输变电噪声控制实践

邵斌 苏宏兵

输变电噪声控制实践

邵斌 苏宏兵

实现噪声治理工程与人居环境的协调统一是噪声控制领域的关注焦点之一。本文简要介绍近年来输变电设施环境噪声治理的工程实践和专题研究，提示了一些环境噪声污染评价和防治的实用技术和注意事项。

输变电噪声；换流站；变电站；噪声控制

中国经济快速发展直接推动了输变电工程建设的扩容，但同时也伴生了大量环境噪声污染现象。如何妥善完成其噪声控制的前期统筹设计或后期治理改造，并尽可能实现噪声治理工程与人居环境的协调统一和景观美化，是近年来噪声振动控制专业的热门话题和广大公众的关注焦点，同时也是考验设计、评价、施工单位技术实力的试金石。

大型换流站的噪声控制

大型换流站噪声源主要包括平波电抗器和换流变压器、交流滤波器场和阀冷设备等。其中换流变压器与平波电抗器的构造和噪声产生机理较为相似，都是由线圈铁心磁致伸缩振动产生较强的电磁噪声，以及线圈电磁力引发的壳体结构噪声；同时由于大量变频冷却风扇的贡献，频谱成分十分丰富；加之高频谐波电流的叠加作用，使高频成分也很丰富，总体呈典型的宽频特性。

部分高压电容器塔架的延长线方向会形成强指向性的线阵列噪声源分布特征，在计算机仿真分析时应准确体现其强指向性以及整体形成的声聚焦特性，否则无法获得符合现场声传播特征的准确分析成果。

大型换流站普遍具有噪声高、频带宽、强度与频谱随负荷变化显著等特点，故环境噪声影响面广、分布强度差异大，受气象条件等因素影响的随机变化大，甚至顺风、逆风、湿度等气象条件变化都会带来显著反差；又由于受到安全绝缘距离、通风散热效果、施工作业周期、高昂工程费用以及日常维护检修等多种因素制约，其环境噪声治理难度颇高。目前，国内外近期开展的噪声控制实践主要集中在以下领域：

采用声源识别和计算机仿真分析等先进技术，研究主要设备的噪声产生机理、辐射特性、传播规律以及复杂声场的叠加和指向性影响，初步建立大型换流站主要设备噪声源强的声功率频谱数据库。

对于平波电抗器、换流变压器、交流滤波器场和阀冷设备等声源设备，因地制宜开展多项噪声治理专题研究和工程实践。包括早期改造工程中对平抗、换流变等采用全封闭、半封闭、声屏障结合通风消声并附加局部吸声处理的隔声消声综合治理模式，以及后期新建工程采用的将换流变单体进行模块化隔声消声的新型移动单元等模式，可方便单组换流变的更换。部分科研院所和电抗器厂家联合开展低噪声电抗器或专用隔声罩产品的研发。

对换流站总体布局进行优化研究与工程实践，例如将阀厅与换流变等配套设备布置由一字型排列改为面对面排列等，利用噪声的指向性与隔声降噪措施有机结合获得事半功倍的降噪效果；在特高压换流站设计中将电容器塔架改为低空布局，为隔声降噪创造有利条件。

城区变电站的噪声振动控制

随着城市化进程和生活水平的不断提高，城市用电负荷密度逐年增加，变电站大量进入市区中心，甚至被迫建在居民小区内，与民居、学校等环境敏感点的距离更难以控制,其噪声及电磁辐射对周边环境的影响日益彰显。

电力变压器的首要声源是硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动、漏磁引起的结构振动以及绕组和油箱壁的振动。不同容量的电力变压器噪声频谱有所不同。电力变压器的其他声源包括冷却风机噪声、油泵及电抗器产生的振动和噪声辐射等，其频率特性则是以中低频为主的宽频连续谱。

＞＞中国经济快速发展直接推动了输变电工程的扩容，但同时也伴生了大量环境噪声污染现象。

针对城区变电站噪声控制，应从规划选址与方案比选、主要设备选型与布局调整、具体噪声控制措施等多个方面统筹进行。新建变电站选址应尽量远离居民住宅、医院、学校、机关、科研单位等噪声和电磁敏感目标；站址确定后，应根据变电站所处的地理位置、环保要求、负荷情况以及进出线条件，选择合适的设计方案。初步方案和主要设备可参照国网的变电站典型设计来选择。

设计方案选择

对建于0、1类声环境功能区内的变电站，应采用全户内布置方式，主变散热器宜与本体分开布置，位于广场、公园、绿化带等需要考虑景观协调时，可采用半地下或全地下布置方式；遇特殊情况时也可采用与高层建筑合建方式，但要严格控制各设备的噪声源强。

对建于2类声环境功能区内的变电站，优先选用全户内布置方式，必要时也可采用半户内布置方式，同时合理利用站内建筑阻挡主变噪声；周围敏感建筑物较多或有高层民居时，应因地制宜采用全户内、半地下、全地下等布置方式或与高层建筑合建。

