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城区典型变电站噪声产生及治理措施研究

刘煦力

广东电网有限责任公司东莞供电局,523000

摘要: 噪声污染防治是变电站电网工作的重要工作内容,为了更好的解决变电站噪声污染影响周遭居民正常生活的问题,采取有效的措施,探寻解决方法,本文介绍了变电站噪声的产生原因、特性及危害,并简单分析了目前常用的变电站降噪技术,最后提出治理变电站噪声现存的一些问题。
关键词: 变电站;噪声;变压器
DOI:10.12721/ccn.2024.157409
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1 变电站噪声

1.1 变电站噪声产生原因

变电站噪声一般源于站内变压器、电抗器、通风风机等。

变压器本体造成的噪声大部分来自于 :①其内部硅钢片由于磁致伸缩问题使铁芯出现周期性振动,从而产生噪声 ;②当电流通过,其绕组线圈上电磁力由于漏磁随时间发生变化而发出振动噪声。类似于变压器原理,电抗器铁芯也会因磁致伸缩及绕组线圈振动而发出噪音。此外,通风风机由于扇叶旋转造成空气动力性噪声,电机或其他零部件在运行时产生机械性噪声。

1.2 变电站噪声特征

不同设备产生的噪声具有各自特征,针对变电站噪声的各异特征从机理入手,从而制定特定方案削弱噪声,具有重要的研究价值。

可以发现变压器的磁致伸缩现象和绕组线圈振动频率均为电流的 2 倍,所以噪声频率也是电流的 2 倍,而铁芯的磁致伸缩现象不是线性变化,且磁通由铁芯不同部位经过整个框架的路程长度不一样,使得振动噪声频谱中同时存在基频和高次谐振频率。电抗器的噪声频率同样为电源频率两倍,且负载越大噪声值越大。上述两类低频噪声能够避开障碍物且能传播到较远距离,因此治理起来比较困难。通风风机设备的噪声主要是中高频率,波长短,衰减快,因此降噪相对简单。

1.3 变电站噪声危害

现有大量研究结果证明,当人长时间身处于噪声环境,身体健康会产生极大的损害,可出现头痛、听力下降、睡眠不良、记忆力降低、心率加快、食欲不振、视力减退等生理性损伤,乃至引起病理性损害,对听力系统、神经系统、内分泌系统、心血管系统、视觉器官、消化系统均有所影响。

对于值班人员则有着更大的危害,除了作业于变电站噪声环境中遭受的全身性伤害,还会干扰值班人员语言交流,降低工作效率,甚至造成意外事故,易对安全生产造成隐患。 

2 变电站降噪措施

变电站降噪主要从以下两个部分进行 :一是降低变压器本身的噪声 ;二是在周边布置阻断隔离噪声传播途径的措施。针对已选用或更换了低噪声设备,同时已实现了优良布局的变电站,可通过后者实现更完备的噪声治理。

2.1 基于噪声传播途径的降噪方式

2.1.1 隔声

隔声方式,指使用隔声屏、隔声罩或设立隔声室,阻断噪声在空气中的传播途径以进行噪声治理。

对于室外变电站,常用布置隔声屏的方式实现降噪,降噪量是由噪声在隔声屏上发生反射、透射、散射以及衍射等情况所决定,由相关研究可知,隔声屏能够实现 5~15dB 的噪音降低。

室内变电站除了采用本体与冷却装置分体布置等方式,阻断噪声传播途径也尤为重要。相比使用隔声屏,使用隔声罩或设立隔声室这两类途径全面封闭噪音产生设备,实现噪声治理,因此将变压器置于隔声室内能够实现更好的降噪结果。此外,变电站还常将隔音罩应用于通风风机的降噪等。

2.1.2 吸声

吸声方式,指采用合适材料或结构消耗噪音通过此材料的声能,完成降噪。经研究,穿过吸声材料后由介质损耗产生的降噪量约 3~8dB。

由于隔声方式反射噪声可能会造成噪声在某一方向的进一步叠加,同时噪声绕过隔声屏同样会对环境造成噪声污染,吸声材料通过摩擦释放热能等方式减弱噪音声波,会产生更好的噪声处理效果。

综合隔声和吸声方式,建设密闭的吸隔声室布置变压器,并使用由多孔板、吸声棉和钢板等材料组合制造的高强度吸声材料作为墙体,从噪声产生的源头采取措施,通过屏蔽、吸收双重方式削弱声波,是现如今变电站变压器降噪的主要措施之一。

2.1.3 消声

消声方式,指对于噪声传播空气管道,利用原理为铺设吸声材料及改变管道横截面等方式的消音设备降低、反射声波,达到排气管道内的降噪效果。对于传统风机的进气管道,通常采用通风消声百叶窗,其降噪量达 5~15dB ;对于传统出风管道辐射的噪声,使用消音器后降噪量可达 15~30dB。

