浅析城市户内变电站降低噪声设计方案优化

曹效义



浅析城市户内变电站降低噪声设计方案优化

曹效义

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，呼和浩特 010020）

本文简述城市户内电站产生噪声特点，分析控制噪声基本原理和方法，提出城市户内变电站降低噪声设计方案，从声源控制、传声途径控制、选择低噪声设备、合理采用建筑物隔声、吸声设计、环境污染及防护等几个方面综合进行考，优化了户内变电站降低噪声设计综合技术经济方案，有效地控制噪声对环境污染的影响，提高人居环境的健康。

噪声；变电站；降噪；方案优化

噪声是不和谐烦扰的声音总称，也是四大公害之一[1-4]。噪声声波是刺激引起的感觉公害，这与大气污染和水质污染及固体废物的物质公害不同，其引起的烦恼主要是主观的、感情的、精神的东西，现代医学已经证明，噪声不仅危害人体健康，还严重影响人们的正常生活和工作。噪声占公害的比例日趋增长，公众的抱怨指责日趋严厉，居民投诉事件越来越多[5]。随着城市化进程的加快，城市中心变电站数量增多及人们的环保意识提升，环境噪声污染也日益成为干扰人们正常学习和生活的重要问题之一，控制噪声污染已成为现代社会发展中亟待重视和解决的问题。

本文结合呼和浩特海亮户内110kV变电站的降低噪声设计方案实施及效果，分析了城市户内变电站降噪隔声的设计方案，方案优化充分考虑成本和效益的前提下，既降低了噪声的影响，也实现了降噪隔声达标，最终达到人居环境的安全与电力建设的和谐发展。

1 呼和浩特海亮户内110kV变电站工程简介

变电站远景规划建设2台63MVA三相双绕组有载调压主变压器，全站按110kV、10kV两个电压设置，110kV规划出线2回，采用内桥接线，采用户内SF6GIS组合电器；10kV规划出线20回，采用单母线分段接线，采用金属铠装中置式手车开关柜，本期按远景规划一次建成。

海亮变电站位于呼和浩特市繁华商业区境内。站址距北侧海亮广场约1.0km，距东侧锡林郭勒南路约200m，距南侧大学西街约300m，距西侧青城公园约200m。变电站综合建筑边界西侧约34m、南侧约30m位置均为居民楼，北侧距高档酒店（香格里拉酒店）约100m，东侧距少年宫约28m。

根据变电站周围所处的地理环境按全户内二层结构综合建筑物布置，变电站平面布置呈矩形，东西长69.8m，南北宽45m，围墙内面积3141m2，进站大门在站区东北侧。主变压器、电容器布置在建筑物内一层东侧；10kV配电装置布置在建筑物内一层内西侧；110kV GIS和电气二次设备室和相关功能房间布置在建筑内二层。

为了减少变电站噪声对周围居民的影响，尽量压缩综合建筑物面积，同时，采取主变室内部加装吸声板；通风采用消声百叶窗吸声；墙上轴流风机安装消声器消声；主设备选择低噪声主变压器和低噪声的通风机械，采用自然通风等措施，力争在降噪分项工程实施过程中一次性完成，达到国家Ⅰ类地区标准（即厂界白天小于55dB，晚上小于45dB）[6-7]。

2 变电站产生噪声的分析

2.1 变电站噪声的来源

变电站产生噪声源：①主设备和附属设备本体；②散热通风设备产生的；③工艺设施连接产生非连续振动噪声，具体如下：

主变压器（电抗器）等设备运行中铁心磁滞伸缩[7-8]，线圈电磁作用振动等产生的噪声和冷却装置运转时产生的噪声。

高压母线和部分电器设备电晕放电声产生的噪声。

主变压器室和高压配电室通风机开起时运转声产生的噪声。

断路器分合闸操作及其各类操作机构储能电机运转时的声音产生的间断噪声。

2.2 海亮110kV变电站产生噪声的特点

1）主要噪声源来自主变压器本体及其冷却系统产生的电磁性、机械性和空气动力性噪声，属于频发噪声。

据相关文献变压器噪声主要是由其铁心硅钢片的磁滞伸缩振动和磁动态振动引起的电磁性噪声，其频谱峰值一般在100～500Hz[5]，以中低频为主，具有穿透力强、传播距离远、衰减慢的特点，满负荷运行时一般噪声级水平较高，可达到70dB以上。

