城市户内布置变电站噪声全过程控制技术探讨

武汉网绿环境技术咨询有限公司 施中杰

随着经济发展和城市化进程的加快，各地城市城区用电负荷不断增大，越来越多变电站进驻城区。城区新建变电站大多采用户内布置，户内变电站中的变压器、通风风机等设备会产生一定的噪声。

变压器本体噪声产生的主要构件有变压器铁芯、绕组和油箱(包括磁屏蔽等)。变压器本体电磁噪声频率一般低于500Hz，属于低频噪声。变压器噪声是不稳定的，运行功率低或空载时噪声值相对较低，而满负荷运行时噪声级水平则较高。变压器冷却装置产生噪声的主要构件是变压器冷却风扇和潜油泵。变压器的冷却风扇基本上都采用轴流风机，启动台数都对变压器总噪音有很大的影响。

正常情况下，一台功率0.55kW、转速720rpm的轴流风机产生的噪声可达到60dB(A)。轴流风机运转时产生的噪声以中频噪声为主，其中最主要构成部分是空气动力性噪声和机械性噪声。影响最大的为空气动力性噪声，其噪声频率主要取决叶片于气流的相对速度，是旋转噪声和涡流噪声相互混杂的结果，是风机噪声的主要部分[1]。

变电站噪声控制是一项系统工程，涉及到变电站选址、设计方案选择、主要设备选型和噪声控制措施设计等多个方面。城区变电站应合理选择站址应尽量避免临近医院、学校、政府机关、科研单位和居民住宅楼等声环境敏感目标。

1.1 设计方案和主要设备选择优化

站址确定后，根据变电站所处地理位置、环境功能要求以及进出线条件，选择合适设计方案。城区变电站应优先选择全户内布置方式，主变采用散热器与本体分开布置的型式，尽量将主要噪声源布置在靠近道路一侧，风机选择布置在远离噪声敏感目标一侧墙壁或远离敏感建筑物一侧。主变室门、窗及进出风口应尽量布置在远离敏感建筑物一侧，主变室尽量不设计全开全关式检修大门，不设置采光窗户，减少噪声泄漏[2]。

新建变电站电气设备选型时严格控制设备噪声水平，在技术和经济许可条件下尽量选择低噪声设备。通过计算确定主变室、配电室等正常运行所需的通风散热量来选择合适风机，优先采用自然通风以减少通风风机的数量，尽量选择大直径、低转速、低噪声风机，或采用分割通风单元的方式降低散热风机的功率，从而降低风机噪声水平[3]。

1.2 降噪措施概述

1.2.1 变电站噪声控制途径概述

声学系统由声源、传播途径和接收器三个环节组成，对于噪声的控制，可以通过设法抑制它的产生、传播和对听者的干扰来进行控制。变电站噪声控制可从上述三个环节进行考虑。

噪声源控制。是最直接的噪声控制方法，对变压器和电抗器可通过减小铁芯振动激励力，或改变噪声设备的结构，将各构件间的衔接由原来的铆接改为焊接、精密打造内部齿轮衔接系统等，此方法技术要求苛刻、成本高。根据经验可知，针对变压器本体的降噪措施随着降噪效果的提高其制造成本将急剧上升，且一般最多只能降低15dB 左右，但其成本会增加30%。

传播途径控制。是目前噪声控制措施中使用最为广泛、发展迅速的一种方法，包括隔声控制、消声控制、吸声控制和阻尼减震控制等措施，使噪声在传播到接受点的过程中衰减，从而降低到达接受点的噪声强度，也能达到理想的降噪效果；
接受者防护控制。对于一些无法或不易采取降噪措施的工作场所，可通过对人员进行保护的措施来解决噪声侵扰问题，主要包括佩戴防噪耳塞、耳罩、防噪头盔等。该措施在变电站噪声控制中不提倡使用，特别是要求周边居民时刻注意自身防护是不可行的。

