变电站噪声控制技术研究进展

王晓峰，李 薇，金东春

(1.华北电力大学区域能源系统优化教育部重点实验室，北京 102206； 2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310000)

变电站噪声控制技术研究进展

王晓峰1，李 薇1，金东春2

(1.华北电力大学区域能源系统优化教育部重点实验室，北京 102206； 2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310000)

针对变电站噪声的特点，分别从噪声源、噪声传播途径以及接受者三个方面介绍了噪声的治理方案。在噪声源控制方面上，主要是对变压器本体噪声以及冷却装置噪声进行控制；在噪声传播途径方面，利用吸声，消声，隔声隔振材料以及声屏障等技术进行防控；对接受者的保护采用防护耳罩耳塞。并分析了这些噪声控制措施在实际工程中的应用成果。同时提出了主变压器和通风风机的降噪治理方案。为了使变电站的噪声控制达到很好的效果，应该结合多方面治理方法从而采取措施。

变电站噪声；污染控制；治理途径

0 引言

随着城市化范围不断扩大,使原本可以建在城市周边的变电站不断地靠近城镇，变电站噪声对居民生活以及周围设施的影响不断加剧，会使人心情烦躁，影响人们之间的沟通交流，与此同时还会导致工作效率以及生活质量的降低。噪声污染控制水平已成为评价生活舒适度的重要指标之一，迫切需要分析变电站的噪声排放特点以及机理，研究其相应的噪声污染控制措施，并且根据变电站噪声的类型，分析变电站的治理途径。

1 变电站噪声的特点

变电站噪声一般情况下可分为电磁噪声和机械噪声[1]，电磁噪声主要是产生在电气设备启动运行时，其中包括变压器、电抗器等内部的铁心硅钢片在交变电场的振动而产生,并且电抗器产生的噪声极其不稳定,当系统处于低负荷时电抗器的噪声小,而当其处于高负荷时噪声比较大；而机械类噪声主要是由变电站内冷却风机、油泵等运行时所引起的噪声。变电站噪声的主要特点是以低频噪声为主,具有明显的音频特性.由于低频噪声的波长比较长,当其与房屋尺寸相近时,会引起墙体、天花板等建筑构件的共振现象，所以变电站噪声会使居民在生活中感到不快，影响到生活质量。

2 变电站的噪声治理方法

根据变电站噪声的产生原因，变电站的噪声治理可以从噪声源，传播途径以及接受者三个方面进行防治。

2.1 噪声源控制

噪声源控制主要是针对变压器的本体及其冷却方式进行改进，这是从源头控制噪声最有效的方法。变压器本体噪声主要是由于铁心硅钢片磁质伸缩引起的，现有的改造优化措施有选用质量优良的铁心硅钢片，或者提高与铁心硅钢片相关原材料的加工技术等。对于由于电气设备老化而引起的噪声过大的变电站，应及时进行维修升级，更换为噪声源强比较小的电气设备。变压器的冷却装置采用强迫油循环风冷式变压器冷却装置，主要是在降低冷却风扇和变压器油泵的噪声；而采取强油自冷式变压器冷却装置，主要是降低自冷式散热器和变压器油泵的噪声，我们通常可以将油浸风冷式或强迫油循环风冷式改为油浸自冷式，可有效降低噪声的相关参数。

目前的噪声源控制技术也存在着一定的缺陷，通过更换设备原件有时还不能满足噪声排放标准。袁园[2]提出的干涉消声技术，具有对低频噪声降噪效果好，且占地面积小，易于控制的特点。针对变电站噪声源可根据频率相同或者相近的电气设备由于在位置上的差异而产生干涉现象，使得变电站对外辐射的整体声功率级降低。主变压器的防火墙可加装钢制抗性消声结构，既可以在防火的同时达到消声的目的，还可以防止由于原防火墙的纯隔声作用而导致的变压器的其他辐射面积增大。由此可见，干涉消声技术在变电站噪声治理方面具有广阔的应用前景。

