110kV洪鐘變電站通風(fēng)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

張旻

摘要： 本文通過(guò)對(duì)110kV洪鐘變電站類型及其所處地理位置、周圍敏感點(diǎn)等情況的綜合考慮，具體分析噪聲源及特性，從聲源控制、傳聲途徑控制、合理建筑結(jié)構(gòu)和隔聲、吸聲設(shè)計(jì)、環(huán)境污染及防護(hù)等幾個(gè)方面提出變電站通風(fēng)降噪方法，為提高變電站運(yùn)行維護(hù)水平建言獻(xiàn)策。

Abstract： Based on comprehensive consideration of the type， geographical location and surrounding sensitive points of 110kV Hongzhong substation， this paper analyzes the noise source and characteristics， and proposes ventilation and noise reduction methods from sound source control， acoustic path control， reasonable building structure and sound insulation and suction design， environmental pollution and protection， in order to improve the level of substation operation and maintenance.

關(guān)鍵詞： 變電站風(fēng)機(jī)；噪聲源及特性；通風(fēng)降噪

Key words： substation fan；noise source and characteristic；ventilation and noise reduction

中圖分類號(hào)：TU831.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）32-0131-02

1 變電站噪聲

1.1 站址概況 擬選110kV洪鐘變電站位于廈門市翔安區(qū)后房社區(qū)。110kV洪鐘變配電裝置樓總建筑面積1028m2。一層建筑面積1028.00m2，層高4.0m，主要功能房間為10kV 配電室，電容器室，二次設(shè)備室，110kV GIS配電室（挑高8.0m），#1、#2、#3主變壓器室（挑高8.0m）及戶外散熱器。

1.2 變電站通風(fēng)系統(tǒng)及噪聲構(gòu)成 110kV洪鐘變電站的主變室、站用變室、電容器室、電抗器室采用墻上低位百葉窗自然進(jìn)風(fēng)，高位軸流風(fēng)機(jī)機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)排除室內(nèi)余熱，另設(shè)事故排風(fēng)機(jī)兼作正常通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)機(jī)用。110kV GIS室設(shè)置自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)，吸風(fēng)口設(shè)在GIS室的房間下部，排除室內(nèi)可能存在的SF6 氣體，事故排風(fēng)由下部正常排風(fēng)系統(tǒng)和上部排風(fēng)系統(tǒng)共同來(lái)保證。根據(jù)輻射噪聲的特點(diǎn)，風(fēng)機(jī)噪聲主要由下述四部分組成：①風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)、排風(fēng)口產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲；②機(jī)殼、管壁以及電動(dòng)機(jī)軸承等發(fā)出的機(jī)械性噪聲；③電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲；④運(yùn)行的風(fēng)機(jī)與基礎(chǔ)連接處發(fā)生振動(dòng)而產(chǎn)生的高頻輻射噪聲。

1.3 風(fēng)機(jī)噪聲源分析 軸流風(fēng)機(jī)的噪聲可以分為兩種類型，一是空氣動(dòng)力性噪聲，二是電磁噪聲，并且前者是主要的噪聲。就組成部分來(lái)看，主要包括兩個(gè)部分，分別是旋轉(zhuǎn)噪聲與渦流噪聲。前者也被稱為葉片噪聲，產(chǎn)生的主要原因是由于旋轉(zhuǎn)葉片對(duì)空氣質(zhì)點(diǎn)的周期性打擊，使得空氣壓力出現(xiàn)脈動(dòng)進(jìn)而出現(xiàn)噪聲。運(yùn)用傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)該脈動(dòng)進(jìn)行分解，可以將其分解成一個(gè)穩(wěn)態(tài)分量，還有一系列的脈動(dòng)分量。后者的產(chǎn)生主要是由于風(fēng)機(jī)的葉片在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，造成周圍的氣體出現(xiàn)渦流，同時(shí)粘滯力會(huì)發(fā)生作用，使其分解成若干個(gè)小渦流。在此情況下，空氣會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)的情況，最終產(chǎn)生噪聲。

而風(fēng)機(jī)的噪聲頻譜，其背景一般是連續(xù)譜，并且伴有若干個(gè)有調(diào)成分，進(jìn)而造成兩種噪聲相互混雜的情況。實(shí)際上，葉片噪聲屬于風(fēng)機(jī)噪聲的范疇，并且相關(guān)設(shè)備的便會(huì)都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)渦流噪聲，與此同時(shí)由于風(fēng)機(jī)的外殼和風(fēng)管會(huì)產(chǎn)生共振，也會(huì)引發(fā)噪聲。

2 通風(fēng)降噪優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則 按照變電站的使用功能要求，在滿足相關(guān)規(guī)程、規(guī)范、生產(chǎn)工藝流程的前提下，結(jié)合110kV變電站通用設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化節(jié)能設(shè)計(jì)理念，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度對(duì)生產(chǎn)綜合樓通風(fēng)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理化的優(yōu)化和協(xié)調(diào)，積極優(yōu)化和創(chuàng)新建筑設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)控制目標(biāo)：控制各進(jìn)排風(fēng)口距離1m、高度1.2m處，所測(cè)噪聲值低于50dB（A）。

