高壓輸變電設(shè)備噪聲防范與治理

保定供電公司 王宏偉

一、引言

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，人們的環(huán)保意識(shí)也逐步增強(qiáng)。同時(shí)，供電系統(tǒng)為進(jìn)一步提高供電可靠性、保障人民群眾的生產(chǎn)生活，在城區(qū)或城郊修建了變電站及輸電線路，但隨著城市建設(shè)的發(fā)展，這部分輸變電設(shè)施越來(lái)越多的被居民區(qū)或商業(yè)區(qū)所包圍，部分變電站噪聲對(duì)周邊居民生活造成不同程度的影響，由此引起的糾紛、上訪成逐年遞增趨勢(shì)。通過對(duì)高壓輸變電設(shè)備的噪聲來(lái)源和對(duì)噪聲污染特性及各變電站的噪聲傳播和分布特點(diǎn)的分析，有針對(duì)性的提出防治措施和方案，同時(shí)提供典型案例，為供電單位環(huán)保管理提供基礎(chǔ)資料，并對(duì)今后輸變電設(shè)備的噪聲治理具有一定的借鑒意義。

二、輸變電設(shè)備噪聲的產(chǎn)生及特性分析

(一)輸變電設(shè)備噪聲的產(chǎn)生

我們平時(shí)所說(shuō)的噪聲通常是可聽噪聲，主要是指人的聽覺收到的不需要且引起人煩惱的聲音。輸變電設(shè)備產(chǎn)生的噪聲主要來(lái)自于變壓器、電抗器、帶電架構(gòu)及輸電線路。

變壓器的噪聲主要來(lái)自于變壓器本體及輔助冷卻系統(tǒng)，變壓器本體的噪聲包括鐵心、繞組、油箱等產(chǎn)生的噪聲，其頻率較低；輔助冷卻裝置噪聲主要是風(fēng)冷型變壓器風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲，主要集中在中高頻。變壓器聲級(jí)的大小與電壓等級(jí)、運(yùn)行負(fù)荷、運(yùn)行年限及生產(chǎn)工藝等因素有直接的關(guān)系。根據(jù)一些統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：220～500kV變壓器的聲級(jí)在61～83dB(A)之間；110kV變壓器的聲級(jí)在56～76dB(A)之間。對(duì)于同一臺(tái)變壓器由于受運(yùn)行負(fù)荷、運(yùn)行年限的影響其噪聲水平會(huì)有所升高，如一臺(tái)運(yùn)行10年以上的變壓器其噪聲會(huì)較剛運(yùn)行時(shí)提高3～4dB(A)。變壓器的噪聲是變電站中噪聲的最主要來(lái)源。

電抗器的噪聲主要來(lái)自鐵心式電抗器，其產(chǎn)生與分段鐵心之間的磁吸引力，這些磁吸引力引起的額外振動(dòng)和噪聲有時(shí)甚至?xí)^變壓器的噪聲，其同樣受電壓等級(jí)、生產(chǎn)工藝等因素影響。但一般情況下，電抗器大多與電容器為一體化結(jié)構(gòu)，主要起限流和濾波作用，它的啟停狀態(tài)要視變電站的功率因數(shù)而定，所以其噪聲只有在電容器投入運(yùn)行時(shí)才會(huì)產(chǎn)生。

帶電架構(gòu)噪聲主要是低頻部分，受變壓器和電抗器影響較大，據(jù)一些統(tǒng)計(jì)資料顯示：500kV變電站帶電架構(gòu)的噪聲平均在43～63dB(A)之間，隨著電壓等級(jí)的降低其噪聲水平也會(huì)降低。

輸電線路的噪聲主要是電暈產(chǎn)生的可聽噪聲，其聲級(jí)受電壓等級(jí)、天氣情況影響較大，同時(shí)交流輸電和直流輸電線路的可聽噪聲影響也有所不同，但按照輸電線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行規(guī)范，一般輸電線路距各類房屋都有一定的安全距離，這樣隨著距離的增加可聽噪聲也會(huì)相應(yīng)衰減，再有房屋的屏蔽作用，因此總體來(lái)講只要不直接在線路下方，輸電線路產(chǎn)生的噪聲對(duì)人的影響相對(duì)較小。