1.2.2 噪声传播途径控制措施概述

隔声。是通过材料、构件或结构来隔绝空气传播噪声的方法，常见形式有隔声罩、隔声间和隔声屏。对于变压器室，为达到更好的隔声效果，门窗应尽量少设计且尺寸尽可能少，或采用双层隔声门窗；
消声。是利用具有吸声内衬或特殊结构形式的气流管道来降低噪声的方法。既能让气流通过又能降低噪声的设备称为消声器。根据消声原理不同，消声器有阻性、抗性、复合和排气放空四种类型，各类型消声器依据结构形式不同又可细分为多种型式；
吸声。是利用声波通过介质或者入射到介质分界面上时声能的减少来降低噪声的方法。当室内混响声较强时吸声降噪效果才明显。吸声材料按其结构状况可分为多孔吸声材料、共振吸声材料和特殊吸声材料。通过对噪声源室内墙面和顶棚设置吸声材料，能一定程度降低室内的噪声。

2.1 户内变电站主变选型及噪声控制

变电站设备选型时应严格控制设备噪声水平，在技术经济许可的条件下尽可能选用低噪声设备。变压器噪声应满足《6kV～500kV 级电力变压器声级》（JB/T10088-2004）及《国家电网公司输变电工程通用设备》的基本噪声限值要求，110kV 变压器噪声水平小于等于65dB（A），位于城区的110kV变压器噪声源强应控制在60dB（A）以下。

变压器噪声主要由硅钢片的磁致伸缩和绕组中的电磁力引起，在变压器订货时对噪声指标提出相应要求并做到严格验收，控制变压器本身降噪：采用自冷式，可去除风扇和油泵噪声的叠加；
降低铁芯的工作磁密，采用高导磁的硅钢片和步进搭接工艺等减小磁致伸缩；
完善铁芯和引线的夹持结构，采用避开共振区的结构设计，加大油箱箱壁厚度、加固油箱和附件等措施减缓并吸收磁致伸缩产生的振动能量。

2.2 主变压器与散热器布置方式

国内110kV 户内变电站在设计中已开始应用分体式变压器，将变压器本体密封在隔音房间内，将散热器布置在易散热的地方，利用油管和汇流槽将本体与散热器连接。水体分体式变压器，即主变本体和散热器分开布置在不同的房间，本体被封闭在单独的房间中以隔绝噪声，散热器布置在另外的房间，采用敞开式布置，一侧面和屋顶全敞开，敞开的进风侧面选择装饰性花格栅作护网。散热器室采用自然通风，不设计强排风，没有强噪声源。

2.3 主变室吸声控制

主变噪声首先在主变压器室内传播，当声波遇到墙面、屋面、地面后被反射回来，反射声波再遇到主变压器室壁面后再次反射，主变压器产生的直达声波和一次反射声波、二次反射声波、N 次反射声波相互叠加，使室内噪声大大增加，室外噪声也随之增大。室内噪声大小不仅与声源声级有关，还与室内壁面的平均吸声系数有关，要控制主变噪声对外环境的影响，对主变及散热器室进行吸声处理十分必要。目前变电站主变室吸声板常见有铝纤维吸声板、蜂窝陶瓷吸声板及微穿孔金属板。

铝纤维吸声板。通常由具有不同孔径大小的铝板网、铝纤维毡及铝箔、龙骨（隔板）组成，将两种不同孔径的铝板网中间放置一层铝纤维毡，通过滚压机压成厚度为1～2.5mm 厚的薄板，用金属龙骨固定在变电站内墙壁。铝纤维密度小、用量省、耐蚀性好，较其他种类金属纤维优势明显。对于变电站主变室吸声而言，面密度为550g/m2、板厚为1mm、空腔厚度为100mm 的铝纤维板综合吸声效果较好，可满足变电站低频噪声治理需要。

蜂窝陶瓷吸声板。是一种以天然菱镁矿粉为原料烧烤而成的多孔吸声板，从表到里为三维互相贯通的网状小孔结构（占总体积60%左右）。当声波入射到材料表面时，绝大部分声波会沿着迷宫式小孔隧道进入吸声板内部，声波在吸声板内部传播引起孔隙中空气振动，同形成孔隙的表面十分粗糙的陶瓷筋络发生摩擦，一部分声能被转变为热能，一部分声能到达刚性壁后被反射回蜂窝陶瓷吸声板，声波又会像初次入射声一样重新回到迷宫式小孔遂道中带动空气与陶瓷筋络发生摩擦，声能继续被转化、消耗。这两种效应相互作用，使蜂窝陶瓷吸声板有效地消耗入射声能，获得良好的吸声效果。蜂窝陶瓷吸声板对低频噪声具有良好的吸声性能，具备A级防火、防水、防腐蚀、防虫功能，室外温度100℃不变形，便于安装施工等优点。