本站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則簡(jiǎn)述如下：①滿足通風(fēng)要求的條件下，通風(fēng)方式首選自然進(jìn)風(fēng)，自然排風(fēng)。②若自然排風(fēng)無(wú)法滿足要求，則采用自然進(jìn)風(fēng)，機(jī)械排風(fēng)。③若房間不具備自然通風(fēng)條件，則采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)，機(jī)械排風(fēng)。④普通軸流風(fēng)機(jī)噪聲值超標(biāo)，則選用低噪聲軸流風(fēng)機(jī)。⑤若風(fēng)機(jī)噪聲值仍超標(biāo)，則加設(shè)消聲器降低風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲與渦流噪聲。⑥風(fēng)機(jī)噪聲得到有效控制的情況下，電氣設(shè)備房間采用消聲百葉窗進(jìn)一步控制電氣設(shè)備噪聲向外輻射。通過(guò)以上6大原則，運(yùn)用風(fēng)機(jī)降噪與消聲百葉降噪措施，將變電站噪聲有效控制在噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

2.2 風(fēng)機(jī)降噪優(yōu)化方案 一般來(lái)說(shuō)，通常采用消聲器的方法來(lái)達(dá)到控制噪聲的目的。對(duì)絕大部分聲源是氣流噪聲的設(shè)備來(lái)說(shuō)，消聲器能夠取得非常好的控制效果。消聲器在允許氣流通過(guò)的同事，又減弱了噪聲的傳播和輻射。

根據(jù)消聲機(jī)理和應(yīng)用對(duì)象，可分成：阻性消聲器、抗性消聲器、微穿孔板消聲器、擴(kuò)散消聲器。微穿孔板消聲器主要通過(guò)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)消聲，可實(shí)現(xiàn)寬頻帶消聲和較低的阻損。

本站選用以下風(fēng)機(jī)降噪措施：①雙層微穿孔板消聲器降低風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲。②風(fēng)機(jī)動(dòng)葉頂部加旋轉(zhuǎn)環(huán)減小葉頂與機(jī)殼間隙降低方劑渦流噪聲。

2.2.1 雙層微穿孔板消聲器 該種消聲器的寬頻吸聲性能非常好，穿孔板的厚度要選擇恰當(dāng)，并且恰當(dāng)?shù)拇┛字睆降饶軌蛴行嵘暤男Ч?/p>

消聲器的材料是玻璃鋼板，它阻損小、重量輕、造價(jià)低。其結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)主要的組成部分，分別是玻璃板和吸聲尖錐。根據(jù)聲學(xué)的性能，雙層微穿孔板的吸聲性能非常好，能夠有效達(dá)到吸聲的目的。而中央吸聲尖錐能夠有效解決高頻吸聲的若干問(wèn)題，并且的吸聲頻帶也非常高。根據(jù)空氣的動(dòng)力性能可知，將消聲器的周壁設(shè)計(jì)為圓筒的形狀，并且和風(fēng)扇的通道直接相連，而且微穿孔板具有很多特征，比如孔和摩擦阻力都比較小而且板比較薄。使用玻璃材質(zhì)來(lái)制作消聲器，比較耐腐蝕，而且輕便，同時(shí)也不擔(dān)心潮濕的問(wèn)題，而且成本也比較低。把它設(shè)計(jì)成拆裝方便的結(jié)構(gòu)，便于檢修和更換材料。endprint

把該消聲器安裝于軸流風(fēng)機(jī)入口，噪聲可從110dB（A）降到90dB（A），效果良好。此外，對(duì)風(fēng)機(jī)性能研究表明，使用這種消聲器對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響很小。但是受氣流會(huì)產(chǎn)生再生噪聲，消聲器的效果則難以保障，要確保消聲效果，需要改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，但是面臨比較大的困難，因此需要探索出新的降噪方法。

2.2.2 風(fēng)機(jī)動(dòng)葉頂部加旋轉(zhuǎn)環(huán)減小葉頂 由渦流噪聲產(chǎn)生機(jī)理可知，控制葉片表面紊流附面層的發(fā)展以及渦流脫離，控制氣流初始紊流度及控制吸力面與壓力面之間的壓差流動(dòng)和間隙回流，均可有效降低渦流噪聲。動(dòng)葉頂部加旋轉(zhuǎn)環(huán)方法實(shí)質(zhì)上是使泄漏流動(dòng)通過(guò)間隙而不在葉柵內(nèi)出現(xiàn)以及控制間隙圓流產(chǎn)生。旋轉(zhuǎn)環(huán)同葉輪一起旋轉(zhuǎn)，環(huán)的入口應(yīng)加工成圓精的圓弧形，以便使已經(jīng)產(chǎn)生的間隙回流能平滑地進(jìn)入葉柵，不致在環(huán)的內(nèi)表面發(fā)生分離而擾動(dòng)主氣流。

