某110kV户内站消噪泄压产品的设计

2015-03-22程学启于振江张洪书李祥国沈关良

电力勘测设计 2015年3期

程学启，于振江，张洪书，李祥国，沈关良

(1.潍坊电力公司，山东潍坊 261000；2.方圆集团五洲电器公司，山东潍坊 261000；3.宜兴市佳达环保工程有限公司，江苏宜兴 214200)

近年来，随着城市建设的发展，工业和居民用电量增长很快。特别是夏季的用电高峰期间，变电站的负荷率都很高，噪声很大。尤其是居民密集区的城区户内变电站的噪声引起了居民投诉颇多，且因变电站噪声等影响而引起的民事纠纷、上告事件逐年增多。因此，如何解决好变电站的噪声污染对周围居民的危害问题已经成为电力、设计、建设部门的当务之急。

1 城区户内变电站的噪声特点

根据电力文献介绍和实际监测，变压器的噪声属于中低频噪声，对噪声值贡献最大的频率是250 Hz和500 Hz；风冷机械噪声属于中高频噪声，对噪声值贡献最大的频率是1000 Hz和2000 Hz。变压器的噪声是不稳定的，空载或运行功率低时，噪声水平相对较低，满负荷运行时一般噪声级水平较高。从噪声的控制角度看，噪声的频率越低，治理难度越大。因为低频噪声的波长长，随距离衰减率低，也不易被吸收。

2 城区110kV变电站的降噪实践

噪声污染的构成包括噪声源、传播途径和接受体三要素，若三要素同时存在，即构成：噪声对环境的污染以及对人的危害。因此对这些要素，必须采用切实有效的措施，才能取得实际效果。变电站噪声治理主要从噪声源和传播途径两方面进行。降低变压器本身的噪声是最有效、最彻底的主动控制，但难度很大，所以现在的研究大部份是被动控制，在声源的传播途径上采取吸声、消声、隔声、隔振等技术降低变电站的噪声。

2.1 城区110kV变电站的降噪方案

首先采用低噪声风机；其次在进排风井处设置加厚型通风消声百叶窗，同时设计进排风井的风速宜选择低速。另外在主变室内的墙体上加装迷宫型吸声墙和采用隔声消音门或泄压墙、通风消声百叶窗等。

2.2 吸声降噪装置简介

2.2.1 迷宫型吸声模块板

迷宫型吸声模块板，根据主变室的设计布置，结合现场勘测，对主变室的轴间距离进行总体测量，并进行二次排版设计，把吸声墙体分成若干个单元，每个单元由各种规格的模块板组成。在设计与施工的过程中，尽量做到体现凹凸式的吸声模块板的立体结构，既要强调吸声的效果，同时还要注意模块板的均匀度、平整度和美观度。一般采用上海宝钢生产的冲孔彩镀板或冲孔镀锌钢板，进行双层组合，笫一层空腔选用φ3的大穿孔板作外面板，中间填充48 mm厚的铝蜂窝材料或空腔，穿孔后作为迷宫填料，第二层空腔既可选择离心玻璃棉作为阻尼材料，也可以空腔形式作为降噪声的共振空腔。美观且经济实用是本次吸声墙的施工设计主流，既考虑到吸声又兼顾到电磁屏蔽和装潢是本装置多功能性的最好体现。本装置降噪效果在8～10 dB左右。同时迷宫型吸声模块板完全可以工业化生产，不仅可提高生产、安装效率，而且与二型一化的要求相符。

吸声墙吸声性能计算：

由于吸声墙是双层穿孔板结构，可以近似采用马大猷先生双层微穿孔板的公式计算其吸声性能。其等效电路图见图1。

图1 双层穿孔板串联等效电路

其中r1、 r2是两层微穿孔板的相对声阻，m1、 m2分别是两层微穿孔的相对声质量，zD1、 zD2是两层空腔的相对声阻抗。串联后的相对阻抗计算公式是：

其中

式中：η0为空气粘滞系数；di小孔直径；γi为穿孔率；ρ0为空气密度；c0为空气声速；ti微穿孔板的厚度。

正入射吸声系数可用(2)式计算：

算例1：

两层板厚度分别为0.8 mm、0.6 mm，穿孔直径为3 mm、1 mm，按照新提供的穿孔设计图纸，估计穿孔率约为9.8%、1.4%，若空腔分别为30 mm、50 mm，代入(2)式得到吸声曲线见图2。

