鄰近居民樓10 kV桿式變壓器噪聲影響與治理措施

陳錦棟,錢濃林,張雍斌,黃青青,李 明

(1.國網(wǎng)上海市電力公司物資公司，200235； 2.上海環(huán)境保護(hù)有限公司，上海 200233）

鄰近居民樓10 kV桿式變壓器噪聲影響與治理措施

陳錦棟1,錢濃林1,張雍斌1,黃青青2,李 明1

(1.國網(wǎng)上海市電力公司物資公司，200235； 2.上海環(huán)境保護(hù)有限公司，上海 200233）

主要闡述城市電網(wǎng)中數(shù)量眾多的10 kV桿式變壓器的噪聲特性及噪聲傳播產(chǎn)生的影響，并分析鄰近居民樓的桿式變壓器產(chǎn)生的噪聲對居民樓的影響程度，提出采用單側(cè)隔聲屏罩、全封閉隔聲屏罩的降噪方案，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)對其進(jìn)行論證。

聲學(xué)；10 kV桿式變壓器；變壓器鐵芯；噪聲傳播；振動(dòng)

近幾年來國網(wǎng)上海市電力公司不斷受到一些居住區(qū)居民的投訴，反映鄰近居民樓安裝的10 kV桿式變壓器（以下簡稱“桿變”）的噪聲影響問題，這引起了國網(wǎng)上海市電力公司各部門的重視，在2016年開展了“鄰近居民樓10 kV桿式變壓器的噪聲影響及防治措施研究”的課題研究，通過調(diào)研及測試，了解了10 kV桿變的類型、分布及在線安裝情況，掌握了不同類型桿變的噪聲級、噪聲特性及傳播特性以及桿變噪聲對鄰近居民樓的傳播影響狀況，根據(jù)這些具體的情況，提出了降低桿變噪聲傳播影響的技術(shù)方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，可作為鄰近居民樓桿變噪聲治理工程的技術(shù)參考。

1 10 kV桿變的在線運(yùn)行情況

城鄉(xiāng)電網(wǎng)的末端都是通過10 kV變壓器（即10 kV/400 V變壓器，簡稱10 kV變壓器）把10 kV(即一萬伏）的高壓電降為400 V的三相交流電或220 V單相交流電送至千家萬戶，10 kV變壓器是國家電網(wǎng)的末端輸變電設(shè)備。目前末端輸變電設(shè)施有10 kV變配電站、10箱式變壓器（箱變）、10 kV桿式變壓器（桿變）等，其中10 kV桿式變壓器是數(shù)量最多的末端輸變電設(shè)備。僅以上海崇明島為例，崇明島是中國第三大島，現(xiàn)有面積約為1 200平方公里，戶籍人口約為70萬，在崇明島內(nèi)布置有220 kV變電站3座、110 kV變電站7座、35 kV變電站25座、10 kV變配電站（街坊站）50座、10 kV箱式變壓器約500臺、10 kV桿式變壓器5 000多臺，由此可見10 kV桿式變壓器的數(shù)量之多。

10 kV桿式變壓器顧名思義就是安裝在電線桿上的變壓器，10 kV桿變與10 kV箱變都是單臺的變壓器，但箱變一般是坐落在地面上，而桿變都是安裝在電線桿上。目前常用容量一般為100 kVA、200 kVA、400 kVA、600/630 kVA，在上海城區(qū)容量多為200 kVA、400 kVA。

10 kV桿變是“油浸式”變壓器，即變壓器鐵心與線圈都浸在鋼板制成的油箱中，變壓器的接線柱從油箱頂板上露出，變壓器運(yùn)行散發(fā)的熱量通過油箱內(nèi)的變壓器油循環(huán)流動(dòng)散發(fā)出去。根據(jù)鐵心的材料分為“非晶合金鐵心”變壓器和“硅鋼片鐵心”變壓器兩類，后者是傳統(tǒng)變壓器，前者是近幾年的新產(chǎn)品。

從調(diào)研的情況可知，桿變多數(shù)是分布在道路兩側(cè)的人行道上，有些桿變就分布在居住區(qū)的居民樓外側(cè)，居民曬衣服的竹竿就搭在桿變的鋼支架上，見圖1和圖2。

圖1 街道人行道上的桿變（鄰近居民樓）

圖2 居住區(qū)內(nèi)的桿變（居民樓東側(cè)）

城區(qū)中桿變的布置位置主要有二類，一類是布置在道路或街道的人行道上，另一類是布置在居住區(qū)內(nèi)。在人行道上桿變就有可能鄰近沿街的居民樓，在居住區(qū)內(nèi)桿變更有可能鄰近甚至緊靠居民樓，如圖3所示。