微穿孔金属板。在板厚小于0.1mm 的薄金属板上穿以孔径小于1.0mm 的微孔，穿孔率1%～5%，后部留有一定厚度的空气层，就构成了微穿孔板吸声结构。其比普通穿孔板吸声结构的吸声系数高，吸声频带宽。

综合考虑价格和吸声系数两种因素，可选用微孔金属板作为变电站主变室墙壁吸声材料。主变室墙吸声面积宜控制在主变室总面积的60%，一方面可保证良好的吸声效果，另一方面进一步增加吸声面积，费用也成线性增长。

2.4 主变室门隔声控制

主变室门采用全封闭可拆卸复合彩钢门，提高其通风消声及隔音效果。主变室大门需兼顾主变压器的安装、检修和人员的进出，在设计时将隔声门设计成可拆卸隔声板，在门的一边角做一扇可开启的隔声小门，供平时巡视检查和小的维修之用，大修时可拆卸。复合彩钢门厚度为50mm，两面是2mm 厚薄钢板，中间采用聚氢酯泡沫塑料（可起到阻尼防震效果），强度和耐腐性均好。此门采用特种门铰轴（自带轴承），开启十分灵活方便，还可以节约空间且降噪效果显著。同时，为保证隔声门的密封效果，在门框与门之间做成阶梯状的企口并加设橡胶密封条，使门扇、门框间严密合缝。

2.5 通风风机消声控制

消声是消除空气动力性噪声的重要措施之一，具有允许气流通过而阻止声音传播的特点。按照消声机理消声器可分为阻性消音器、抗性消音器、阻抗复合式消音器等。对于变电站、配电室，消声器通常安装在其进、排风系统，在选用消声器时要综合考虑噪声控制和通风散热的需要。

2.5.1 消声器分类

阻性消声器。是利用气流管道内的不同结构形式的多孔吸声材料吸收声能，降低噪声的消声器。其消声频率宽，以中高频最为显著，适用范围广泛，特别是在风机类消声器中应用最为广泛；
抗性消声器。是通过管道内声学特性的突变处将部分声波反射回声源方向，以达到消声目的的消声器，主要适用于降低低频和中频段的噪声。优点是不需要使用多孔吸声材料，在耐高温、抗潮湿、对流速较大、洁净要求较高等条件下均比阻性消声器有明显的优势；
复合式消声器。是将阻性及抗性等不同消声原型组合设计而构成，可在较宽频率范围内都能达到满意的消声效果。

2.5.2 进排风口消声控制

主变压器进出风口的消声器宜采用阻抗复合消声器，既可降低主变压器产生的中低频噪声，又可减小通风风机的中高频噪声；
为有效控制通风百叶窗向外辐射噪声，可在窗外设计进风、采光、隔声于一体的进风消声器，上部为采光隔声罩窗、下部为阻性片式进风消声器。通过增加消声器长度及通道断面周长，将消声器设计为L 型，内部设多个气流通道，在各气流通道上均覆盖吸声玻璃棉吸声，吸声材料采用20mm 厚超细玻璃棉，其体积密度为20kg/m3，消声弯头处加导流片。

对于机械排风的噪声控制，首先选用符合通风量要求的低噪音轴流风机，其次在通风机洞外增设相应排风消声箱。排风消声箱隔声罩内的气流通道采用L 型，在各气流通道上均覆盖吸声材料，吸声材料采用20mm 厚超细玻璃棉、体积密度为20kg/m3，消声弯头处加导流片。室内噪声由轴流风机排除至排风消声箱，通过L 型气流通道内的镀锌穿孔钢板进入吸声材料，声能由于粘滞性和内摩擦作用转化为热能而减小，最后经排风消声箱出口排入室外。