设计方案优化

初步设计方案和主要设备参数确定后，应进行噪声预测分析，评价该方案厂界噪声的达标情况。对预测超标的，在进出线方式可行的前提下，优先对设备布置、建筑结构和总体布局进行优化调整。对户外布置变电站，宜将主噪声源布置在站区中部，并充分利用站内建筑物对噪声的阻挡作用。对全户内型变电站，尽量将主噪声源布置在远离噪声敏感目标或噪声限值较宽松的一侧，如靠近街道或墙壁的一侧或变电站楼顶等；高噪声机房的门窗及进出风口也应尽量远离敏感建筑物。尽可能采用自然通风方式，或尽量采用分散的局部通风方式和大直径、低转速的低噪声风机，以降低单机功率和噪声水平。控制方式优先采用自动温控启停的方式。对变电站设备和建筑布局进行优化调整后应重新进行噪声预测分析，如仍不能达标，可考虑选用更低噪声水平的设备。在设备选型和订货过程中也应严格控制和考核设备噪声指标，在技术和经济许可的条件下尽可能选用低噪声设备。

降噪措施选择

对于通过上述设计优化和优选低噪声设备仍无法达标，或进一步降低设备噪声需要过高成本时，则应在噪声传播途径上采取综合降噪措施，包括通风消声、建筑隔声、室内吸声和设备隔振等措施。其中无论隔声、吸声和消声，都应着重关注其低中频段的频率特性。近年来已有一些技术成果推广应用。对于变电站内主要振源如变压器、电抗器和风机等应采取隔振措施，尤其是当采用与高层建筑合建方式时，务必进行妥善隔振以防止二次结构噪声串扰。

输变电的噪声控制措施

通风散热改善

近年来大型输变电工程普遍对应大负荷、高热量，而新型变压器、换流变等主力设备均带有自动温度在线监测系统，温升超限会触发报警甚至自保停机。而隔声、通风消声系统又必然带来对通风散热的负面影响，故输变电噪声控制工程的难点往往在于宽频带、高量值的降噪要求与通风散热性能之间的矛盾。如何在确保隔声消声效果的同时，尽可能减少其对于热工性能的影响，确保电力设备安全可靠运行。

首先，应充分考虑隔声、消声总体布局的优化，尽可能理顺系统进风与排风的气动布局，尤其是应尽可能避免受大气环流与建筑物布局影响而导致排风口与进风口之间形成热气流短路循环。近年来，很多设计单位采用计算机辅助分析软件进行全方位流场分析，取得了较好效果。

其次，应针对设备噪声的频谱特征，合理优化消声器选型、布局和流道设计，统筹兼顾消声效果与阻力损失暨热工性能、结构工艺、日常维修、改造费用等相关因素，在消声降噪的必要性、热工性能影响以及工程费用等方面作认真的综合比较和权衡。为减少系统风阻，就需要尽可能降低消声器中的气流速度，进风消声器要具有足够大的进风通流截面积。还应参照相应设计规范，避免隔声结构和建筑物对风道、风口的遮挡。

最后，隔声消声结构的设置位置和体形，不仅要满足上述声学和热工性能需求，还要考虑结构防腐、抗风荷载的强度与稳定性。

吸声体研发应用

输变电噪声控制工程往往需要进行大量壁面吸声处理以减少混响反射，这类吸声体具有宽频带的广谱吸声系数和良好的耐候性。近年来，很多单位自主研发了多种超微孔板、微缝板、铝纤维、泡沫铝及其复合结构宽频带耐候型吸声体，新型微孔板与薄板共振复合吸声体也在研制中；部分单位针对设备噪声的宽频和频率漂移特性设计了多种倾斜式或变密度的渐变吸声体，也在实际工程中取得了较好的应用效果。

隔声材质选择

对于隔声材质的选择，不仅要考虑其自身的强度、刚度和“质量定律”，以具备足够的低频隔声能力；而且要特别注意交变漏磁场对铁磁材料的磁感应影响，对接近磁场的隔声装置，应采用非铁磁类材料制作。必须采用铁磁类材料时，要采取配套的阻尼、减振处理。

隔振装置利用

输变电系统噪声控制还要注意区分空气声和固体声的不同产生机理、传播规律和影响范围，注意防止强振源对隔声装置的振动激励引发二次结构噪声辐射，对关键位置的振源设备应进行隔声和阻尼减振综合处理。对于大型变压器进行隔振处理时，应注意隔振器的合理选型和布局，确保隔振器具有稳定的承载能力和结构稳定性；同时还要考虑对变压器的联接电缆同步进行隔振处理。

环境噪声检测

输变电噪声控制项目的环境噪声现场检测，要特别注意排除风雨等气象条件影响和蛙鸣狗吠及交通噪声的干扰，必要时可用积分声级计抓取瞬时“真值”。

邵斌，北京市劳动保护科学研究所、国家环境保护城市噪声与振动控制工程技术中心教授级高工；苏宏兵，北京市劳动保护科学研究所高级工程师。