变电站噪声污染评价与控制技术现状与展望

樊小鹏，李丽

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广州510080)

变电站噪声污染评价与控制技术现状与展望

樊小鹏，李丽

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广州510080)

变电站噪声污染控制是电网工作的重点之一，为有效控制变电站噪声污染问题，介绍了变电站噪声污染的来源、特性、主要方法以及常用的变电站噪声污染控制技术现状及其存在的问题。在此基础上对变电站噪声污染评价方法与治理技术进行了展望，论述了噪声的主观烦恼度评价方法及在汽车和环境噪声领域的应用，并提出了适用于城市变电站的噪声污染控制方法，即有源消声、声调控以及视觉调整等消声技术。

变电站;噪声控制;烦恼度;有源消声

0 引言

随着我国城市化进程的快速发展及人民生活水平的提高，城区用电负荷增长迅猛。但同时由于城市用地资源的紧缺，越来越多的变电站布点深入到城市中心，造成部分变电站与居民区的距离较近［1－2］;另一方面随着我国环境法律、法规的完善及公众环境意识的不断提高，治理污染、保护环境的意识和要求也越来越高。由于距离居民区更近，城市变电站的环境污染问题，特别是噪声污染问题，成为了公众关心的热点问题。因此如何在加快电网建设、保证优质可靠电力供应的同时，做好环境保护工作，实现企业效益和社会效益的有机结合，已成为了电网企业的重点工作之一。本文主要介绍了当前国内外变电站噪声污染评价、控制技术的现状及存在的问题，并对变电站噪声污染评价与控制技术进行了展望。

1 变电站噪声污染特性

变电站噪声一般分为电磁类噪声和机械类噪声两大类。电磁类噪声主要自于电气设备运行时产生的噪声，包括变压器、电抗器等内部的铁心硅钢片、绕组等部件在交变磁场的作用下，产生的噪声;而机械类噪声主要来来自于变电站内冷却风机、油泵等运行时所产生的噪声［3－5］。

变电站噪声以低频噪声为主，具有明显的音调特性。另外，变电站一般距离居民区较近，而低频噪声的波长较长，当其与房间尺寸接近时，容易引起墙体、天花板的共振现象，从而加剧人们对变电站噪声的烦恼程度。

2 噪声污染评价及控制技术现状

2.1 噪声评价现状

2.1.1 A计权声级法

对于噪声评价，目前国内外最常用的方法是采用A计权网络声级法(LA评价法)，其评价方法主要是对20～20000Hz频率声音进行A网络计权后求得的总声压级来进行评价，计算方法如下:

式中:LA为A声级，dB(A);Lpi为第i个倍频程声压级，dB;ΔLAi为第i个频率A计权网络衰减值，dB。

由于LA噪声量与人耳对宽频带声音的灵敏度相当，这使得LA测量结果与人耳对噪声响度的主观感受近似一致。因此LA噪声评价法在国内外得到了广泛应用，是目前国内外针对各种噪声污染源的最主要的评价方法。

目前，我国在变电站噪声污染评价方面参考的《环境影响评价技术导则声环境》(HJ 2.4－2009)，其采用的评价量(包括昼间等效声级，夜间等效声级以及最大A声级)等均是是以LA为主［6］。然而，LA评价法主要基于的是人耳的听觉特性，其评价量对500Hz以下的声音有一定程度的衰减;再者，LA评价法无法直观反应某一噪声的频谱特性，致使LA在评价以500Hz以下声音占主导地位(如变电站噪声)的噪声时，其噪声评价量与人耳的主观感受不一致［7］。基于此，各国开始研究其他更适合的噪声评价方法。

2.1.2 噪声评价曲线

20世纪，美国科学家Beranek提出了用于评价噪声人体主观感受的NC(Noise Criteria)评价曲线。其评价方法如下:首先测定待评价噪声的倍频带声压级，然后将噪声各个频带的声压级与评价曲线中的纵坐标值进行比较，得出各频带所对应的NC号数，其中最大的NC号即为此噪声的评价值。

2008年，在NC噪声评价曲线的基础上，美国国家标准协会提出了eNC(extended Noise Criteria)噪声评价曲线，主要用于评价低频噪声［8］。除NC噪声评价曲线外，还有RC(Room Criteria)噪声评价曲线，该曲线是Blazier通过研究200余种噪声数据总结得出的，通过不断完善，RC曲线被美国采暖、通风与空调工程师学会推荐为声环境设计的依据，其使用方法与NC曲线一致［9］。