圖3 居住區(qū)內(nèi)的桿變（靠近居民樓東側(cè)北側(cè)窗口）

2 10 kV桿變的噪聲級、噪聲特性及傳播影響

10 kV桿變都是油浸式變壓器，變壓器的三相線圈都浸沒在變壓器油箱內(nèi)的變壓器油中，變壓器的線圈及鐵心在交變電流的激勵(lì)下，產(chǎn)生電磁噪聲及鐵心振動(dòng)，線圈鐵心輻射的電磁噪聲透過油箱的壁板直接向外輻射。電磁噪聲及鐵心振動(dòng)還由鐵心底座向油箱底板及壁板傳遞，導(dǎo)致油箱壁板產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)及二次結(jié)構(gòu)噪聲。

桿變運(yùn)行中的噪聲由油箱的壁板向外輻射，主要的噪聲輻射面是油箱的四周壁面（散熱片）及油箱底面，但國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定變壓器的噪聲只測試計(jì)算四周壁面的輻射噪聲。

(1)桿變的聲級標(biāo)準(zhǔn)及出廠噪聲測試

10 kV桿變的產(chǎn)品聲級標(biāo)準(zhǔn)（即變壓器的出廠噪聲標(biāo)準(zhǔn)）見表1，變壓器產(chǎn)品噪聲的出廠測試方法見《電力變壓器第10部分聲級測定（GB/T 1094.10-2003）》。表1中硅矽鋼片及非晶合金是指變壓器鐵心的電磁材料，硅矽鋼片是傳統(tǒng)的鐵心材料，非晶合金是新的電磁材料，目前10 kV變壓器采用非晶合金鐵心較多，非晶合金鐵心變壓器的聲級比硅鋼片鐵心變壓器聲級要高出5 dB(A)～6 dB(A)。

表1 兩種類型10 kV桿式變壓器的聲功率級標(biāo)準(zhǔn)

以容量為400 kVA的非晶合金桿變?yōu)槔?，其允許聲功率級為64 dB(A)，外形尺寸為1 550×1100×1 400，由聲功率級與聲壓級的關(guān)系可以推算出，離變壓器噪聲輻射面0.3 m及1.0 m處的噪聲級為54.3 dB(A)及53 dB(A)。

根據(jù)《電力變壓器第10部分聲級測定（GB/T 1094.10-2003）》的內(nèi)容，10 kV桿變噪聲測試的方法是：在變壓器的低壓輸出端接通三相400 kV的低壓電，在變壓器的輸入端得到10 kV的高壓電，變壓器的工況是升壓，而不是降壓，而且是空載工況，升壓的空載變壓器當(dāng)然也有電磁的轉(zhuǎn)換，但與在線運(yùn)行桿變的降壓帶荷載的工況不一樣，雖然很難推算二者之間的關(guān)系，但可以肯定的是帶荷載的降壓工況比空載的升壓工況噪聲級要高[1]。

(2)桿變的實(shí)際噪聲級

對一些在線運(yùn)行的10 kV桿變進(jìn)行噪聲測試，表2是這些10 kV桿變的噪聲級，表2中的正面是指長度較長的面，側(cè)面是指長度較短的面。

通過噪聲測試分析，可以歸納出桿變的噪聲及其傳播特性如下：

1)多數(shù)在線運(yùn)行的10 kV桿變的噪聲級（離變壓器油箱面1.0 m處的噪聲級）都比較低，非晶合金桿變的噪聲低于60 dB(A)，硅矽鋼片桿變的噪聲低于55 dB(A)。桿變輻射的噪聲不是很穩(wěn)定，隨著桿變的負(fù)荷變化而有所變化，負(fù)荷高，三相負(fù)荷不平衡程度大，桿變的噪聲級也高。

2)10 kV桿變向外輻射的是變壓器的電磁噪聲，噪聲呈現(xiàn)低頻特性[2]，圖4是某臺桿變（非晶合金鐵心）的噪聲頻譜，可以看出噪聲在低頻的聲壓級較高，在315 Hz呈現(xiàn)一個(gè)峰值。硅鋼片鐵心的桿變噪聲也是在315 Hz呈現(xiàn)峰值。315 Hz噪聲還呈現(xiàn)窄帶特性，其聲壓級比250 Hz和400 Hz(1/3倍頻程中心頻率）處的聲壓級高出10 dB左右，此噪聲顯得比較單調(diào)，且隨距離增加衰減慢，易引起部分人群的反感厭煩，在夜深人靜的時(shí)候更為突出。

圖4 某10 kV桿變（非晶合金鐵心）噪聲頻譜曲線圖

(3)桿變的噪聲傳播影響分析

桿變外形尺寸為1550 mm×1100 mm×1400 mm，變壓器離地面高度超過3 m，是一個(gè)小型的空間噪聲源。桿變主要的噪聲輻射面是變壓器油箱四周壁面及底面，次要的噪聲輻射面是變壓器油箱的頂面及桿變支承結(jié)構(gòu)面。