另外，一些換流站設(shè)備噪聲聲級(jí)要明顯高于普通變電站，尤其是直流換流站的設(shè)備，但保定電網(wǎng)目前無(wú)換流站，因此本文將不做分析和討論。

(二)主要噪聲源特性分析

表1 保定聯(lián)盟路頻譜分析

表2 保定祝澤站頻譜分析

為得到更真實(shí)有效的數(shù)據(jù)，我們會(huì)同專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)保定市區(qū)及周邊11座變電站進(jìn)行了測(cè)試(如表1、表2所示)。薛劉營(yíng)是室內(nèi)變電站，變壓器封閉，變壓器設(shè)備噪聲70dB(A)左右，雖然邊界噪聲50～55dB(A)，由于變壓器封閉，但頂部有通風(fēng)口對(duì)著北測(cè)居民樓，對(duì)北側(cè)居民尤其對(duì)高層居民有一定影響。聯(lián)盟路變電站配電設(shè)備、變壓器在室內(nèi)，柵欄門向南，設(shè)備噪聲較大，在85dB(A)以上，屬于中高頻噪聲，邊界噪聲較大，柵欄一側(cè)達(dá)到64.9dB(A)，但該數(shù)值是在設(shè)備室大門開啟的情況下測(cè)得。七一路站設(shè)備噪聲較小，東側(cè)邊界噪聲達(dá)到58.2dB(A)，對(duì)界外5米處的單位有一定影響。大陽(yáng)站，變壓器噪聲70dB(A)，西側(cè)圍墻外晝間52.5dB(A)，夜間52.1dB(A)，由于距離居民區(qū)較近，因此對(duì)居民有影響，尤其是夜間。其他各站邊界噪聲約50dB(A)左右，大都和居民距離比較大，對(duì)居民無(wú)明顯影響。從監(jiān)測(cè)結(jié)果看變壓器最小噪聲在65dB(A)左右，最大噪聲在85dB(A)左右。從噪聲較大、具有代表性的幾個(gè)變壓器噪聲頻譜分析來(lái)看，電磁性噪聲屬中低頻噪聲，最大頻率是250Hz和500Hz；風(fēng)冷機(jī)械噪聲屬中高頻噪聲，最大頻率為1kHz和2kHz。保定聯(lián)盟路站的2個(gè)測(cè)點(diǎn)均在風(fēng)扇正常運(yùn)行狀態(tài)下測(cè)得，噪聲是電磁噪聲和風(fēng)扇噪聲共同作用的結(jié)果，最大噪聲出現(xiàn)在1kHz和2kHz。保定祝澤站，變壓器處于停運(yùn)狀態(tài)，噪聲主要是電磁性噪聲，最大噪聲出現(xiàn)在500Hz頻率下。

根據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》和《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》要求，大部分變電站適用于2類區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別變電站邊界部位的噪聲值超過60dB(A)，夜間超過50dB(A)，明顯高于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Ⅱ類噪聲標(biāo)準(zhǔn)。其中大陽(yáng)變電站由于距離居民區(qū)較近，夜間噪音超標(biāo)，同時(shí)又發(fā)生了居民投訴事件，因此環(huán)保部門要求該站需按晝間55dB(A)、夜間45dB(A)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，給我們提出了較高的整改要求。

4類標(biāo)準(zhǔn)適用于城市中的道路交能干線道路兩側(cè)區(qū)域，穿越城區(qū)的內(nèi)河航道兩側(cè)區(qū)域。穿越城區(qū)的鐵路主、次干線兩側(cè)區(qū)域的背景噪聲(指不通過列車時(shí)的噪聲水平)限值也行該類標(biāo)準(zhǔn)。

表4 工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)

表3 城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)

0類標(biāo)準(zhǔn)適用于療養(yǎng)區(qū)、高級(jí)別墅區(qū)、高級(jí)賓館區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。位于城郊和鄉(xiāng)村的這一類區(qū)域分別按嚴(yán)于0類標(biāo)準(zhǔn)5dB執(zhí)行。