在噪声评价曲线方法上，欧洲主要使用NR (Noise Rating)法，其使用方法与NC曲线相类似，且该方法被国际标准化组织(ISO)采用，使其在美国以外的地区得到了广泛应用［10］。我国目前所采用的《社会生活环境噪声排放标准》(GB 22337－2008)主要用以评价室内噪声污染，尤其是配电房、变电站的结构噪声对室内居民的影响，其采用的评价量除LA声级外，同时借鉴NR噪声评价曲线对室内5个倍频带声压级提出了限值要求［11］。

研究发现，在评价以低频噪声为主的声音时，NR或者NC噪声评价曲线虽然比LA较为科学，但仍然低估了低频噪声对人主观感受的影响，表现为噪声的客观评价与人的主观感受不一致。因而，在低频噪声的评价方面，各国研究者仍然在进行着大量的研究工作，但目前也只是提出了一些初步建议，能准确评价的指标和方法都很少。

2.2 变电站噪声污染控制技术现状

自噪声危害被人们所关注开始，各国科学家开始研究各种降噪方法来降低噪声对人们日常生产和生活的影响，并取得了一定的成果。在变电站噪声污染治理方面，根据噪声污染控制技术实施方法的不同，降噪措施主要有本体及冷却系统噪声治理、吸声技术、隔声技术、消声技术及隔振技术等，目前，大部分技术均已商业化［12－16］。

2.2.1 本体及冷却系统噪声治理

减低本体噪声的主要方法有:在变压器制造阶段尽量选用高导磁的硅钢片，使用步进搭接工艺以减低铁心的磁滞伸缩，在铁心表面涂加环氧漆，添加橡胶垫等方式来降低铁心产生的电磁噪声。降低变压器冷却系统噪声的方法主要有:尽量选择自冷式散热变压器，采用强迫油循环式风冷变压器，或者选用无噪音风扇等方式降低冷却系统噪声。

2.2.2 吸声技术

吸声降噪技术主要适用于室内变电站或城市配电房噪声的治理，主要方法是通过在变压器室内各个墙面加装具有高吸声系数的吸声材料，如离心玻璃棉或岩棉等，增加室内墙面的整体吸声量，从而达到降低室内噪声的目的，吸声降噪技术一般可以获得大约3～5dB(A)的降噪量。

2.2.3 隔声技术

隔声降噪技术主要适用于露天变电站噪声的处理，主要方法是根据变电站噪声的频谱特性、污染程度以及敏感点位置等因素，综合考虑后在噪声传播路径上设置隔声屏、或将变压器本体封闭于隔声间或隔声罩内的方法来达到降噪的目的。隔声降噪技术是目前变电站最为有效的降噪措施。

2.2.4 隔振技术

隔振降噪技术主要适用于室内变压器或城市配电房产生的结构噪声的治理。治理方法主要是通过对变压器进行隔振处理，在变压器与地基之间加装隔振器，减弱其通过地基传递给周围环境的结构噪声，目前常用的隔振器主要有弹簧、橡胶等。

然而，目前变电站所采用的降噪技术基本上是以降低电气设备或厂界环境的LA为主要目的，随着技术的发展，许多电气设备及厂界噪声的LA已得到有效控制，但是传统方法却并不能改变噪声的频谱特性，尤其是其低频特性，致使电网企业在花费大量人力、物力进行噪声治理后，仍不能满足群众要求，且目前变电站采用的吸声、隔声等降噪措施均存在降噪设施安装时间长，占地大，电气设备不易散热，不利于检查和检修的缺点。因此，在变电站的噪声污染控制方面，需进一步开发更方便、高效的噪声污染控制措施。

3 变电站噪声污染评价及控制技术展望

3.1 噪声污染评价

噪声对人耳的影响，除与其LA大小有关外，还与其频率特性有较大关系。近年来，噪声的危害尤其是低频噪声的危害逐渐被人们所认识，噪声不但会干扰人们的睡眠、工作，而且会对人们的情绪、行为等心理学层面产生较大的影响。正是在这种情况下，一种从人的主观感知的角度出发，采用心理声学方法研究噪声特性的概念——主观烦恼度在国内外开始被提出。