2）通风设备，风冷机械噪声一般为机械性和空气动力性噪声，对噪声值贡献最大的频率是1000Hz和2000Hz[8]，属于中高频噪声，运行时噪声在70dB以上。

3）二次设备室空调设备室外机噪声，一般以进、排风口的空气动力性噪声为最强，其频带较宽，指向性强，其次压缩机无规则启停的噪声，运行时噪声在70dB以上。

3 变电站降低噪声设计方案

3.1 变电站降低噪声的设想

从噪声的危害来看，安静环境中约30dB以上的声音就是噪声，超过50dB就影响人的睡眠和休息，90dB就伤害人的听觉。控制噪声是一个系统工程，随着全民环保意识的增强，控制和防治噪声工作尤为重要，就产生噪声的机理分析，有些是无法避免和根治的，就必须控防结合，以控为主。

目前，降低噪声分有三步，即降低声源辐射、控制传播途径、保护接受者。前两步为主要步骤，第三步工程中难度比较大，因为受限于种种条件，保护接受者投资规模太大，改变保护接受者几乎无可能，所以只能选择降低声源辐射和控制传播途径这两个合理有效的步骤来控制。

降低主变压器产生噪声源是最有效、最彻底的主动控制方法，但难度大[8]，主要受设备制造工艺和材料限制，且成本昂贵，只能在有限的范围进行。控制噪声传播途径，采取吸声、消声、隔声等新技术降低变电站噪声是行之有效的方法。

根据呼和浩特海亮户内110kV变电站站址所处的地理位置及四周环境，按照《工业企业厂界环境噪声排放标准》（见表1）噪声排放限值要求，设计分别按Ⅰ类和Ⅱ类地区标准进行设计方案对比论证，考虑到实际情况，并兼顾综合经济效益和环境质量，使海亮户内110kV变电站噪声水平确保达到国家Ⅱ类地区标准，力争达到国家Ⅰ类地区标准，即“争Ⅰ保Ⅱ”。

表1 《工业企业厂界环境噪声排放标准》最高限值表

3.2 变电站降低噪声的具体方案

针对海亮110kV变电站的具体情况设计按照“争Ⅰ保Ⅱ”的设想采用以下两个方案。

1）方案一：A方案主变与散热器不分体，环境按准国家Ⅰ类地区标准考虑；B方案主变与散热器不分体，环境按准国家Ⅱ类地区标准考虑。

2）方案二：A方案主变与散热器分体，环境按准国家Ⅰ类地区标准考虑；B方案主变与散热器分体，环境按准国家Ⅱ类地区标准考虑。

以上2个方案中组合成4个小方案，其主要区别主变与散热器分体与一体区别，就变压器本体来说散热器分体比一体贵2.5万元，在此不再赘述，本文主要阐述环境噪声按准国家Ⅰ类和Ⅱ类地区标准的区别。

1）两个方案对主要设备噪声源控制是一样的，主变压器采用自然油循环自冷低噪声变压器。

经咨询相关变压器厂，从变压器制造技术、工艺、材料方面来分析，降低噪声主要措施：

（1）降低磁密，采用优质硅钢片。

（2）铁心采用六级接缝工艺连接。

（3）优化线圈绕制和压紧工艺。

（4）器身和油箱增加隔震装置。

（5）风冷变压器，风机采用低噪声产品。

（6）加大产品重量，在油箱加强铁中灌沙子。

（7）增加减震垫。

从成本经济上分析，按照变压器的声级水平基本JB/T 10088规定，国家标准110kV容量为63MVA主变压器噪声水平要求为65dB，如噪声水平降为60dB，需增加成本12万元；如噪声水平降为55dB，需增加成本30万元；如噪声水平降为50dB，需增加成本60万元，如噪声水平降到50dB以下就不划算且制造非常困难。