1類標(biāo)準(zhǔn)適用于以居住、文教機(jī)關(guān)為主的區(qū)域。鄉(xiāng)村居住環(huán)境可參照?qǐng)?zhí)行該類標(biāo)準(zhǔn)。

2類標(biāo)準(zhǔn)適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)。

3類標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)區(qū)。

Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)適用于以居住、文教機(jī)關(guān)為主的區(qū)域。

Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)及商業(yè)中心區(qū)。

Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)區(qū)。

IV類標(biāo)準(zhǔn)適用于交通干線道路兩側(cè)區(qū)域。

三、主要噪聲治理的探討

(一)變電站噪聲傳播方式

從各變電站的現(xiàn)場(chǎng)情況看，變電站大致有4種布置方式，一是露天變壓器，且變壓器和構(gòu)筑物距離遠(yuǎn)。露天變壓器噪聲對(duì)邊界和居民的影響傳播屬于直達(dá)聲場(chǎng)，直線傳播，一般無(wú)構(gòu)筑物等，噪聲衰減量小。二是室內(nèi)變壓器。室內(nèi)變壓器空間較小，室內(nèi)聲音屬混響聲場(chǎng)，聲音相互疊加，造成對(duì)外傳播的聲源強(qiáng)度加大，一般室內(nèi)變壓器房有柵欄門或卷簾金屬門，聲音通過門口對(duì)外傳播，對(duì)門口方向的敏感點(diǎn)影響較大。三是室內(nèi)變電站，變壓器緊鄰構(gòu)筑物，部分變壓器之間和兩側(cè)建有隔墻，形成半封閉狀態(tài)。變壓器聲音傳至墻壁時(shí)發(fā)生反射，和直達(dá)聲混合向外傳播，由于墻壁面積大，墻壁形成大的面源，對(duì)外傳播聲音大、衰減量小，對(duì)周圍影響大。四是變壓器四周封閉，頂部開放。四周封閉，起到隔聲作用，地面噪聲較小，但聲音通過頂部直達(dá)高層居民樓。同時(shí)，噪聲通過變壓器四周門、縫隙對(duì)地面造成影響，變壓器封閉的隔聲性能大大下降。

(二)噪聲治理方案

1.噪聲治理途徑分析

變電站噪聲主要是變壓器噪聲，新建變電站采用低噪聲設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有高噪聲變壓器有條件的可逐步更換為低噪聲變壓器，也可采取治理技術(shù)降低噪聲對(duì)環(huán)境的影響。

噪聲治理主要分三種情況，噪聲源治理、傳播途徑治理和個(gè)人防護(hù)，變電站噪聲從噪聲源和傳播途徑兩方面進(jìn)行治理。降低變壓器本身的噪聲是噪聲治理最有效、最徹底的治理途徑，但噪聲源治理技術(shù)難度大，甚至需要設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化；傳播途徑治理主要采取隔聲、吸聲技術(shù)，在變壓器外部采取消聲或隔聲的措施，使噪聲在傳播到受聲點(diǎn)的過程中衰減，降低到達(dá)受聲點(diǎn)的噪聲強(qiáng)度。

2.治理方案

(1)電磁性噪聲治理

對(duì)變壓器本身的降噪一方面可以降低鐵芯的工作磁密，采用高導(dǎo)磁的硅鋼片、采用步進(jìn)搭接工藝等使磁致伸縮減??；另一方面可以通過完善鐵芯和引線的夾持結(jié)構(gòu)，在鐵芯表面涂環(huán)氧漆和采用橡皮墊，采用避開共振區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加大油箱箱壁厚度、加固油箱和附件等措施減緩并吸收磁致伸縮產(chǎn)生的振動(dòng)能量。

一般情況下，通過控制變壓器鐵芯的振動(dòng)，能降低變壓器的本體噪聲3-5dB(A)；通過控制變壓器油箱振動(dòng)并采用隔、吸聲措施，能降低噪聲5-10dB(A)。但是控制鐵芯振動(dòng)改造工作量較大，控制油箱振動(dòng)也會(huì)影響變壓器的散熱能力，對(duì)于定型的變壓器進(jìn)行這類對(duì)變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材質(zhì)進(jìn)行技術(shù)處理的改造，需要停運(yùn)設(shè)備，難度較大，而且改造費(fèi)用高。