2.3 消聲百葉降噪優(yōu)化方案 實(shí)際上，消聲百葉窗的構(gòu)成是對(duì)比較短的片式或者折板式的消聲器所進(jìn)行的改進(jìn)，決定其消聲性能的最主要的因素在于單片百葉的形式以及安裝角度等問(wèn)題。百葉可以對(duì)噪聲的輻射進(jìn)行合理的設(shè)置，在葉片的下側(cè)，還可以設(shè)置共振體來(lái)達(dá)到吸聲的效果，并且其具有比較寬的消聲頻帶，在散熱和采光等方面也都符合要求。消聲百葉的運(yùn)用優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①消聲百葉的主要組成部分是通風(fēng)百葉，而這種百葉的內(nèi)部裝有吸聲材料，在各個(gè)葉片之間也都存在通風(fēng)間隙。經(jīng)過(guò)對(duì)開(kāi)口面積的精心設(shè)計(jì)以后，可以確?？諝饬髁亢拖曅Ч＂诹骶€型的阻力比較低。③消聲百葉同時(shí)具有低壓降和消聲優(yōu)異的兩種性能。④消聲百葉的制作材料使用的是鍍鋅的鐵板等，并且在內(nèi)部的填充物具有不燃且吸聲的特性，能夠確保其使用壽命，也便于對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。

2.4 性能比較及結(jié)論 ①采用本方案降噪措施后，軸流風(fēng)機(jī)性能指標(biāo)比較見(jiàn)表1。②采用本方案降噪措施后，通風(fēng)性能指標(biāo)比較見(jiàn)表2。③推薦意見(jiàn)。綜上所述，低噪聲軸流風(fēng)機(jī)對(duì)比傳統(tǒng)軸流在性能與噪聲指標(biāo)上有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)更合理， 噪聲更低，更高效、風(fēng)量大、風(fēng)壓高、噪聲低且具有節(jié)能特點(diǎn)。消聲百葉在任何氣候條件下使用，且氣流阻力小，消聲量大，外形美觀，根據(jù)110kV洪鐘變電站變電站的噪聲特點(diǎn)，推薦采用自然通風(fēng)與強(qiáng)排風(fēng)相結(jié)合等措施。選擇低噪聲的設(shè)備，結(jié)合消聲百頁(yè)窗通風(fēng)吸聲的方案。

3 通風(fēng)方案選定

3.1 通風(fēng)設(shè)備選用 本站通風(fēng)系統(tǒng)方案及選用設(shè)備如下：10kV配電裝置室：采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)方式，事故通風(fēng)換氣次數(shù)不少于12次/時(shí)。

電容器室：采用門下百葉自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)方式，事故通風(fēng)換氣次數(shù)不少于15次/時(shí)。

110KV GIS室：采用百葉自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)方式。事故通風(fēng)換氣次數(shù)不少于12次/時(shí)。風(fēng)機(jī)具溫控、SF6監(jiān)測(cè)啟?？刂乒δ堋?/p>

二次設(shè)備室：設(shè)換氣次數(shù)不少于6次/時(shí)的檢修換氣通風(fēng)，采用百葉自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)，當(dāng)人員進(jìn)入時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)開(kāi)啟。本站機(jī)械排風(fēng)機(jī)均選用鋼制低噪音防爆軸流風(fēng)機(jī)，兼顧事故通風(fēng)。風(fēng)機(jī)采用感溫自啟動(dòng)方式，并接入智能化系統(tǒng)智能控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量，節(jié)約能耗。

3.2 降噪措施總結(jié) 鋼制低噪音防爆軸流風(fēng)機(jī)采用2項(xiàng)降噪技術(shù)措施：①雙層微穿孔板消聲器降低風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲。②風(fēng)機(jī)動(dòng)葉頂部加旋轉(zhuǎn)環(huán)減小葉頂與機(jī)殼間隙降低渦流噪聲。通風(fēng)百葉采用1項(xiàng)技術(shù)措施：安裝消聲百葉控制電氣設(shè)備噪聲向外輻射。

4 結(jié)論

專題對(duì)變電站內(nèi)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行了分析，并提出了在風(fēng)機(jī)上增加雙層微穿孔板消聲器及在其動(dòng)葉頂部增加旋轉(zhuǎn)環(huán)等改造措施，改造方案對(duì)變電站的噪聲控制有顯著效果，對(duì)變電站的節(jié)能減排及“環(huán)境友好型”變電站的建設(shè)具有現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)技術(shù)性能比較，本方案采用鋼制低噪音防爆軸流風(fēng)機(jī)降低風(fēng)機(jī)噪聲值，在保證風(fēng)機(jī)性能的前提下減少了變電站噪聲排放量。通風(fēng)百葉采用新型消聲百葉，具有防雨功能及良好的消聲性能，既解決了通風(fēng)又解決了消音問(wèn)題，且最大限度地減少氣流傳遞阻力。

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