户外变电站噪声治理措施研究

殷晓红,佟 瑶,张 亮,张金丽,沈军海

(1.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030;2.佳达环保工程公司,江苏 宜兴 214200)



户外变电站噪声治理措施研究

殷晓红1,佟 瑶1,张 亮1,张金丽1,沈军海2

(1.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030;2.佳达环保工程公司,江苏 宜兴 214200)

为了解决声环境功能区区划升级后变电站厂界噪声未达标问题,笔者根据变电站噪声治理前噪声检测数据,分析了户外变电站背景噪声、站内噪声、厂界噪声存在超标问题的原因,提出了采用吸隔声屏障来控制噪声传播途径的降噪方法。实践应用表明:户外变电站加装隔声屏障后,变电站厂界噪声平均降噪量可达到7 dB(A),低于国家标准规定的环境噪声限值。

户外变电站;厂界噪声;吸隔声屏障;降噪措施

目前,随着城市建设工程的不断加快,城市区域的供电需求不断增加,110 kV、220 kV以及500 kV高压输变电工程已深入到人口密集的城市中心地区,然而变电站却被各类建筑物所包围,出现了变电站厂界噪声超标的现象,对周围居民生活影响很大,不断发生居民投诉事件。对此,本文根据吸隔声原理,分析了某110 kV户外变电站站内、周界昼间、夜间噪声检测数据,提出了采用吸隔声屏障控制噪声传播途径的变电站周界噪声治理方案,设计了吸隔声屏障,并应用于变电站噪声治理。经测试,吸隔声屏障治理变电站周界噪声效果良好,平均降噪量达到7 dB(A)。

1 变电站噪声治理前噪声检测与分析

某110 kV户外变电站于1966年投入运行,1995年4月进行了升级改造,现有两台SFZ7-31500/110型主变压器,是所在地区企业生产及居民生活用电的重要供电电源。该变电站原处于郊区,周围为低矮平房,东侧紧邻某机械厂,西侧50 m为二级公路,该地区当属于4类声环境功能区(环境噪声限值:昼间70 dB(A),夜间55 dB(A))。由于城市建设工程的扩展,旧房、危房的改造,2011年在变电站北侧20 m建成了居民小区(南侧20 m为在建高层住宅),造成了该地区环境功能区类别升级为1类声环境功能区(市环境监测中心站认定),超过了噪声限值(昼间55 dB(A),夜间45 dB(A))[1-2],并发生了居民投诉事件。该变电站周界环境、站内平面布置及噪声检测点布置,如图1所示。

1.1 变电站背景噪声检测

在该变电站停止运行状态下,对该变电站进行了变电站夜间背景噪声检测[3]。在变电站外北侧1 m处选择了1-4号测点(5号测点为居民楼前1 m处),噪声值为40.8～45.7dB(A)。按1类声环境功能区标准校核,测点3、4超标,噪声值分别为45.6 dB(A)、45.7 dB(A)。

图1 变电站周界环境、站内平面布置及噪声检测点布置图

1.2 站内噪声检测

在1号变压器停止运行、2号变压器运行、冷却设备停止运行的工况下,在2号变压器北侧、东侧3 m处(拟设吸隔声屏障处)共设20个测点,站内昼间噪声检测[3]结果为56.3～63.8 dB(A)。而110 kV级变压器出厂声级限值为62 dB(A),低噪声自冷式变压器小于55 dB(A),据此确认2号变压器声级存在噪声超标现象。

1.3 变电站厂界噪声检测

当该变电站1、2号主变、冷却设备同时运行的工况下,变电站厂界噪声最大。该变电站变压器通常运行方式为一台运行,另台一备用,2号主变较1号主变距变电站北侧居民楼较近,厂界噪声最大,所以选择了6种检测工况[3]:检测2号主变运行、1号主变停止运行、冷却器等不同状态工况下的变电站北侧厂界噪声,1号主变运行、2号主变停止运行的工况作为辅助检测工况。下面是6种检测工况下的检测结果。

工况1:1号主变停止运行,2号主变运行,冷却设备运行,变电站昼间厂界噪声为48.8～53.9 dB(A)。

工况2:1号主变停止运行,2号主变和冷却设备同时运行,变电站夜间厂界噪声为46.9～51.0 dB(A)。

工况3:1号主变停止运行,2号主变运行,冷却设备停止运行,变电站夜间厂界噪声为47.0～48.8 dB(A)。

工况4:1号主变停止运行,2号主变空载运行,冷却设备同时运行,变电站夜间厂界噪声为43.0～45.8 dB(A)。

工况5:1号主变、2号主变、冷却设备同时停止运行,变电站夜间背景噪声为40.8～43.8 dB(A)。

按声环境功能区为1类地区标准校核,工况1噪声无超标,工况2、工况3的5个噪声测点全部超标,工况4的噪声测点1、噪声测点2超标,分别为45.7 dB(A)、45.8 dB(A),工况5的测点不超标。综合上述检测结果,该变电站厂界噪声确实存在超标现象,若按1类声环境功能区标准校核,则超标较为严重;若按2类声环境功能区标准校核,也存在超标现象,则该变电站厂界噪声的治理势在必行。

