城区典型变电站噪声预测及治理措施研究

陈晓琳，张 明，张体强，陈 笠

(1.四川电力设计咨询有限责任公司,成都 610041；2.国网四川省电力公司资阳供电公司，四川 资阳 641300)

前 言

随着经济的快速发展，城镇用电大幅增加，为缓解电力紧张，一些变电站不得不建设在人口稠密区；与此同时，随着我国城镇化步伐加快，一些原本远离居民区的城郊变电站逐步被居民包围。变电站噪声也逐渐受到公众、建设单位和环保部门的关注和重视，成为亟待解决的环境问题[1～4]。变电站噪声预测研究主要集中在户外变电站[5～7]，对户内变电站研究较少。

城区变电站一般采用户内布置，以成都城区某220kV户内变电站为例，利用Cadna/A软件对其站界噪声进行了模拟预测，结合预测结果和厂界噪声标准，提出合理的噪声治理措施。

1 城区变电站噪声源特性

城区变电站一般采用户内布置，噪声源主要有两大类：一是电气设备产生的噪声，二是通风散热设备的噪声，包括用于电气设备功能用房的通风散热的风机，如主变室、电抗室、GIS室、电容室等；主控室等工作用房的空调外机；以及主变散热器辐射噪声。城区变电站噪声传播的主要途径见图1。

图1 城区变电站噪声传播的主要途径

其中，影响最大的主要是主变、电抗器、电容器、GIS产生的噪声和风机、空调外机产生的噪声。

2 工程概况

成都城区某220kV户内变电站为典型的全户内变电站，围墙高2.3m。整个变电站由1栋配电综合楼组成，变电站布局图见图2。变电站通风系统采用自然通风和机械排风相结合的通风方式。站区西侧为创业及专家公寓，西北侧为低矮砖瓦房。变电站站界噪声执行《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348-2008)2类标准。

图2 城区典型220kV户内变电站总平面布置

3 噪声预测

3.1 预测参数选取

城区典型220kV变电站主要的设备噪声有：主变压器噪声、电抗器噪声、GIS噪声、通风风机噪声、电容噪声等。变电站对外辐射噪声的主要来源有变压器通过结构壁面往外辐射的噪声、电抗器往外辐射的噪声、各排风风机辐射噪声、风机在各功能用房中的混响声能通过进风百叶往外的噪声。另外GIS本身噪声并不高，但外墙面有较大面积的进风百叶，因此也有一定的噪声贡献。主变压器采用自然油循环自冷方式，其散热器由于采用自然油循环自冷方式散热，噪声级很低，其影响不予以考虑。主要电气设备的声功率级见表l，主要风机和空调的声功率级见表2。其中，主变室中的噪声以主变为主，其余功能用房的噪声以风机噪声为主。

表2 主要风机和空调的声功率级

变电站噪声预测时不考虑地面吸收及绿化树木的屏障衰减，也不考虑地形的衰减影响，因此，运用Cadna/A噪声预测软件按照表1和表2中的声源源强大小对变电站站界噪声建立三维仿真模型。站区西侧为创业及专家公寓，西北侧为低矮砖瓦房。鉴于其余侧尚未规划，为了保守反映变电站建成后的噪声影响，本次预测假设四周站界200m范围内均有噪声保护目标分布，站界四周噪声预测高度为围墙外1m、围墙上方0.5m。

表1 主要电气设备的声功率级

3.2 未采取降噪措施时的噪声预测结果

未采取降噪措施即变压器安装通道通孔预留(7m×10m)、加气混凝土外墙经双面2cm抹灰处理、所有进风百叶未做消声处理、外墙窗体采用普通平开窗、电抗器室采用普通钢门、电抗器室和变压器室壁面不经吸声处理、所有风机未经消声处理。城区典型220kV户内变电站未采取降噪措施时的噪声等值线图见图3，预测值见表3。

表3 城区典型220kV户内变电站未采取降噪措施时噪声预测值

图3 变电站未采取降噪措施时的噪声预测等值线图

由图3、表3可知，变电站四周围墙外1m、围墙上方0.5m处噪声预测结果均超过《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)2类标准(夜间50dB(A))的要求，其中靠近东侧围墙外噪声超标最严重。

3.3 采取的噪声治理措施

根据噪声源分析，风机和主变、电抗是最主要的噪声源，要使变电站厂界排放的噪声达到2类标准限值，需要对主变、电抗、风机进行相应的降噪处理。噪声的降低通常包括3个方面的措施：一是从声源上降低噪声；二是在传播路径上采取措施，包括吸声、隔声、声屏障等；三是在接收点处采取防护措施[4]。本文着重在前两个方面进行优化的研究。