2.1.1 噪声源控制实例

上海某220kV室外变电站，增加了1台噪声较低的油浸自冷式变压器，测得变压器的噪声级为62dB(A)，比原有的变压器本体噪声低10dB(A)左右，比原变压器散热排风机噪声低15～18dB(A)。新增变压器的噪声对邻近的厂界及厂界外居民的影响可达到标准要求[3]。

上海另一220kV露天变电站内的变压器距厂界及厂界外的居民较近，变压器的噪声对居民的正常生活造成了一定的影响，为此电力公司从噪声源头采取治理措施，更换了3台变压器，原强迫油循环风冷式变压器被油浸自冷式变压器所取代，替换后变压器的噪声水平低于65dB(A)，很大程度上降低了变压器噪声对周边环境的影响。因此选用噪声较低的油浸自冷式变压器，在上海的这两家变电站取得了一定的降噪效果。

通过将变压器更换为噪声水平更加低的设备装置，从而减小源头噪声量的方法，一般可有效降低10dB(A)左右，使得本不符合噪声排放标准的区域符合排放标准的要求。

2.2 传播途径控制

噪声传播途径的控制主要是采用吸声技术、隔声技术、消声技术、阻尼技术等[4]。在变电站治理过程中，通常将吸声材料布设在室内的壁面或声屏障、隔声间或者防火墙的内壁上，可以消除声波带来的混响效应。阻抗复合式消声器对中低频噪声都有一定的作用，为了防止变电站室内噪声向外传播，可以采取在进出通风口处安装消声材料。隔声技术主要是通过一些特殊的材料、构件等装置来隔绝空气，减少声能量的传播，比如说采用双层的隔声门窗，尽可能减小其与外界的能量传播。

另一种在途径上的减噪措施是增加噪声源与厂界的衰减距离，在衰减过程中还可以设置挡板，以达到更好的降噪效果，但目前变电站设计时通常采用标准化模块布置，这个条件应在厂址选择过程中进行优先考虑，对厂界的确定也具有一定的指导意义，建成后就较难调整。

2.2.1 吸声材料的选择

(1)纤维吸声材料

纤维吸声材料包括有机纤维吸声材料、无机纤维吸声材料、金属纤维材料三种[5]。有机化学纤维材料主要有聚酯纤维以及条纶棉等，这类材料不仅对低频噪声的降噪效果比较差，还由于其防火、防潮、防腐能力较弱，使用寿命较短，需要经常更换，在变电站工程应用上无形中增加了投资成本。随着技术的不断革新，无机纤维材料不断的取代有机化学纤维材料，诸如玻璃棉、矿渣棉等，它们的性能皆优于有机纤维材料，具有良好的吸声性能，防火、防腐、不易老化。然而，存在的主要问题是无机材料受潮后吸声性能下降，从而影响变电站噪声的处理效果。金属纤维材料的研究快速发展，它是指通过冷冲压或高温烧结等工艺制作而成的新型材料。目前为止，金属纤维材料是一种环保型材料，具有力学性能好、质量轻、吸声性能优异、耐高温、耐冻等特点，特别适用于潮湿、高温环境，具有很好的应用前景。祝志祥[6]等人通过对金属纤维材料的不断深入研究发现，铝纤维的密度很小，有很强的耐腐蚀能力，施工用量少，可作为变电站吸声降噪治理的较好选择。

(2)泡沫吸声材料

泡沫材料根据其毛孔的形式分为闭孔、开孔和半开孔。微孔相互交织在封闭的状态称为闭孔型泡沫材料，互相连通的称为开孔型泡沫材料，既连通又封闭的则称为半开孔型泡沫材料[7]。黄学辉[8]等制成一种新型复合吸声材料。周耿[9]分析了不同材料层的复合以及填料的加入对降噪性能的影响。研究表明，聚氨酯泡沫材料具有良好的阻燃性和吸湿性、易于切割、质量轻薄，易安装性和可替代性等特点，适用于作为机电产品的噪声屏障、消声器等，缺点是低频吸声系数低及散热性差等，不太适合用于变电站降噪，尤其是特高压变电站。

