV和220kV电压等级的城市变电站进行了噪声检测的基础上，分析了各种噪声产生的原因，并提出了城市变电站降噪措施。
关键词：城市变电站；噪声特性；降噪措施；噪声污染；输变电工程 文献标识码：A
中图分类号：TM63 文章编号：1009-2374（2017）11-0165-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.11.084
最近几年，由于经济的飞速发展，城市规模不断扩大，社会的发展需求也在不断增大，为确保稳定、快速的发展，输变电工程的建设也在紧张有序地进行。但由于土地资源紧缺的实际问题的影响，部分变电站不得不建在城市人口密集区域，因此严重影响了周边居民的生活与工作，其中受公众关注最多的是低频噪声的影响。本文将对具有典型代表性的110kV、220kV、500kV城市变电站进行噪声特性的测试和分析，仔细研究现有的降噪措施，找出其中的缺点、不足，指导城市变电站噪声的治理工作。
1 工程实例
对某一市区的15座220kV和500kV变电站的所有变压器主体、母线、风扇、电抗器及电容器等设备进行了噪声频谱的分析与统计。检测结果表明：100、200、300等100Hz整数倍的频率是变电站设备噪声所需要应对的主要对象，且大部分都在500Hz以内。下文将逐一分析噪声分贝值最高时对应的设备类型与频率。
2 变电站主要噪声源分析
2.1 变压器本体噪声
实测220kV变压器本体噪声的平均值为81.2dB，根据频谱图，找出各个变压器实噪声最高分贝值的对应频率值，然后用所有220kV变压器中最高分贝值所对应该频率值的数量除以220kV变压器的总数，就可以得到相应比例大小的区域。100Hz、200Hz、300Hz占据了变压器本体的噪声频谱的大部分比例，因此400Hz及以上频率的频段有时会因为所占比例较少而无法在饼图中显示。根据电力生产部门的统计，变电站产生噪声最大的单体设备之一便是变压器，其本身的振动是噪声产生的根本原因。根据变压器的生产工艺与结构设计可知变压器的主体噪声产生的最主要原因是：硅钢片接缝处与叠片之间存在的因漏磁产生的电磁吸引力，硅钢片引起的磁致伸缩引起的铁心振动。因为电源频率周期是磁致伸缩的变化周期的两倍，所以磁致伸缩引起的变压器振动主要也是100Hz的整数倍。同时由于铁心结合处的循环励磁导致新柱硅钢片和上铁轭发生磁致伸缩，因此频谱中50Hz的奇数倍的频率也占有一定的比例。
2.2 母线噪声
500kV母线噪声实测平均值为91.8dB。母线噪声产生的主要原因是：大电流通过并排母线，在交变磁场的作用下，母线与箱体、母线与母线之间会产生周期性变化的电磁力，从而激励母线桥架产生振动，发出噪声。因为其产生的原因单一，所以频谱结构也较为简单，频谱上基本都是100Hz。一般情况下，母线噪声低于变压器噪声，可忽略。
2.3 风扇噪声
因为并不是所有变压器都开风扇，所以只检测了风扇正常运作的220kV和500kV变电站的风扇噪声，220kV变电站的噪声实测平均值为79.1dB，500kV变电站的噪声实测平均值为96.8dB。风扇噪声一般情况下是1000～2000Hz内的中高频噪声，但在实测过程中，由于变电站处于运行状态，风扇的噪声在大多数时候被变压器本体的振动噪声所掩盖，导致检测结果大多数为低频噪声。由此可知变电站主要的噪声源并不是风扇噪声。
2.4 其他噪声
电抗器的噪声组成与变压器大体一致，同样是由本体噪声与冷却装置的噪声构成。电抗器本体的噪声主要来源是：（1）铁心漏磁产生的电磁力与铁心的磁致伸缩引起的振动；（2）通过与油箱的固定部分或绝缘油，使油箱面产生振动，进而使噪声传播至外界；（3）铁心或绕组产生振动。变电站噪声的另一个来源是电容器。电容器噪声产生的原理是：将交流电加在电容器上，电容器介质内的电极间产生的静电力，使电容器内部的原件产生振动，这种振动将传给外壳，进而使箱壁振动产生噪声，再从外壳传到外界。
3 现有降噪措施分析
3.1 吸声降噪
吸声降噪的原理是：声波通过某种介质或是入射到某介质的表面，使声能降低或转换为其他能量。室内降噪最常用的方法就是吸声，将吸声材料布置于噪声源室内顶棚与壁面位置，可有效降低室鹊摹盎煜臁庇搿白げā毙вΓ改善室内的声场特性，一般情况下，合理布置吸声材料可减低噪声3～6dB（A）。当前，城市变电站使用的吸声材料主要有：（1）共振吸声材料；（2）多孔吸声材料。共振吸声材料运用的原理是亥姆霍兹共振器原理，利用材料与声波的共振来消耗声能，它的特点是在某一特定频段吸声系数高。城市变电站噪声控制工程中运用的共振吸声材料有：单层或多层微穿孔吸声板、铝纤维吸声板及其他组合结构等。多孔吸声材料的原理是：借助声波与空气的粘滞阻力和声波与孔壁的摩擦和热传导来消耗声能，特点是对中高频噪声有很好的吸附能力。城市变电站噪声控制工程中运用的多孔吸声材料有玻璃棉、岩棉、聚酯纤维、聚氨酯泡沫等。调研结果显示，大多数城市变电站没有使用过任何吸声降噪方法，少数进行吸声处理的，也均未达到预期效果。比较上述吸声壁面内外两侧的噪声频谱可知，吸声壁面拥有一定的吸声效果，特别是对于1000Hz以上的频段，但对于主变噪声来说，这种吸声效果还是较低的。吸声降噪方法降噪效果较低的主要原因有：（1）吸声材料覆灰、吸潮、破损、腐蚀、老化导致吸声效果下降；（2）降噪设计时只是使用常用的“面板+覆盖层+矿物棉”的吸声结构，这种结构虽然可有效地消除室内的中高频噪声，但是实际需要降低的噪声属于低频噪声，因此上述结构就不能起到很好的降噪效果。