变电站噪声特性及降噪控制措施

邵宇鹰，张思平

（1.国网上海市电力公司，上海200122；2.上海神洁环保科技发展有限公司，上海201100）

0 引言

随着城市人民生活水平的不断提高，城市用电量逐年增加，许多大容量变电站陆续建设在居住小区内或建筑物中，因此变压器噪声问题日益突显。通过对上海地区66座不同等级变电站的现场噪声测试发现，6座500kV变电站18台主变噪声值在67.6～84.1dB（A），其中噪声值为70.0～80.0dB（A）的主变占83.3%；220、110、35kV变电站的主变噪声值为60.0～75.0dB（A），分别占测试主变台数的69.4%，78.8%和70.9%［1］。

这些数据表明，在上海地区变压器噪声问题是比较严重的，很难达到GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》中，对居民区昼间噪声值低于55dB（A）、夜间噪声值低于45dB（A）的要求。由于变压器噪声不但污染环境，危害人类健康，还会影响设备的正常运行。因此，分析变配电设备产生噪声的根源，采取相应的降噪措施就显得越来越重要。本文以厦门站为例，利用开发的声全息技术快速准确地识别噪声源，通过对噪声源及传播路径的改善，来降低变配电设备的噪声量级。

1 变电站噪声的来源

变电站的噪声主要来自于变压器本体：铁芯硅钢片通过磁通时因磁致伸缩而产生的振动；通过铁芯接缝及片间的磁通而产生的振动；电流流过线圈产生的电磁力作用于油箱壁、磁屏蔽以及绕组本身等的振动。

近年来，由于铁芯叠积方式的改进和心柱及铁轭都用环氧玻璃丝粘带绑扎，而硅钢片接缝处和叠片之间的电磁吸引力引起的铁芯振动，比硅钢片磁致伸缩引起的铁芯振动要小得多，可以忽略。因此，铁芯的振动可以看作完全是由硅钢片的磁致伸缩引起的［2］。

2 变电站噪声特性测试分析

为了准确定位变电站内部噪声到周围环境的传播特性，以便对传播进行控制进而实现降噪的目的，以厦门站为例进行了噪声传播特性的测试分析。

本次测试在傅里叶变换（FFT）分析的基础上进行声强及其频谱分析。选择变压器周围靠近外墙（装有散热窗的那一面）作为噪声源位置；在变电站周围选择4个可能的降噪薄弱区域（声压级较高的）布置传声器测点（见图1），通过测量源和传播测试点位处的噪声频谱，获取变压器噪声到周围环境的传播特性。

图1 传声器测点布置

选用OROS38 32通道振动噪声分析仪，每次选择一组（源＋传播特性测试点位），通过2只1／4英寸麦克风记录时域数据的同时进行FFT分析，采样率选择12.8kSa／s，每组记录时间为30s，分析取稳定段（环境噪声影响较弱的部分）。因为采取的是针对同一源位置进行的分组测试，首先需要检查4组测试中源位置的FFT分析结果是否一致，以确定测试有效性。4组测试中源位置的FFT图谱如图2所示。

图2 4组测试中源位置的FFT图谱

由图2可知，4组测试中源位置采集的噪声信号在主要频率成分分布和幅值上均没有变化，确保了测试有效性。变电站内噪声信号的主要频率成分集中在100、200、300Hz和600Hz。4个测试点的FFT图谱如图3所示。

图3 4个测试点的FFT图谱

通过对各组数据的分析发现，测点1为墙体，在变压器关键频率处的噪声级整体有衰减，在300、600Hz处尤为明显，分别达到23.1dB（A）和25.9dB（A），而测点2，3，4为百叶窗，其衰减幅度较小，约为5～10dB（A）。这说明变压器的噪声是以声波的形式向外发射，由于墙体的隔音效果较好，室内噪声主要通过通风变电站大门、百叶窗等隔音薄弱区域对外传播，所以对变电站大门方向的敏感点影响较大。

3 变配电设备降噪措施

噪声对环境的污染有3个要素：噪声源、传播途径和接受者，三者缺一不可。因此，在噪声治理中主要是对其中一个要素或多个要素采取切实有效的措施。考虑到可行性和经济性，对所有接受者采取防护措施的方法并不现实，因此变电站噪声治理主要从噪声源降噪和阻断传播途径两方面进行。

3.1 噪声源降噪

变压器噪声的大小直接取决于铁芯所用硅钢片磁致伸缩的大小，磁致伸缩越大，噪声水平越高。因此，对降低变压器噪声最根本、最有效的方法，就是控制和减小硅钢片的磁致伸缩。对变压器本体的降噪措施主要有以下几方面［3］。