桿變坐落在3 m高的鋼梁上，噪聲無遮擋地向四周空間傳播，將噪聲實(shí)測數(shù)據(jù)輸入聲學(xué)軟件，對桿變的噪聲傳播進(jìn)行模擬計(jì)算，對于非晶合金鐵心的桿變，在離桿變5 m～6 m處其噪聲級就可能超過50 dB(A)，超過《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096—2008）的2類標(biāo)準(zhǔn)的夜間噪聲限值，也就是說，噪聲傳播影響是超標(biāo)的。從單頻的聲場也可以看出，距離桿變10 m以內(nèi)315 Hz的聲壓級將超過55 dB，桿變實(shí)測的噪聲頻譜也可以證明這點(diǎn)。

大多數(shù)10 kV桿變的噪聲級都比較低，一般情況下不會產(chǎn)生噪聲傳播影響問題，但在幾種因素耦合的情況下，桿變的噪聲傳播還是有可能對環(huán)境即居民住戶產(chǎn)生影響，這幾種因素就是

1)單臺桿變的噪聲級偏高；

2)桿變距離居民樓窗口很近；

3)所在處的環(huán)境比較安靜。桿變安裝處的環(huán)境噪聲本底值比較低，尤其在夜深人靜的夜間時(shí)段，如果桿變離居民樓窗口比較近，桿變的噪聲將對住戶產(chǎn)生一定影響。

桿變噪聲傳播造成影響的實(shí)例之一是一臺400 KVA的非晶合金桿變，安裝在居民樓東側(cè)外6 m處(見圖2)，桿變1米處的噪聲級為56.8 dB(A)～57.7 dB(A)，居民樓底層窗口外一米處的噪聲級為44.9 dB(A)，雖然居民樓底層測試的噪聲是達(dá)標(biāo)的，但居民還是投訴桿變的噪聲污染，其原因是此處的環(huán)境噪聲本底值很低，而這臺非晶合金鐵心的桿變噪聲級又偏高。

桿變噪聲傳播影響實(shí)例之二也是一臺400 kVA的非晶合金桿變，安裝在居住區(qū)一幢居民樓東側(cè)外的綠地中，離二層窗口不到2 m(見圖3)，桿變1 m處的噪聲級為51 dB(A)～53 dB(A)，居民樓二層窗口外1 m處的噪聲級為49.4 dB(A)，勉強(qiáng)符合2類聲功能區(qū)的夜間標(biāo)準(zhǔn)限值，在不利的工況下即桿變的負(fù)荷高及三相不平衡時(shí)，居民窗口外噪聲級將提高，會超過標(biāo)準(zhǔn)限值50 dB(A)。此處的居民多次投訴桿變的噪聲污染，為此供電公司已經(jīng)更換了3臺桿變，但居民都投訴噪聲高。

3 10 kV桿變噪聲治理措施探討

（1）桿變噪聲治理的難度

10 kV桿變是成套變配電設(shè)備，在變壓器上采取措施不現(xiàn)實(shí)，通過更換桿變降低噪聲的把握不大，誰也不能保證新更換的桿變噪聲級降低多少，桿變的移位更不可能。10 kV桿變騰空坐落在兩根電線桿之間，治理措施將受到多種因素如高壓電的防護(hù)距離、高空墜落防護(hù)、桿變的通風(fēng)散熱要求、風(fēng)載安全等的約束。

表2 在線桿變的噪聲測試數(shù)據(jù)

通過分析10 kV桿變的設(shè)備、安裝固定結(jié)構(gòu)及所在處的環(huán)境等情況，發(fā)現(xiàn)在不更換桿變的情況下，可以通過在桿變支承結(jié)構(gòu)上安裝一定形狀的隔聲裝置，降低桿變噪聲向外傳播的強(qiáng)度，降低桿變噪聲對環(huán)境產(chǎn)生的影響。對于如圖2所示的桿變，西面有居民樓，東面是小區(qū)外的綠地，南面、北面是小區(qū)的道路，為了降低桿變噪聲向西面的傳播強(qiáng)度，可安裝對稱雙L形橫向隔聲屏（文中稱作┗┛形隔聲屏罩）。如圖3所示的桿變，雖然桿變噪聲主要影響西側(cè)的居民樓，但東面也有兩幢居民樓，可以安裝封閉式的隔聲屏罩，把桿變隔離在一個(gè)吸聲隔聲空間中，可以有效降低桿變噪聲傳播對四面環(huán)境的影響程度。