工况6:1号主变运行,2号主变、冷却设备同时停止运行。在该工况下,当公路上无车行驶时,昼间噪声为45.2～51.6 dB(A),夜间噪声为42.5～49.3 dB(A);有车行驶时,昼间噪声为48.9～58.8 dB(A),夜间噪声为48.0～57.1 dB(A)。由此可见,车辆的行驶对该地区声环境造成了较大影响。

2 吸隔声屏障的设计原理

变电站厂界噪声治理主要有两种途径,一是控制噪声源,选用低噪声的主变压器和冷却设备等;二是控制传播途径,控制变电站距人们居住、活动、工作场所的距离,或加装隔声措施。对于已建成且稳定运行多年的变电站而言,更新低噪声设备和控制变电站与人们居住、活动、工作场所的距离相当困难,所以只好采取在主变周围加装隔声屏障的措施,对噪声进行隔声、吸声和消声处理。

2.1 声传播

声传播路径如图2所示。

图2 声传播路径

从图2可以看到,在噪声源S与受声点R之间设立声屏障后,噪声源发出的声波遇到声屏障时,将沿着三条路径传播[4]:一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点,其路径为A+B;一部分穿透声屏障到达受声点,其路径为d;另一部分在声屏障壁面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这三条路径传播的声能分配。

2.2 绕射

声波绕射路径如图3所示。

图3 声波绕射路径

由图3可知,声源越过声屏障顶端绕射到达受声点R的声能比没有屏障时的直达声能小。直达声与绕射声的声级之差,称之为绕射声衰减,其值用符号Ld表示,并随着Φ角的增大而增大。声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数,它是决定声屏障插入损失的主要物理量。

2.3 透射

透射是声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。声屏障隔声的能力用传声损失TL来评价。TL大,透射的声能小;TL小,则透射的声能大,透射的声能能减少声屏障的插入损失。透射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量,用符号ΔLt表示。通常在声学设计时,要求TL-Ld≥10 dB,此时透射的声能可以忽略不计,即Lt≈0。声屏障声学构件计权隔声量应小于25 dB。

2.4 反射

声波反射路径如图4所示。

图4 声波反射路径

从图4可以看到,当声源两侧均建有声屏障且与声屏障平行时,声波将在声屏障间多次反射,并越过声屏障顶端n绕射到受声点,会降低声屏障的插入损失。由反射声波引起的插入损失的降低量称为反射声修正量,用符号Lr表示。为减小反射声,一般在声屏障靠声源一侧附加吸声结构。反射声能的大小取决于吸声结构的吸声系数α,α是频率的函数,是评价声屏障的指标。

当然,由声源发出的声波遇到具有附加吸声结构的声屏障时也会被吸收,使声能降低。声型声屏障声学结构的吸声性能应适应声源的特性,其降噪系数应小于0.6,同时声屏障声学构件应具有防潮(水)的性能,在高湿度或淋雨水环境中其吸声性能不受影响。

3 吸隔声屏障设计

本文声屏障设计是将两台主变看做一个整体,采用靠近声源变压器的围设方式,由于受声点主要是变电站南北两侧的居民区,因此采用三面围设的方式,围设开口朝向变压器东侧的配电室,既能有效的降低厂界噪声,又能节约成本。考虑到北侧居民区已经入住,南侧高层建筑在建,作为一期工程,先行设立北侧+东侧(北半部)声屏障。

声屏障形式采用直板式[5],由基础、钢结构立柱、吸隔声屏体部分组成。为了保证声屏障与变电站进线的安全距离,将声屏障高度设计为8 m,进线处的声屏障高度缩减500 mm,使声屏障的最高点与进线弧垂高度间距达到1.8 m。

3.1 吸隔声屏体

吸隔声屏体采用镀铝锌金属吸隔声屏体,规格为2500 mm×500 mm×10 mm。面板、背板采用1.0 mm镀铝锌板,表面喷塑,既防腐又美观,避免了光污染。面板穿孔率为25%左右,屏体内侧填充40 kg离心玻璃棉,离心玻璃棉用无碱憎水玻璃布包裹,可避免吸声材料进水降低吸声效果。屏体具有耐候耐久性强、隔声量大、吸声系数高等特点。吸隔声屏障正立面如图5所示。

图5 吸隔声屏障正立面图

3.2 声屏障立柱设计

为保证声屏障的刚度和强度,立柱采用双H型钢制成[6]。柱间跨距为2.5 m,安装6个屏体。柱子和钢结构件全部热镀锌,防止锈蚀,同时对柱子和钢构件外表面喷塑处理。

3.3 声屏障基础的设计

该变电站所属地区为高寒地带,全年主导风向为西北风、北风,年平均风速为3.3 m/s,冬季平均风速为2.5 m/s。为了确保吸隔声屏障坚固,采用墩基础加连系梁结构[7-8],每个基础约3.6 m3。地下基础部分采用混凝土结构,充分考虑了高寒地区冻土层深度和土壤的冻胀特性。另外,在基础施工中严禁用机械大面积挖掘,浇筑基础后用土法施工回填,最大限度地保护基坑四周土体安定及地下管线安全。