(3)共振吸声结构

共振吸声结构的主要应用是微孔板，微孔板是把孔径减小到丝米级，因为穿孔的声阻与其穿孔直径成反比，从而增加了穿孔板的声阻，使得微穿孔板具有了良好的吸声性能。左言言等[10]根据孔板吸声结构的声学特性进行了理论分析与计算。微穿孔板具有耐高温、耐腐蚀及能承受高速气流冲击方便回收、无污染等特点，但其也存在吸声频带不够宽的缺点。

(4)新型吸声材料

结合微孔板和铝纤维板的结构特点，樊超[11]等人微孔纤维复合吸声板，该吸声板以微穿孔板为外层、铝纤维板为内层，通过两者之间的空腔，可以组成一个双共振吸声结构，增加了材料的吸声频带。同时该微孔板还具有导热性好，适应气候变化，耐水性好，防火性能优良，回收利用方便等优点。这样基本可以满足主变压器的降噪要求，是变电站噪声吸声治理材料的理想选择。

2.2.2 消声器的选择

消声技术是指使用吸声结构作为内衬或者应用具有特殊构造的气流管道来阻隔噪声传播的方法，这种既能允许空气流通过又能有效地防止或减少设备的声能向外传播的设备称为消声器。消声器依据消声原理的不同可分为阻性、抗性、复合和排气放空四种。对于室内变电站的噪声源和室外的风机噪声，可以采取在进出口安装消声器进行减噪消声处理。对于主变压器进出风口的消声器宜采用阻抗复合消声器，既可以降低主变压器产生的中低频噪声，又可以减小通风风机的中高频噪声。

2.2.3 隔声技术

隔声是通过某些特殊的材料或者构件来隔绝空气防止噪声传播的方法。常见的隔声方法有隔声罩、隔声间和隔声屏。隔声罩和隔声间是采用封闭形式，将噪声源分隔开来。变电站中最为常见的隔声罩为风机箱，隔声间为变压器室，它们的隔声量不仅取决于材料的特性，还与空间的密闭性有关，所以在前期变电站设计时，应尽量减少门窗的设计，且设计尺寸尽量小，或者是采用双层隔声窗设计。而对于隔声屏则为敞开式，所以在使用时，应尽可能的靠近噪声源或者是噪声受体。

2.2.4 隔振材料的选择

变电站内的隔振主要是主动隔振，采用隔振器来减少机器的支撑结构或者由于机器自身的干扰而引起的基础振动。采取的隔振措施的主要集中在变电站内的振动噪声源，如变压器、电抗器和风机等。常用的隔振设备有钢圆柱螺旋弹簧隔振器、橡胶隔振器、空气弹簧、管道补偿装置等软连接装置。

上海瑞虹新城10号楼噪声严重，经排查发现，是因为瑞虹新城用户变电站是一座10/0.4kV配电站，系树脂绝缘干式电力变压器[12]。从安装角度是符合国际及供电公司的规范要求的，但是居民和物业反映这台变压器工作时噪声很大。现场实测数据在50～60dB(A)之间，属于正常范围。经对变电站采用隔振垫降噪处理后，解决了变压器的噪声问题。

2.2.5 声屏障技术

在变压器的周围增加障碍物，使某噪声源成为预测的障碍，声屏障的存在使得声波不能直接在某点被估计，然后使得声能衰减，使变压器在固定的范围内传播，不向外部扩散，减少噪音。同时还可以添加声屏障、隔声门窗、消声器等，利用科技吸收声波，减低噪声，例如，在墙面安装吸声棉、消声器等，或者利用吊顶来吸收声波，使之降低噪声[13]。

2.2.6 变压器有源消声法(ATNC)

有源消声法是指在变压器附近(通常离变压器1m以内)放置若干个噪声发生器，使它们产生的噪声分别与变压器的基频噪声及2～4次高频噪声相互抵消，从而使变压器的噪声受到抑制和衰减，有源噪声控制不仅理论上消声量可达到很高，而且体积小，便于设计和控制，在城市变电站中具有广阔的应用前景。