（2）┗┛形隔聲屏罩

對于圖2中所示的桿變，在桿變的正面一側(cè)（正對著居民住宅方向）安裝┗┛形隔聲屏罩，隔聲屏罩高度為2 m左右，底邊與桿變支承結(jié)構(gòu)的鋼梁持平，頂邊與桿變持平，隔聲屏罩的左右兩側(cè)邊伸至電線桿處，可以擋住桿變本體。在桿變外側(cè)安裝┗┛形隔聲屏罩，是為了降低桿變輻射的噪聲向正面方向即居民樓的傳播強(qiáng)度，用噪聲傳播理論可以分析隔聲屏罩的降噪效果，它可以擋住桿變噪聲向正面的直接傳播，即擋住了直達(dá)聲的傳播，雖然噪聲可以繞射傳播，但桿變正對著的居民樓窗口處的噪聲級將明顯降低。

設(shè)計(jì)桿變的┗┛形隔聲屏罩，其隔聲屏罩的壁板是由1.0 mm厚的阻尼鋼板、50 mm厚的離心玻璃棉板及1.0 mm厚穿孔鋁板組成，并在圖2所示的桿變上進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。

表3是這臺桿變安裝隔聲屏罩前后的噪聲測試數(shù)據(jù)，桿變安裝隔聲屏罩后，在隔聲屏罩外噪聲級降低9 MdB(A)，正對著桿變的居民樓處的噪聲降低3 dB(A)左右，315 Hz處的聲壓級降低10 dB左右。雖然兩次噪聲測試時(shí)桿變的負(fù)荷不一定相同，桿變輻射的噪聲級有差別，因此隔聲屏罩的實(shí)際降噪量可能會變化，但噪聲傳播理論及聲屏障隔聲原理證明結(jié)論是正確可信的。圖5是安裝了隔聲屏罩后桿變的實(shí)照。

圖5 ┗┛形隔聲屏罩安裝實(shí)照

（3）封閉式隔聲屏罩

對于圖3所示的桿變，不能采用┗┛形隔聲屏罩的治理措施，因?yàn)闂U變的西面、東面都有居民樓，桿變的噪聲是向四面空間傳播，如果在桿變西面安裝隔聲屏罩，桿變對東面的噪聲傳播影響不但不能降低，還有可能提高。經(jīng)過研究，認(rèn)為應(yīng)安裝封閉式的隔聲屏罩，才能降低這臺桿變噪聲在兩個(gè)方向及四面空間的噪聲傳播強(qiáng)度。

在桿變的現(xiàn)場安裝桿變的封閉式隔聲屏罩，安裝過程中可以停電，但桿變及進(jìn)出線保持現(xiàn)狀，因此封閉式隔聲屏罩需設(shè)計(jì)制作為裝配式，把隔聲屏罩的構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場，在桿變的支承槽鋼上進(jìn)行組裝。桿變運(yùn)行中將散發(fā)一定的熱量，因此封閉式隔聲屏罩上需設(shè)計(jì)通風(fēng)消聲裝置，保證一定量的通風(fēng)散熱風(fēng)量，確保桿變的正常運(yùn)行。

由于鄰近的居民不同意安裝，這臺制作完畢的封閉式隔聲屏罩最后被安裝在供電公司倉庫的綠地中，見圖6。

圖6 制作完畢的封閉式隔聲屏罩

表3 某臺桿變安裝隔聲屏罩前后的噪聲數(shù)據(jù)對比表

4 結(jié)語

（1）在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中10 kV桿變是數(shù)量最多的末端輸變電設(shè)備，其中硅鋼片鐵心的桿變噪聲級在55 dB(A)以下，非晶合金鐵心的桿變噪聲級比傳統(tǒng)硅鋼片鐵心的桿變要高出5 dB(A)～6 dB(A)。

（2）桿變向外輻射傳播的是變壓器的電磁噪聲，其輻射的噪聲強(qiáng)度與桿變的負(fù)荷及三相的平衡程度有關(guān)。桿變噪聲呈現(xiàn)低頻特性，在315 Hz呈現(xiàn)一個(gè)峰值，呈現(xiàn)窄帶特性，此噪聲顯得比較單調(diào)，且隨距離增大衰減慢，易引起部分人群的反感厭煩，在夜深人靜的時(shí)候更為突出。

（3）一般情況下不會產(chǎn)生噪聲傳播影響問題，但在幾種因素耦合的情況下，桿變的噪聲傳播還是有可能對環(huán)境即居民住戶產(chǎn)生影響，這幾種因素就是：

1)單臺桿變的噪聲級偏高；

2)桿變距離居民樓窗口很近；

3)所在處的環(huán)境比較安靜。

（4）在桿變不變動(dòng)的前提下。在桿變安裝處可以采取局部隔聲及整體隔聲的治理措施。

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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

陳錦棟(1958-)，男，江蘇省阜寧縣人，工程師，從事火電廠、變電站噪聲治理研究。E-mail:xdchjd@126.com