(2)風(fēng)扇機(jī)械性噪聲治理

從監(jiān)測(cè)結(jié)果看，冷卻裝置噪音大小不一，引起變壓器噪聲的變化大小不等，一般在3～10dB(A)，降低冷卻裝置引起的噪聲的手段主要有：選用大流量低揚(yáng)程的油泵，選用通風(fēng)流量大、風(fēng)壓小的低速風(fēng)扇(在可能的情況下盡量采用自冷方式)。從現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，部分風(fēng)扇發(fā)生軸偏、振動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)更換，降低風(fēng)扇噪聲。

(3)壁面吸聲、隔聲屏治理技術(shù)

當(dāng)聲能傳到吸聲、隔聲材料的表面時(shí)，吸聲材料具有的吸收能力和消聲材料具有的消聲能力，可以將聲能轉(zhuǎn)化為熱能和振動(dòng)能。

室內(nèi)變壓器噪聲在內(nèi)壁反射，形成混響聲場(chǎng)，在室內(nèi)墻面涂覆吸聲材料或裝吸聲磚、板，以增加墻面的吸聲系數(shù)，減小室內(nèi)噪聲，并降低對(duì)外傳播的噪聲，同時(shí)安裝隔聲門、消聲百葉窗和消聲通風(fēng)口。

室內(nèi)變電站，變壓器外置，變壓器緊鄰構(gòu)筑物，部分變壓器之間和兩側(cè)建有隔墻，形成半封閉狀態(tài)。變壓器聲音傳至墻壁時(shí)發(fā)生反射，和直達(dá)聲混合向外傳播，此類變壓器布置方式的噪聲治理，可考慮兩種治理技術(shù)，邊界噪聲較小，需要降噪量小，可通過分析計(jì)算，選擇相應(yīng)吸聲材料，在構(gòu)筑物、隔墻敷設(shè)吸聲材料，把到達(dá)墻面的聲音吸收，消除反射聲。還可以將半封閉的變壓器開放的一面封閉起來(lái)。

對(duì)露天變壓器，根據(jù)周圍環(huán)境噪聲水平和周圍敏感點(diǎn)的分布情況，可采用“─”、“┗”、“[”形隔聲屏。根據(jù)頻譜特性、噪聲水平和敏感點(diǎn)位置計(jì)算隔聲屏高度、長(zhǎng)度、厚度、隔聲屏結(jié)構(gòu)，選擇適當(dāng)?shù)奈暡牧稀８袈暺羶?nèi)層具有噪聲透射功能，外層選用隔聲性能好的材料，兩層之間設(shè)骨架和吸聲材料。隔聲屏可采用底部墻體，上部具有吸收、隔聲作用的隔聲屏，也可全部采用具有吸收、隔聲作用的隔聲屏，隔聲裝置結(jié)構(gòu)見示意圖。

遮沿式隔聲屏示意圖

實(shí)心隔聲屏斷面示意圖

(4)隔聲罩治理技術(shù)

由于城市市區(qū)內(nèi)部分變電站與周圍居民建筑間距較近，加之變壓器發(fā)出的低頻噪聲隨距離的增加衰減得較慢，采取隔聲屏治理效果也相對(duì)較差，治理后周圍的環(huán)境噪聲水平很難達(dá)到45～50dB的環(huán)境限值。

采用集中散熱方式，將變壓器本體封閉于隔聲間或隔聲罩內(nèi)。其降噪效果可達(dá)20～30dB，完全可以達(dá)到環(huán)保限值。

在變壓器本體外建隔聲間或隔聲罩，散熱器、套管等置于隔聲罩外(隔聲罩層面結(jié)構(gòu)和隔聲屏相似)。隔聲罩采用型鋼支架，內(nèi)層采用穿孔防護(hù)板，外層采用隔聲性能好的彩鋼板，兩層護(hù)板間為吸聲、消聲材料，將聲能轉(zhuǎn)化為熱能和機(jī)械能。隔聲罩固定在變壓器基礎(chǔ)上，隔聲罩開孔處與變壓器導(dǎo)管之間的空隙用高溫軟橡膠填封，使隔聲罩與變壓器導(dǎo)管之間沒有硬接觸。