按照2013年国家标准变压器行业价格为225万元/台，海亮110kV变电站选用低噪声（达到53dB）变压器中标价格为270万元/台，低噪声变压器比标准变压器需增加45万元/台，选用低噪声变压器比国家标准变压器增加制造成本为20%。就变压器控制噪声源来看经济上不太乐观，在变压器安装地点采取相应的降噪措施更合适。

2）从传播途径方面来分析，选用新型（新技术、新设备、新工艺、新材料）环保型产品更为合适。针对海亮110kV变电站控制传播途径方面，设计提出以下两个方案。

（1）方案一：主变与散热器不分体，环境按国家Ⅰ类地区标准考虑（见表2）。具体措施如下。

表2 方案一（主变本体与散热器不分体，按环境Ⅰ类标准）概算表

注：以上概算单中包含主要设备及外购辅材的安装。

①主变压器室三面墙体安装迷宫型双层吸声墙板，安装高度12m，风机房三面墙安装单层填棉吸声墙板，80mm厚，吸声≥8dB。

②主变压器正面安装拆装泄压墙7000mm（宽）× 8000mm（高），泄压墙模块板100mm厚，每平方米板的质量＜60kg，有效隔声≥25dB。

③泄压墙2000mm以下安装双开检修小门。

④泄压墙大梁地下层，开二个1200mm（宽）× 3000mm（长）×1500mm（深）的地下进风井，并主变室屋顶安装通风消声百叶窗进风。

⑤每个主变风机房安装2台离心风机，2台阻抗式消声器，2台静压箱（380V，25000m3/s风量，1个电动风阀约（3500mm×2000mm或4000mm× 1800mm），主变室安装一个温控探测仪和一个温控箱。

（2）方案二：主变与散热器分体，环境按国家Ⅱ类地区标准考虑（见表3）。具体措施如下：

主变压器选择本体与散热器分体，相对方案一综合建筑中增加一个散热器室，这样增加一些辅助设施，主变室体积减少，增加2个通风消声百叶窗，厚400mm。

散热器室正立面墙安装通风百叶窗和一个双开检修小门（100mm或240mm厚）；主变室与散热室墙体安装一个联动风阀（3000mm×1500mm高），2台轴流风机离心风机（380V，25000m3/s风量），1个温控探测仪和一个温控箱。相对方案一取消隔声门和钢格栅及相应的辅助设施。

表3 方案二（主变本体与散热器分体，按环境Ⅱ类标准）概算表

注：以上概算单中包含主要设备及外购辅材的安装。

表4 两个方案综合技术经济比较表

注：以上概算中是单台主变压器数值。

通过以上两个方案降噪方案技术经济分析来看，各有优缺点。呼和浩特海亮户内110kV变电站降噪最终方案采用组合方案，即主变压器选用主变本体与散热器一体低噪声变压器（噪声要求达到了小于53dB）[9-10]；综合建筑物中主变室内部加装吸收噪声和隔声装置；主变压器室采用自然通风；通风采用消声百叶窗；墙上轴流风机安装消声器消声；取消强排风风机系统；环境噪声按准国家Ⅰ类地区标准，最终一台主变的降噪投资相对增加费用为81.4万元（含主变本体低噪声增加费用）。

通过噪声预测在该变电站2台主变压器均满负荷运行后，厂界只有综合楼墙体隔声情况下进行预测计算时，预测结果为：变电站四周厂界处噪声值均小于45dB(A)，满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》中1类标准（昼间55dB(A)、夜间45dB(A)）。

噪声预测等值线预测如图1所示。

图1 噪声预测等值线预测

2015年12月投产后，环保部门验收时噪声指标均达到要求值，变压器室内监测点噪声监测值为49.0dB(A)，综合楼室外监测点噪声监测值为45.2dB(A)。厂界处监测点噪声监测值为45.4dB(A)，厂界噪声满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》Ⅱ类标准要求。经分析厂界噪声不满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》Ⅰ类标准是由于变电站位于繁华商业区，且东侧距离锡林南路约200m，南侧距大学西街约300m，超标主要原因可能是交通噪声影响。

