邻近居民楼10 kV杆式变压器噪声影响与治理措施

陈锦栋,钱浓林,张雍斌,黄青青,李 明

(1.国网上海市电力公司物资公司，200235； 2.上海环境保护有限公司，上海 200233）

邻近居民楼10 kV杆式变压器噪声影响与治理措施

陈锦栋1,钱浓林1,张雍斌1,黄青青2,李 明1

(1.国网上海市电力公司物资公司，200235； 2.上海环境保护有限公司，上海 200233）

主要阐述城市电网中数量众多的10 kV杆式变压器的噪声特性及噪声传播产生的影响，并分析邻近居民楼的杆式变压器产生的噪声对居民楼的影响程度，提出采用单侧隔声屏罩、全封闭隔声屏罩的降噪方案，并通过现场试验对其进行论证。

声学；10 kV杆式变压器；变压器铁芯；噪声传播；振动

近几年来国网上海市电力公司不断受到一些居住区居民的投诉，反映邻近居民楼安装的10 kV杆式变压器（以下简称“杆变”）的噪声影响问题，这引起了国网上海市电力公司各部门的重视，在2016年开展了“邻近居民楼10 kV杆式变压器的噪声影响及防治措施研究”的课题研究，通过调研及测试，了解了10 kV杆变的类型、分布及在线安装情况，掌握了不同类型杆变的噪声级、噪声特性及传播特性以及杆变噪声对邻近居民楼的传播影响状况，根据这些具体的情况，提出了降低杆变噪声传播影响的技术方案，并进行了现场试验，可作为邻近居民楼杆变噪声治理工程的技术参考。

1 10 kV杆变的在线运行情况

城乡电网的末端都是通过10 kV变压器（即10 kV/400 V变压器，简称10 kV变压器）把10 kV(即一万伏）的高压电降为400 V的三相交流电或220 V单相交流电送至千家万户，10 kV变压器是国家电网的末端输变电设备。目前末端输变电设施有10 kV变配电站、10箱式变压器（箱变）、10 kV杆式变压器（杆变）等，其中10 kV杆式变压器是数量最多的末端输变电设备。仅以上海崇明岛为例，崇明岛是中国第三大岛，现有面积约为1 200平方公里，户籍人口约为70万，在崇明岛内布置有220 kV变电站3座、110 kV变电站7座、35 kV变电站25座、10 kV变配电站（街坊站）50座、10 kV箱式变压器约500台、10 kV杆式变压器5 000多台，由此可见10 kV杆式变压器的数量之多。

10 kV杆式变压器顾名思义就是安装在电线杆上的变压器，10 kV杆变与10 kV箱变都是单台的变压器，但箱变一般是坐落在地面上，而杆变都是安装在电线杆上。目前常用容量一般为100 kVA、200 kVA、400 kVA、600/630 kVA，在上海城区容量多为200 kVA、400 kVA。

10 kV杆变是“油浸式”变压器，即变压器铁心与线圈都浸在钢板制成的油箱中，变压器的接线柱从油箱顶板上露出，变压器运行散发的热量通过油箱内的变压器油循环流动散发出去。根据铁心的材料分为“非晶合金铁心”变压器和“硅钢片铁心”变压器两类，后者是传统变压器，前者是近几年的新产品。

从调研的情况可知，杆变多数是分布在道路两侧的人行道上，有些杆变就分布在居住区的居民楼外侧，居民晒衣服的竹竿就搭在杆变的钢支架上，见图1和图2。

图1 街道人行道上的杆变（邻近居民楼）

图2 居住区内的杆变（居民楼东侧）

城区中杆变的布置位置主要有二类，一类是布置在道路或街道的人行道上，另一类是布置在居住区内。在人行道上杆变就有可能邻近沿街的居民楼，在居住区内杆变更有可能邻近甚至紧靠居民楼，如图3所示。

图3 居住区内的杆变（靠近居民楼东侧北侧窗口）

2 10 kV杆变的噪声级、噪声特性及传播影响

10 kV杆变都是油浸式变压器，变压器的三相线圈都浸没在变压器油箱内的变压器油中，变压器的线圈及铁心在交变电流的激励下，产生电磁噪声及铁心振动，线圈铁心辐射的电磁噪声透过油箱的壁板直接向外辐射。电磁噪声及铁心振动还由铁心底座向油箱底板及壁板传递，导致油箱壁板产生结构振动及二次结构噪声。