3.3.1 声源优化措施

3.3.1.1 主变和电抗设备噪声的优化

典型户内变电站设计选用的电气设备噪声限值见表4。和国标限值相比，设计选用的电气设备噪声均低于国标限值，选用的主变经过一定的优化设计，显著低于标准限值。

表4 电气设备噪声限值

3.3.1.2 风机设备噪声的优化

根据变电站设计阶段计算得到风机的比A声级与国标限值比较可以判断风机噪声是否有优化的可能。变电站选用风机的比A声级见表5。结果表明：设计选用的风机的比A声级较低，和国标《工业通风机 噪声限值》(JB/T 8690-1998)中的规定值相比，轴流风机的比A声级低10dB，离心风机箱达标，表明设计选用的风机经过较好的优化设计，噪声值较低。由于风机叶片在实际安装过程中的不平顺容易引起噪声，提高辐射噪声级，根据设计方的建议，预测计算中对实际风机噪声级在设计值的基础上增加5dB，预测计算中采用的风机比A声级均低于国标限值，但优化程度较低，进一步降低风机噪声的余地较大，这与沈彬的研究结论相似[8]。

表5 城区典型220kV户内变电站所选用风机的比A声级

综上所述，设计中所采用的电气设备和通风设备的噪声水平均低于或显著低于相应的标准限值，采用了低噪声的设备，基本从声源上进行了优化控制。

3.3.2 传播途径优化措施

3.3.2.1 主变大门的隔声措施

典型城区户内变电站主变室外墙面需要预留约7.0m×10.0m的大门门洞，应采用易于拼装拆卸的轻质壁板结构，在壁板结构上设置常规尺寸的人员进出门。主变大门壁板结构的隔声量指标为25dB，主变大门壁板的优化结构为0.8mm钢板+25mm厚150kg/m3容重岩棉+0.6mm钢板+25mm厚150kg/m3容重岩棉+1.0 mm钢板，壁板结构的设计指标比实际隔声量指标高3～5dB左右，门扇和门框之间必须用密封条。

3.3.2.2 主变室和电抗器室的低频吸声结构

优化的结构是采用复合结构以达到在较宽的频带范围内具有良好的吸声性能，尤其对中低频。对城区典型220kV户内变电站1#、2#主变室和电抗器室分别采用不同的壁面吸声材料和结构。即：1#主变室和1#电抗器室的壁面吸声结构采用进口铝纤维/玻璃棉复合结构； 2#主变室和2#电抗器室的壁面吸声结构采用穿孔板/玻璃棉复合结构。主变室和电抗器室在门关闭情况下，室内无吸声、墙面和隔声壁板满铺吸声结构、墙面和隔声壁板铺设2/3吸声结构时，室内的噪声级见表6。从实际工程的经济性出发，可以按主变室和电抗室墙面2/3面积铺设吸声结构。

表6 城区典型220kV户内变电站主变室和电抗室内噪声级

3.3.2.3 风机的消音措施

城区典型220kV户内变电站采取的具体的消音措施包括：①电抗室风机出风一侧采用总消声量不低于10dB的片式消声器，电抗室门上的采光玻璃采用固定式，玻璃厚度不低于5mm；②10kV配电室风机出风一侧采用片式消声器；③220kV GIS配电装置室风机、110 GIS配电装置室风机均安装消声器；④蓄电池风机安装不低于5dB的片式消声器；⑤110kV GIS电缆层和电容室风机安装不低于5dB的片式消声器；⑥继电器室空调外机机安装消声外罩；⑦主变风机置于屋顶户外，同时在风机外部设置防雨隔声罩。消声片的优化结构为：穿孔铝板(穿孔率不低于25%)+无纺布或玻璃布+150mm厚48kg/m3玻璃棉+无纺布或玻璃布+穿孔铝板(穿孔率不低于25%)。

3.4 采取的噪声治理措施后的预测结果

采取上述降噪措施后，变电站站界四周的噪声预测等值线图见图4，预测值见表7。

图4 变电站采取降噪措施后的噪声预测等值线图

表7 城区典型220kV户内变电站采取降噪措施后噪声预测值

由图4和表7可知，采取声源优化和传播途径优化措施后，变电站站界四周围墙外1m、围墙上方0.5m的噪声预测最大值均满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)2类标准(夜间50dB(A))的要求。变电站噪声不会对站外居民区造成干扰。

4 结 语

通过对城区典型220kV户内变电站噪声源特性分析、站界噪声预测，提出优化声源措施和优化传播途径措施。其中采用低噪声设备主要是优化主要噪声源如主变压器和电抗器等电气设备噪声；优化声源的传递途径的有效降噪措施主要包括采用适当的低频吸声结构，且对围壁结构进行合理的隔声设计和安装合适的消声器降低风机噪声。可见，城区户内变电站采取降低声源和控制声源传播途径能有效降低噪声的排放，避免噪声对站区周边居民的干扰。