4 变电站降低噪声设计方案优化

随着城市用电负荷不断增加，有些变电站不得不建设在城市中心，噪声问题日显突出，城市变电站降低噪声设计方案优化尤为重要，应从工程设计、施工、环保监测等综合考虑。对新建城市变电站在规划选址、设备设计选型、站区平面布置、建筑物布局科学安排，同时，拓展多方案组合的设计思路。

目前，国家非常重视噪声污染，相继出台了环境防治噪声的一系列法规、标准、政策，这些对工程建设和设计提出了更高更严的要求。城市变电站降低噪声设计方案优化应考虑以下几点。

1）优化总平面布置，按全户内变电站设计，把产生噪声设备布置在户内，减少噪声源的辐射。

2）电气设备选择低噪声设备，在编制设备招标技术规范时，明确规定最低噪声的限值。

3）明确设备安装及连接的隔声措施设计说明，并制定标准工艺设计方案。

4）综合建筑物设计时充分考虑朝向，将产生噪声的设备间布置在环境非敏感区方向或保持足够距离，减小噪声影响范围，同时，还要考虑吸声、隔声、削声等降噪的措施可实施性。

5）大胆采用新技术、新设备、新工艺、新材料的环保方案应用。

6）针对具体工程，优化降低噪声设计组合方案，并进行多方案比较论证。

7）按照《工业企业厂界环境噪声排放标准》噪声排放限值要求，在环境敏感地区相对提高一级环境类别标准。

针对海亮户内110kV变电站的特点及以上分析，本工程降低噪声设计方案：①优化了总平面布置将主压器布置在站区非敏感区的东南角；②将综合楼紧凑压缩，同时在主变间加装了新型材料的迷宫型双层吸声墙板、泄压墙和通风消声百叶窗； ③主变风机房安装阻抗式消声器；④主要电气设备选择低噪声设备，特别是主变压器编制招标技术规范时，明确规定最低噪声（53dB）的限值；⑤编制了设备安装及连接的隔声措施设计说明，并制定施工标准工艺设计方案；⑥建议将通透性栅栏围墙改为墙体及墙体表面采用吸声材料好的实体围墙。

5 结论

本文通过对呼和浩特海亮户内110kV变电站的降低噪声设计方案实施和效果分析，提出了城市户内变电站降噪隔声的组合设计方案。根据噪声特点结合变电站运行中电气设备、土建等方面遇到的问题，分析了噪声对周围环境的影响，选用低噪声主设备，采取主变室内部吸声，主变室门隔声，消声百叶窗通风吸声，同时选用低噪声的通风机械，降噪分项工程实施过程中一次性完成，实现了声环境指标的达标，最终达到人居环境的安全与电力建设的和谐发展，建设环境友好型社会。

按照《工业企业厂界环境噪声排放标准》噪声排放限值要求，今后在城市变电站的设计中应从选址、站区总平面布置、设备选择、土建等方面综合考虑，针对具体工程具体问题具体分析，优化降低噪声设计组合方案，为了更有效解决变电站的噪声问题，建议在环境敏感地区，设计按照《工业企业厂界环境噪声排放标准》噪声排放限值要求，相对提高一级环境类别标准。

[1] 中华人民共和国环境保护法[M]. 中国法制出版社, 2014.

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Analysis on the optimization of urban design of indoor substations to reduce noise

Cao Xiaoyi

(Inner Mongolia Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd, Hohhot 010020)

Briefly city households within power station produced noise features, analysis control noise principle and method, proposed city households within substation reduced noise design programme, from source control, and biography sound way control, and select low noise equipment, and reasonable used buildings across sound, and sucking sound design, and pollution and the protection, several aspects integrated for test, optimization has households within substation reduced noise design integrated technology economic programme, effective to control noise on pollution of effect, improve people home environment of health.

noise; transformer substation; noise reduction; optimization

2017-11-15

曹效义（1966-），男，内蒙古人，高级工程师、国家注册电气工程师，主要现从事电力设计工作。