為方面變壓器維護(hù)和檢修，隔聲罩采用方便的拼插組裝結(jié)構(gòu)，拆裝方便，不影響設(shè)備檢修。

(5)封閉、半封閉變壓器噪聲治理技術(shù)

四周封閉、頂部開放的變壓器，變壓器四周的門采用普通鐵門，縫隙多，密封性差，隔聲量小，對(duì)低處居民敏感點(diǎn)有影響。頂部開放，變壓器噪聲通過頂部直達(dá)高層居民樓，噪聲影響較大。將普通門改為隔聲門，將頂部封閉，內(nèi)敷設(shè)吸聲材料，同時(shí)設(shè)計(jì)消聲通風(fēng)裝置。

四、大陽(yáng)變電站噪聲治理

(一)大陽(yáng)站噪聲產(chǎn)生原因

大陽(yáng)站噪聲產(chǎn)生及為達(dá)標(biāo)原因主要有兩點(diǎn)。一是大陽(yáng)變電站主變是兩臺(tái)舊主變(型號(hào)為SFZL7-31500/110)，在本站安裝前已運(yùn)行9年，負(fù)荷較重，絕緣狀況一般；兩臺(tái)變壓器均為風(fēng)冷變壓器，自身噪聲較大，經(jīng)多次實(shí)地測(cè)量，變壓器風(fēng)扇電機(jī)開啟后，周圍噪聲達(dá)到70dB以上。二是與居民小區(qū)距離太近，大陽(yáng)變電站無(wú)獨(dú)自企業(yè)廠界，與西側(cè)地中海小區(qū)共用一堵圍墻；變壓器與西側(cè)地中海小區(qū)距離很近，其中西側(cè)1#變壓器距小區(qū)圍墻約16.5米，東側(cè)2＃變壓器距小區(qū)圍墻約45米，西側(cè)圍墻距小區(qū)住戶僅約3米，變壓器噪聲對(duì)居民區(qū)影響較大。

圖1 不停電施工

(二)具體治理方案

鑒于大陽(yáng)站的實(shí)際情況，我們進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘察并組織專業(yè)人員進(jìn)行治理方案的研討，同時(shí)為保證供電可靠性及設(shè)備檢修安全，最終確定了壁面吸聲、隔聲屏治理及封閉、半封閉噪聲治理技術(shù)相結(jié)合的方案。該方案分3部進(jìn)行施工，最終治理的目標(biāo)為滿足一類標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過近一個(gè)月的不停電施工，項(xiàng)目基本達(dá)到方案設(shè)計(jì)要求，通過工程驗(yàn)收。

圖2 2#主變半封閉隔音墻

圖3 1#主變半封閉隔音屏

圖4 內(nèi)壁面吸聲板

工程驗(yàn)收完畢后，我們聘請(qǐng)了市環(huán)保局和省輻射管理站專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，最終測(cè)試結(jié)果顯示，該站西側(cè)圍墻外噪聲分別達(dá)到晝間48.9-50.8dB(A)，夜間43.2-44.1dB(A)的水平，已經(jīng)完全滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)I類標(biāo)準(zhǔn)要求，噪聲聲級(jí)較治理前降低了3.6～8dB(A)，取得了明顯的降噪效果。河北省環(huán)境保護(hù)廳組織了該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收會(huì)，并以正式文件批復(fù)該站通過環(huán)保驗(yàn)收。

五、總結(jié)

總之，變電站噪聲特性不同，變電站結(jié)構(gòu)、所處位置、環(huán)境不同，噪聲水平不同，周圍敏感點(diǎn)也不同，采用的技術(shù)也不盡相同，可能需要從聲源和傳播途徑多個(gè)方面進(jìn)行治理，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，通過計(jì)算進(jìn)行選材，確定其結(jié)構(gòu)尺寸，噪聲消減量、通風(fēng)散熱量等，以達(dá)到噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司科技部.電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)管理手冊(cè)[M].中國(guó)電力出版社,2010,12:5-140.