4 噪声治理效果

在装设吸隔声屏障一期工程竣工后,再次对变电站厂界噪声进行了检测,测点布置同图1。

4.1 工况1

1号主变停运,2号主变运行,同1.3之工况1和工况3。昼间公路上无车行驶时厂界噪声均不超过55 dB(A);昼间公路上有车行驶时,距公路较远的4、5号测点分别为53.6 dB(A)、53.3 dB(A),距离公路较近的1号-3号测点则大于55 dB(A),但小于60 dB(A)。夜间公路上无车行驶时厂界噪声均小于45 dB(A),3号测点为41.6 dB(A);夜间公路上有车行驶时,1、4、5号测点厂界噪声不超过45 dB(A),2、3号测点厂界噪声略超过45 dB(A),最多超过1.5 dB(A)。与1.3工况3厂界噪声相比较,夜间公路上无车行驶时,1号测点厂界噪声由48.8 dB(A)降至40.1 dB(A),2号测点厂界噪声由47.0 dB(A)降至39.9 dB(A),3号测点厂界噪声由48.3 dB(A)降至41.6 dB(A),4号测点厂界噪声由48.1 dB(A)降至35.2 dB(A),声屏障的降噪效果极为明显。

4.2 工况2

1号主变运行,2号主变和冷却设备停运,同1.3之工况6。无论是公路上无车或有车行驶时,昼间厂界噪声均不超过55 dB(A),比未加装隔声屏障时各测点的噪声值均有所降低。夜间厂界噪声在公路上无车行驶时均小于45 dB(A),比未加装吸隔声屏障时降低0.5 dB(A)以上;公路上有车行驶时,车辆行驶噪声的影响较大,各测点噪声值虽然比未加装吸隔声屏障时有所降低,但仍大于45 dB(A)。

4.3 工况3

两台主变同时运行。夜间公路上无车行驶时,厂界噪声均小于45 dB(A);夜间公路上有车行驶时,4号测点厂界噪声为44.0 dB(A)、5号测点厂界噪声为43.8 dB(A),1号-3号测点厂界噪声大于45 dB(A),小于50 dB(A)。

4.4 检测结果分析

上述各工况检测结果表明:加装吸隔声屏障前,不同运行工况下厂界噪声有超标现象。加装吸隔声屏障后,在1号主变运行、2号主变、冷却设备同时停止运行且有车行驶工况下,厂界噪声(48.0～50 dB(A))略超标准限值(45 dB(A)),超标主要源于汽车噪声。其余工况下,昼间、夜间厂界噪声全部小于标准限值,厂界噪声得到了明显控制。

5 结 语

本文根据吸隔声原理提出的采用吸隔声屏障控制噪声传播途径的变电站周界噪声治理方案,并应用于户外变电站噪声治理。实践证明,吸隔声屏障是治理户外变电站厂界噪声极为有效的措施,平均降噪量可达到7 dB(A)以上,具有很大的推广意义。

[1] GB 3096-2008.声环境质量标准[S].北京:中国环境科学出版社,2008.

[2] GB 12348-2008.工业企业厂界噪声排放标准[S].北京:中国环境科学出版社,2008.

[3] GBJ 122-88.工业企业噪声测量规范 [S].北京:中国计划出版社,1988.

[4] 马大猷,现代声学理论基础[M].北京:科学出版社,2004.MA Dayou.Theoretical basis of modern acoustics[M].Beijing:Science Press,2004.

[5] GBJ 87-85.工业企业噪声控制设计规范 [S].北京:中国计划出版社,1985.

[6] GB 50017-2003.钢结构设计规范 [S].北京:中国计划出版社,2003.

[7] GBJ 50010-2010.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[8] GBJ 50007-2011.建筑地基基础设计规范 [S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

(责任编辑 侯世春)

Research on noise control measures for outdoor substations

YIN Xiaohong1, TONG Yao1, ZHANG Liang1, ZHANG Jinli1, SHEN Junhai2

(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China;2.Jiada Environmental Engineering Co.,Ltd., Yixing 214200, China)

In order to reduce the substation boundary noise to the standard after upgrading the division of the functional regions for sound environment, the author analyzed, according to the detection data before noise control in the substation, the reason for excessive background noise, indoor noise and boundary noise of outdoor substation, and proposed to reduce noise by sound insulation screen which controlled the transmission route of noise.The result shows that, in outdoor substation with sound insulation screen, boundary noise reduces by 7 dB (A), which is lower than the environmental noise limit specified in national standard.

outdoor substation;boundary noise;sound insulation screen;noise reduction measures

2016-02-29;

2016-05-26。

殷晓红(1965—),女,高级工程师,从事电网环境保护专业研究工作。

TM63

A

2095-6843(2016)05-0385-04