杆变运行中的噪声由油箱的壁板向外辐射，主要的噪声辐射面是油箱的四周壁面（散热片）及油箱底面，但国家标准规定变压器的噪声只测试计算四周壁面的辐射噪声。

(1)杆变的声级标准及出厂噪声测试

10 kV杆变的产品声级标准（即变压器的出厂噪声标准）见表1，变压器产品噪声的出厂测试方法见《电力变压器第10部分声级测定（GB/T 1094.10-2003）》。表1中硅矽钢片及非晶合金是指变压器铁心的电磁材料，硅矽钢片是传统的铁心材料，非晶合金是新的电磁材料，目前10 kV变压器采用非晶合金铁心较多，非晶合金铁心变压器的声级比硅钢片铁心变压器声级要高出5 dB(A)～6 dB(A)。

表1 两种类型10 kV杆式变压器的声功率级标准

以容量为400 kVA的非晶合金杆变为例，其允许声功率级为64 dB(A)，外形尺寸为1 550×1100×1 400，由声功率级与声压级的关系可以推算出，离变压器噪声辐射面0.3 m及1.0 m处的噪声级为54.3 dB(A)及53 dB(A)。

根据《电力变压器第10部分声级测定（GB/T 1094.10-2003）》的内容，10 kV杆变噪声测试的方法是：在变压器的低压输出端接通三相400 kV的低压电，在变压器的输入端得到10 kV的高压电，变压器的工况是升压，而不是降压，而且是空载工况，升压的空载变压器当然也有电磁的转换，但与在线运行杆变的降压带荷载的工况不一样，虽然很难推算二者之间的关系，但可以肯定的是带荷载的降压工况比空载的升压工况噪声级要高[1]。

(2)杆变的实际噪声级

对一些在线运行的10 kV杆变进行噪声测试，表2是这些10 kV杆变的噪声级，表2中的正面是指长度较长的面，侧面是指长度较短的面。

通过噪声测试分析，可以归纳出杆变的噪声及其传播特性如下：

1)多数在线运行的10 kV杆变的噪声级（离变压器油箱面1.0 m处的噪声级）都比较低，非晶合金杆变的噪声低于60 dB(A)，硅矽钢片杆变的噪声低于55 dB(A)。杆变辐射的噪声不是很稳定，随着杆变的负荷变化而有所变化，负荷高，三相负荷不平衡程度大，杆变的噪声级也高。

2)10 kV杆变向外辐射的是变压器的电磁噪声，噪声呈现低频特性[2]，图4是某台杆变（非晶合金铁心）的噪声频谱，可以看出噪声在低频的声压级较高，在315 Hz呈现一个峰值。硅钢片铁心的杆变噪声也是在315 Hz呈现峰值。315 Hz噪声还呈现窄带特性，其声压级比250 Hz和400 Hz(1/3倍频程中心频率）处的声压级高出10 dB左右，此噪声显得比较单调，且随距离增加衰减慢，易引起部分人群的反感厌烦，在夜深人静的时候更为突出。

图4 某10 kV杆变（非晶合金铁心）噪声频谱曲线图

(3)杆变的噪声传播影响分析

杆变外形尺寸为1550 mm×1100 mm×1400 mm，变压器离地面高度超过3 m，是一个小型的空间噪声源。杆变主要的噪声辐射面是变压器油箱四周壁面及底面，次要的噪声辐射面是变压器油箱的顶面及杆变支承结构面。

杆变坐落在3 m高的钢梁上，噪声无遮挡地向四周空间传播，将噪声实测数据输入声学软件，对杆变的噪声传播进行模拟计算，对于非晶合金铁心的杆变，在离杆变5 m～6 m处其噪声级就可能超过50 dB(A)，超过《声环境质量标准》（GB3096—2008）的2类标准的夜间噪声限值，也就是说，噪声传播影响是超标的。从单频的声场也可以看出，距离杆变10 m以内315 Hz的声压级将超过55 dB，杆变实测的噪声频谱也可以证明这点。

大多数10 kV杆变的噪声级都比较低，一般情况下不会产生噪声传播影响问题，但在几种因素耦合的情况下，杆变的噪声传播还是有可能对环境即居民住户产生影响，这几种因素就是