算例2：(一般首选)

两层板厚度分别为0.8 mm、0.8 mm，穿孔直径为0.5 mm、3 mm，穿孔率为1%、3%，空腔分别为50 mm、30 mm，代入上式得到吸声曲线见图3。

图2 算例1吸声曲线

图3 算例2吸声曲线

2.2.2 加厚型通风消声百叶窗

在变电站的进排风道口一般设计单位设计的都是通风消声百叶窗，但就目前全国建设中的城区变电站而言，由于有些施工单位对降噪消声的重要性缺乏认识，往往将此类通风消声百叶窗制成普通防雨百叶窗或消声效果一般的普通百叶窗，从而给部分城区变电站的噪声污染留下了隐患。通过调研，根据相关变电站的通风消声百叶窗的施工实践证明，加厚型通风消声百叶窗降噪效果显著，能达到15～18 dB左右。结合降噪装置应分担的降噪量，在进排风道的通风消声百叶窗的制作工艺上，选用了加厚、加密型，既满足设计、降噪的要求，又实现了通风消声百叶窗的单位降噪效果。

由于通风消声百叶窗计算复杂，因此一般采用经验数据和专利产品。

2.2.3 隔声消音门

设计采用平开折叠式隔声消音门(7500×7000)，大门上必须配有专修小门。大门外侧面板采用亚白光的“舰用板’，门内侧面板采用φ1的镀锌冲孔板，中间填充真空吸声棉，使其满足既吸声又隔音的双重效果。由于此门采用特种门铰轴(自带轴承)，开启十分灵活方便，还可以节约相对空间，且降噪效果显著，一般能达到29 dB左右，详见以下计算。

或者设计采用泄压墙：泄压墙重量轻，每平方米只有60 kg，但结构牢固，能承受120000 Pa的风压。成品厚度100 mm，以内外两层9 mm的国家标准泄压板及金属框架合成，中间充填超细玻纤吸音棉组成泄压模块，泄压模块除具备遇爆泄压性能外更具有良好的防火和隔声效果，隔声量可达29～40 dB以上。通过优化与主体建筑结构的连接设计组成纵横状态的墙体钢构架，将预制的泄压模块镶嵌在主变室墙体钢构件的合理位置上(主变设备间的正面)，在受到爆炸产生的冲击载荷作用时这些模块能够瞬间破碎，降低建筑主体内部受到爆炸产生的冲击载荷量及气体膨胀压力，有效避免爆炸灾害对主建筑和设备的不利影响和破坏。泄压墙的2m以下可以配装多个通风消声百叶窗，通风效果好，可预制不同要求的检修小门，维修进出方便。

大门和泄压墙简化为双层板加中间层结构，其传声损失近似计算公式为：

式中：f0为两层板质量与中间空气共振频率。

式中：f1为空气层第一阶驻波共振频率，约为55/d；m1、m2分别为内外板的面密度；TL1、TL2分别是内外单板的传声损失。单板的传声损失用上式近似计算：

(1) 大门：内板厚0.8 mm钢板，外板厚1.2 mm钢板，中间层厚98 mm。

计算得到板质量与中间层共振频率f0＝101 Hz，中间层第一阶驻波共振频率f1＝561 Hz。计算得到的隔声量见图4，图中虚线是用两层板的面密度按照质量定律计算的传声损失，实线是两层板加98 mm空气层得到的传声损失。需要说明的是计算结果适用于双层板间加适当吸声棉的情况，吸声棉的多少会对第一阶共振频率561 Hz以上频段传声损失有一定影响，对于第一阶共振频率以下的传声损失影响很小。另外两层板间如果有连接，由于可以传递结构声，传声损失将会变小。

图4 大门隔声量计算结果

(2) 泄压墙：内板厚9 mm，外板厚9 mm，中间层厚82 mm。

泄压墙密度按照1200 kg/m3计算，得到板质量与中间层共振频率f0＝92 Hz，中间层第一阶驻波共振频率f1＝671 Hz。计算得到的隔声量见图5，图中虚线是用两层板的面密度按照质量定律计算的传声损失，实线是两层板加82 mm空气层得到的传声损失。计算结果同样未考虑连接对传声损失的影响。泄压墙和大门的隔声对比见图6，泄压墙隔声量高于大门的隔声量。