此外,对于通风冷却风机,采用低噪声离心式箱体风机加消音箱的措施能够更有效地衰减噪声。而利用阻抗复合式消声器,结合了阻性式消声器利用吸声材料在通风管道内规律排列摩擦生热消耗噪声波和抗性式消声器通过截面突变进行声波频率筛选从而滤波的双重优势,实现对变压器和风机噪声传播途径阻碍的有效降噪。

2.1.4 隔振

隔振方式,指在易因振动而产生噪声的变压器、电抗器、通风风机等设施下,布置特殊的弹性设备实现振动缓冲。目前普遍采用的装置包括天然或人造橡胶隔振垫、金属弹簧隔振器、钢丝绳减振器以及近年来研发的高分子化合物粘弹性材料隔振器等。

2.2 隔音屏障工作原理

根据《声屏障设计与测量规范》HJ/T90-2004 的规定 :噪声源产生的噪声波在传播途径中遇到隔声屏障的阻碍后,主要会以以下三种方式发散 :绕过声屏障边缘继续向其后侧传播 ;直接穿过声屏障,但声波能量会大幅衰减 ;到达声屏障表面后直接反射。

针对已建成的大型露天变电站,布置隔声屏阻碍噪声声波传播途径得到了广泛应用。需要注意的是,隔声屏安装的地点和方式,隔声屏的结构、材料和大小,均需基于工程师对变电站整体噪声特性、噪声分布及变电站结构的实地监测与分析获得。此外,这一方法对波长较短的中高频噪声更为适宜,可实现 10~15dB 降噪量。

2.3 吸声材料

吸声材料类型众多,各类型材质拥有其特定功能,基于变电站噪声特性与环境条件,现如今得到广泛应用的传统吸声材料包括多孔结构及共振结构吸声材料两大类。

当噪声传播至多孔吸声材料,部分到达结构外侧即被反射,部分经表面细孔进入内部,之后由于在孔间缝隙的传递摩擦和磁滞阻力作用而衰减,声能转化为热能而被吸收消耗。

其中,铝纤维材料吸声板厚度小,质轻,后背壁面存在空腔组成的吸声结构,结构简单且耐用。聚酯纤维吸声棉在噪音声波入射时,无机填充物与基体虽复合但应对能力相异,二者摩擦消耗能量,吸声性能优良且防水防潮。陶瓷纤维板质地坚硬,强度高,高温环境下特性依旧稳定。而共振吸声材料是当噪声声波频率与共振结构自振频率一致造成共振现象,产生能量损耗来降噪,其强度高、声学性能易于控制。多孔结构在中高频率范围的降噪效果较好,而对于中低频率范围噪声则为共振结构效果较好。此外,各类型材料对外界环境的要求各异,在变电站室内对散热或防火性能要求更高,室外则要求应对各类恶劣天气条件的性能更佳,同时还需考虑环保等要求。

3 总结与展望

变电站作为我国电网重要组成部分,其降噪技术研究不仅针对变电站值班人员及周边群众的身体健康,保证值班人员可以身处适宜的作业条件,周边群众可以维持正常的生产生活,还能够间接维护社会和谐稳定,保证电网正常发展建设。

而为了实现更好的降噪效果并降低变电站降噪成本,以下问题依旧是值得被研究的方向。

(1)进一步提升降噪材料性能。变电站噪声处理材料的可选类型众多,这些材料各自特性不同,但不能保证满足各特征应用环境的需求,依旧存在强度不足、高温环境下性能不佳的问题。如何弥补材料自身缺陷或研发新材料以满足变电站的降噪需求依旧是研究的方向。

(2)降噪材料选择废弃资源再利用。在国家高度重视可持续发展的大环境与要求下,工业废弃材料是否可再利用于变电站降噪材料的制造中成为了现今许多研究人员的研究方向。工业固体废弃物再生产可以更好的实现废弃资源的二次利用,从而避免二次污染或废物堆积以及处理后引起的不必要的环境污染。

参考文献

[1] 赵发平 , 李婷 , 寇晓扩 . 综合变电站的噪音处理方法 [J].建材与装饰 ,2017(51):254-255.

[2] 张静 , 孙敬科 . 浅谈降低 110kV 城市非户内变电站噪音设计 [J]. 电子制作 ,2014(22):90.

[3] 王娜 , 张珂 . 变电站内噪声的危害及防治 [J]. 中国电力教育 ,2010(S1):347-348.

[4] 尚德 , 李晓芳 , 张嵩阳 . 变电站噪音污染及其控制简析 [J].建材与装饰 ,2018(02):232-233.