1)单台杆变的噪声级偏高；

2)杆变距离居民楼窗口很近；

3)所在处的环境比较安静。杆变安装处的环境噪声本底值比较低，尤其在夜深人静的夜间时段，如果杆变离居民楼窗口比较近，杆变的噪声将对住户产生一定影响。

杆变噪声传播造成影响的实例之一是一台400 KVA的非晶合金杆变，安装在居民楼东侧外6 m处(见图2)，杆变1米处的噪声级为56.8 dB(A)～57.7 dB(A)，居民楼底层窗口外一米处的噪声级为44.9 dB(A)，虽然居民楼底层测试的噪声是达标的，但居民还是投诉杆变的噪声污染，其原因是此处的环境噪声本底值很低，而这台非晶合金铁心的杆变噪声级又偏高。

杆变噪声传播影响实例之二也是一台400 kVA的非晶合金杆变，安装在居住区一幢居民楼东侧外的绿地中，离二层窗口不到2 m(见图3)，杆变1 m处的噪声级为51 dB(A)～53 dB(A)，居民楼二层窗口外1 m处的噪声级为49.4 dB(A)，勉强符合2类声功能区的夜间标准限值，在不利的工况下即杆变的负荷高及三相不平衡时，居民窗口外噪声级将提高，会超过标准限值50 dB(A)。此处的居民多次投诉杆变的噪声污染，为此供电公司已经更换了3台杆变，但居民都投诉噪声高。

3 10 kV杆变噪声治理措施探讨

（1）杆变噪声治理的难度

10 kV杆变是成套变配电设备，在变压器上采取措施不现实，通过更换杆变降低噪声的把握不大，谁也不能保证新更换的杆变噪声级降低多少，杆变的移位更不可能。10 kV杆变腾空坐落在两根电线杆之间，治理措施将受到多种因素如高压电的防护距离、高空坠落防护、杆变的通风散热要求、风载安全等的约束。

表2 在线杆变的噪声测试数据

通过分析10 kV杆变的设备、安装固定结构及所在处的环境等情况，发现在不更换杆变的情况下，可以通过在杆变支承结构上安装一定形状的隔声装置，降低杆变噪声向外传播的强度，降低杆变噪声对环境产生的影响。对于如图2所示的杆变，西面有居民楼，东面是小区外的绿地，南面、北面是小区的道路，为了降低杆变噪声向西面的传播强度，可安装对称双L形横向隔声屏（文中称作┗┛形隔声屏罩）。如图3所示的杆变，虽然杆变噪声主要影响西侧的居民楼，但东面也有两幢居民楼，可以安装封闭式的隔声屏罩，把杆变隔离在一个吸声隔声空间中，可以有效降低杆变噪声传播对四面环境的影响程度。

（2）┗┛形隔声屏罩

对于图2中所示的杆变，在杆变的正面一侧（正对着居民住宅方向）安装┗┛形隔声屏罩，隔声屏罩高度为2 m左右，底边与杆变支承结构的钢梁持平，顶边与杆变持平，隔声屏罩的左右两侧边伸至电线杆处，可以挡住杆变本体。在杆变外侧安装┗┛形隔声屏罩，是为了降低杆变辐射的噪声向正面方向即居民楼的传播强度，用噪声传播理论可以分析隔声屏罩的降噪效果，它可以挡住杆变噪声向正面的直接传播，即挡住了直达声的传播，虽然噪声可以绕射传播，但杆变正对着的居民楼窗口处的噪声级将明显降低。

设计杆变的┗┛形隔声屏罩，其隔声屏罩的壁板是由1.0 mm厚的阻尼钢板、50 mm厚的离心玻璃棉板及1.0 mm厚穿孔铝板组成，并在图2所示的杆变上进行了现场试验。

表3是这台杆变安装隔声屏罩前后的噪声测试数据，杆变安装隔声屏罩后，在隔声屏罩外噪声级降低9 MdB(A)，正对着杆变的居民楼处的噪声降低3 dB(A)左右，315 Hz处的声压级降低10 dB左右。虽然两次噪声测试时杆变的负荷不一定相同，杆变辐射的噪声级有差别，因此隔声屏罩的实际降噪量可能会变化，但噪声传播理论及声屏障隔声原理证明结论是正确可信的。图5是安装了隔声屏罩后杆变的实照。