2.2.7 噪声传播途径控制实例

其实除了对变压器本体噪声以及冷却装置外的控制，在变压器周围也存在着许多可以控制噪声产生的因素，例如在防爆墙上安装吸声结构，可以有效降低防爆墙噪声的反射系数，进而对传播过程中的噪声进行了很好的控制[14-15]。

2.3 接受者防护

变电站周边居民区受到变电站噪声的影响一方面可能是由于声功能区等级的提高，使得原本符合噪声排放标准的地区变得超标排放，影响居民的生活质量。另一方面是采取一定的防护措施后，仍然可能由于距离变电站较近，使得噪声衰减距离不够而导致其超标排放。这样看来，对接受者采取保护是十分必要的。依据现有的技术改造方法，针对变电站周边居民房屋采取的治理措施主要是建筑物加装通风隔声窗。

3主变压器和通风风机降噪方案

3.1 室外布置变压器

室外变压器除了在本体噪声控制之外，加装隔声屏障的方式来控制噪声传播途径更加有效，一般可取得5～15dB(A)的降噪效果[16]。安装时应尽可能的靠近噪声源，还可以利用周围的土坡、堤坝等障碍物，隔声屏障的设计还和噪声的频谱特性、噪声源的位置有关，所以应该综合考虑各方面的因素，力求以最少的工程量达到最佳的降噪效果。

3.2 室内布置变压器

室内变压器的布置主要是针对变压器室进行设计，也就是要对隔声间的设计加以控制已达到良好的降噪效果。隔声间的主要结构有隔声门窗、墙体和进出风口，采取相应措施可降低10～30dB(A)的降噪效果。变压器本体和散热器的布置方式不同，采取的降噪措施也有所不同。当变压器采用机体和散热器一体布置时，变压器采用机械通风，此时通风能力大，必须在变压器进口和出口进行消噪处理，风机也应同时进行降噪处理。当变压器与散热器分离开布置时，进口需要进行消声处理，但出口和风机可以视情况而定。必要时可设置吸声材料来进行降噪处理。

3.3 风机噪声控制

通风风机本体的噪声控制可以通过设计隔声罩(例如常见的风机柜和风机箱)和采取相应的隔振措施来控制噪声的传播。而在风机的进出口处主要是通过风管隔声、风机进出口加装消声器和隔振措施来实现。

4 结语

随着特高压变电站的建设以及城市化发展的加快，变电站噪声污染问题必将受到越来越多的关注，本文通过对噪声提出相关的治理方法，针对变电站常用的吸声、隔声、消声材料进行论述，并通过实例加以论证条件的适应性，在适当情况下，对于主变压器和通风风机的噪声源可以将各技术结合使用，效果更佳。

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Research progress of noise control technology of substation

Inviewofthecharacteristicsofsubstationnoise,thenoisecontrolschemeisintroducedfromthreeaspectsofnoisesource,noisetransmissionpathandreceiver.Intheaspectofnoisesourcecontrol,itmainlycontrolsthenoiseofthetransformerbodyandthenoiseofthecoolingdevice.Inthefieldofnoisetransmission,usethesoundofabsorption,silencing,soundproofingandsoundbarriertechnology;Protectiveearplugsareusedfortheprotectionofthereceiver.Theapplicationresultsofthesenoisecontrolmeasuresinpracticalengineeringarealsoanalyzed.Atthesametime,thenoisereductionofmaintransformerandventilationfanisproposed.Inordertomakethenoisecontrolofthesubstationachieveverygoodeffect,themeasuresshouldbetakenincombinationwithvariousmethods.

substationnoise;pollutioncontrol;improvementmeasures

TB535

B

1674-8069(2017)06-034-04

国家自然科学基金(61471171)；中央高校基本科研业务费专项资金(2015ZZD08)

2017-08-19；

2017-09-10

王晓峰(1994-)，女，河北省保定市人，在读硕士研究生，研究方向为土壤修复。E-mail:xiaofengwww123@163.com