1）选用磁致伸缩小的优质硅钢片。

2）降低铁芯的磁通密度。

3）采用全斜交错接缝的铁芯结构。

4）增大铁轭面积以减少铁轭中的磁通密度。

5）增加铁芯接缝。

6）控制铁芯夹紧力。

7）在铁芯垫脚与箱底之间放置减振橡胶。

降低变压器本身的噪声是最有效、最彻底的控制手段，但变压器制造成本会大幅提高，且改造期间还需停电，会带来极大的不便。

3.2 阻断传播途径

对于已建成变电站的噪声治理，目前主要采取的措施是阻断噪声源的传播途径以降低变电站噪声对周边环境的影响。

1）隔声 隔绝噪声往往采用木板、金属板、墙体等固体介质，以阻挡并减弱空气中声波的传播，这些专门用来隔绝声波的固体介质称为隔声材料。在噪声治理工程中，为了提高隔声效果，常将隔声材料与其他声学材料如吸声材料、阻尼材料或空气层复合在一起组成隔声构件。对于四周封闭、顶部开放的变压器，将变压器四周的门由普通门改为隔声门，或者用隔声壁将整个油箱遮蔽起来。隔声板可用钢板或者混凝土板制成。但隔声技术由于受现场环境影响，往往降噪效果不太明显。

2）壁面吸声 利用吸声处理在噪声传播途径上进行控制，是一种常用而且有效的方法。当室内声源发出的声音遇到墙面、顶棚、地坪及其他物体表面时，都会发生反射现象。声波在传播过程中遇到各种材料时，都会发生一部分声能被反射，一部分声能向材料内部传播并被吸收，一部分声能透过材料在向外传播。通过在变电站墙面装设吸声材料，以增加墙面的吸声系数，可降低6～8dB（A）的混响声。但这种技术往往所需的工程量比较大。

3）隔声罩 在变压器本体外建隔声间或隔声罩，可以有效地减少噪声的外传。隔声罩做成双层壳，内层采用吸声防护板，外层采用隔声彩钢板，两层护板间填以消声材料。隔声罩固定在变压器基础上，罩壁与变压器导管之间的空隙要垫以软橡胶之类的密封材料，以防止漏声［4］。但是采用隔音罩治理技术要考虑隔音罩内变压器的散热、设备操作、巡视检修方便等诸多问题。

4）阻性消声技术 由于风道承担着变电站室内通风散热的重任，不能简单采取密封等隔声措施，否则会造成室内温度升高危及变压器的安全运行［5］。因此，为了既要控制风道口的噪声扩散，又要保证风道口的散热性能不受影响，只有采取在出入风口装阻性消声器的方法。阻性消声器是利用多孔性吸声材料来降低噪声的，当声波在多孔材料中传播时，一部分声能因摩擦转化为热能而耗散掉，从而使通过消声器的声波减弱。

5）有源消声法 它是在噪声源附近（通常离变压器1m以内）放置若干个噪声发生器，通过控制系统使它们分别产生与变压器的基频噪声及各高频噪声幅值相反的噪声，通过互相抵消使变压器发出的噪声受到抑制和衰减［6］。与传统的无源降噪方法相比，有源噪声控制系统理论上的消声量可以达到很高，但在实际应用中需要复杂的控制系统，这在软、硬件方面都存在很大困难，另外有源控制系统中采用的电子设备价格也过于昂贵。

4 结语

1）变电站的噪声治理应该根据噪声特性、变电站结构、周围敏感点等具体情况，采用不同的治理技术。

2）本文通过对厦门站周围噪声特性的测试分析，确定了噪声的主要传播途径，并从理论上提出一些变电站的降噪措施。但是具体改造方案应根据现场环境选择合适的降噪组合，通过计算噪声消减量等参数，评估改造方案效果。

［1］吕敬友，黄玉，池爱平.变电站噪声对环境的影响与防治措施［J］.电力与能源，2011，32（2）：162－164.

［2］董志刚.变压器的噪声［J］.变压器.1995，（11）：27－31.

［3］李亚晶.变压器的噪声及控制措施［C］.2007年云南电力装备制造业振兴与创新论坛论文集，2008.

［4］乔静.户内变电站主变压器降噪和通风分析［J］.电力环境保护，2006，22（3）：49－51.

［5］陈秋，李振海.变电站噪声防治方案研究［J］.城市建设理论研究，2011（23）：78－81.

［6］周建国，李莉华.变电站、换流站和输电线路噪声及其治理技术［J］.中国电力，2009，42（3）：75－78.