图5 ┗┛形隔声屏罩安装实照

（3）封闭式隔声屏罩

对于图3所示的杆变，不能采用┗┛形隔声屏罩的治理措施，因为杆变的西面、东面都有居民楼，杆变的噪声是向四面空间传播，如果在杆变西面安装隔声屏罩，杆变对东面的噪声传播影响不但不能降低，还有可能提高。经过研究，认为应安装封闭式的隔声屏罩，才能降低这台杆变噪声在两个方向及四面空间的噪声传播强度。

在杆变的现场安装杆变的封闭式隔声屏罩，安装过程中可以停电，但杆变及进出线保持现状，因此封闭式隔声屏罩需设计制作为装配式，把隔声屏罩的构件运至现场，在杆变的支承槽钢上进行组装。杆变运行中将散发一定的热量，因此封闭式隔声屏罩上需设计通风消声装置，保证一定量的通风散热风量，确保杆变的正常运行。

由于邻近的居民不同意安装，这台制作完毕的封闭式隔声屏罩最后被安装在供电公司仓库的绿地中，见图6。

图6 制作完毕的封闭式隔声屏罩

表3 某台杆变安装隔声屏罩前后的噪声数据对比表

4 结语

（1）在城乡电网中10 kV杆变是数量最多的末端输变电设备，其中硅钢片铁心的杆变噪声级在55 dB(A)以下，非晶合金铁心的杆变噪声级比传统硅钢片铁心的杆变要高出5 dB(A)～6 dB(A)。

（2）杆变向外辐射传播的是变压器的电磁噪声，其辐射的噪声强度与杆变的负荷及三相的平衡程度有关。杆变噪声呈现低频特性，在315 Hz呈现一个峰值，呈现窄带特性，此噪声显得比较单调，且随距离增大衰减慢，易引起部分人群的反感厌烦，在夜深人静的时候更为突出。

（3）一般情况下不会产生噪声传播影响问题，但在几种因素耦合的情况下，杆变的噪声传播还是有可能对环境即居民住户产生影响，这几种因素就是：

1)单台杆变的噪声级偏高；

2)杆变距离居民楼窗口很近；

3)所在处的环境比较安静。

（4）在杆变不变动的前提下。在杆变安装处可以采取局部隔声及整体隔声的治理措施。

[1]袁聪波，黄家彬.变电站噪声分析及治理[J].上海电力，2002，(4)：59-61.

[2]黄青青，冯苗峰，王庭佛，等.220 kV变压器噪声及其传播特性浅析[J].环境工程，2011，(S1)：330-333.

[3]李明，陈锦栋.城市110 kV室内变电站噪声控制的分析[J].噪声与振动控制，2012，32(1)：105-108.

[4]陈晓东，陈锦栋.浅析220 kV室内变电站的噪声控制[J].噪声与振动控制，2013，33(6)：220-223.

[5]王骅，陈锦栋，黄青青，等.居住区内10 kV变配电站的噪声污染及治理[J].噪声与振动控制，2015，35(4)：107-111.

[6]陈锦栋，冯苗锋，李明.500 kV地面变电站噪声污染及治理[J].噪声与振动控制，2015，35(5)：126-129.

Noise Pollution and Control Measures of 10 kV Rod Transformers near Residential Buildings

CHEN Jin-dong1,QIAN Nong-lin1,ZHANG Yong-bin1,HUANG Qing-qing2,LI Ming1
（1.Materials Group,State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company,Shanghai 200235,China;2.Shanghai Environmental Protection Co.Ltd.,Shanghai 200233,China）

The noise characteristics and noise propagation effects of 10 kV rod transformers in urban power grid are described.The impact of noise of the transformers on the adjacent residential buildings is analyzed.The noise reduction measures of unilateral noise barrier and closed noise barrier are proposed and verified by in-situ tests.

acoustics;10 kV rod transformers;transformer core;noise propagation;vibration

O422.6

A

10.3969/j.issn.1006-1355.2017.06.044

1006-1355(2017)06-0220-05

2017-06-28

陈锦栋(1958-)，男，江苏省阜宁县人，工程师，从事火电厂、变电站噪声治理研究。E-mail:xdchjd@126.com