早在20世纪，Broner就对噪声的心理效应进行了研究，发现主观烦恼度(Annoyance)比LA与NR噪声评价曲线等更适合描述噪声对人体的影响［17］。与LA和噪声评价曲线不同，主观烦恼度在噪声评价时不但与声音的客观参量有关，而且与受声者所处的社会环境、个人喜好、心理因素和身体状况等多方面因素有关。经过不断研究和发展，噪声人体主观烦恼度的评价量与人体对噪声的主观感受取得了近似一致的评价结果，其研究成果在与人日常生活联系较为紧密的空调、风扇、汽车等产业的生产和设计中得到了较大规模的应用，并取得了良好的实际效果［18］。

在环境噪声评价方面，浙江大学翟国庆、张邦俊采用噪声人体主观烦恼度进行了室内宅频带低频噪声烦恼度评价与治理对策的研究，研究发现低频噪声环境下较低LA声级噪声仍能引起人体较高程度的主观烦恼［19－20］。国外研究人员Quehl和Vos针对磁悬浮列车噪声进行了乘客主观烦恼度的影响研究，结果发现磁悬浮列车噪声引起的主观烦恼度高于其他交通噪声5dB［21］。

然而目前国内关于噪声人体主观烦恼度的研究多集中于对人们日常生活影响较大的汽车、家电等领域，在变电站噪声人体主观烦恼度的研究方面，国内外相关研究较少。

3.2 噪声污染防治技术

与人体主观烦恼度评价相对应的，是通过改变声音频谱结构来达到改善人体主观烦恼度的方法，主要方法包括声调控法、有源消声法以及视觉调整消声等方法。

3.2.1 声调控法

声调控法，主要是指通过改变噪声的频谱结构等不以降低LA声级为主要目的来达到改善噪声对人体主观影响的方法。翟国庆等［22］研究热泵机组所引起的结构噪声时，结果发现叠加15～20dB强度的250～1000Hz的粉红噪声时，泵对人体的主观烦恼度有所降低。Jim［23］研究发现，通过改变噪声的频谱，可以达到改善室内声学烦恼度。Genell研究发现适合的频谱平衡可以对主观烦恼度起到积极作用，并且人们普遍对自然声比较偏爱，特别是风声、水流声，因此可以通过在某些噪声中叠加风声、水流声的方式达到改善噪声对人体的主观影响［24］。

3.2.2 有源消声法

有源消声法，是通过在噪声源周围设置多个噪声发生器，噪声发生器发出的声音与噪声源所发出的声音相互抵消，从而使噪声得到一定的抑制和衰减。在变电站噪声治理方面，美国Angevine公司首先研制了变压器噪声的有源消声方法，并得到了商业应用［25］。

3.2.3 视觉调整技术

浙江大学张邦俊［26］开展了噪声源可视性对噪声人体主观感受影响的研究，结果发现在受声点噪声大致相同的情况下，在噪声源可见时，其主观烦恼度要明显高于噪声源不可见时。Li［27］研究发现，绿化可以从视觉上改善噪声的主观烦恼度，从而达到降低噪声的目的。

综上所述，与传统的降噪方法相比，声调控、有源消声和视觉调整等噪声控制方法不仅理论上可以达到较高的消噪量，而且该工艺占地面积小，便于设计和控制，安装操作方便，价格低廉，无需停电作业，在城市变电站中具有广阔的应用前景。

4 结语

论述了变电站噪声污染的主要来源，指出低频噪声和音调特性是变电站噪声的两大主要特性。介绍了目前国内外在变电站噪声污染评价与控制方面主要采用的方法及其存在的问题。重点介绍了新的噪声污染评价法——主观烦恼度评价法的原理及其在相关领域的使用状况，以及声调控、有源消声和视觉调整等噪声污染控制技术，并展望了其在城市变电站中的广阔使用前景。

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Development and prospect of noise pollution assessment and control of transformer substations

Noise control research of transformer substation is one of the important contents in grid.In order to control the noise of transformer substation，it introduces the source and characteristics of noise of transformer substations，assessment and control methods of noise pollution of transformer substations.And on this basis the future of noise assessment and control is proposed.The applications of annoyance degree in car and environmental field are introduced.Finally，the noise active control is proposed，that is active noise control，sound adjustment and adjustment of vision

substation;noise control;annoyance;active noise control

TB535

B

1674－8069(2015)06－004－04

2015-05-22;

2015-08-10

樊小鹏(1986-)，男，山西洪洞人，工程师，主要从事电力环境保护方面的工作。E－mail:xp_fan@163.com