邵宇鷹,張思平
(1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司,上海200122;2.上海神潔環(huán)??萍及l(fā)展有限公司,上海201100)
隨著城市人民生活水平的不斷提高,城市用電量逐年增加,許多大容量變電站陸續(xù)建設(shè)在居住小區(qū)內(nèi)或建筑物中,因此變壓器噪聲問題日益突顯。通過對(duì)上海地區(qū)66座不同等級(jí)變電站的現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試發(fā)現(xiàn),6座500kV變電站18臺(tái)主變?cè)肼曋翟?7.6~84.1dB(A),其中噪聲值為70.0~80.0dB(A)的主變占83.3%;220、110、35kV變電站的主變?cè)肼曋禐?0.0~75.0dB(A),分別占測(cè)試主變臺(tái)數(shù)的69.4%,78.8%和70.9%[1]。
這些數(shù)據(jù)表明,在上海地區(qū)變壓器噪聲問題是比較嚴(yán)重的,很難達(dá)到GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中,對(duì)居民區(qū)晝間噪聲值低于55dB(A)、夜間噪聲值低于45dB(A)的要求。由于變壓器噪聲不但污染環(huán)境,危害人類健康,還會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。因此,分析變配電設(shè)備產(chǎn)生噪聲的根源,采取相應(yīng)的降噪措施就顯得越來越重要。本文以廈門站為例,利用開發(fā)的聲全息技術(shù)快速準(zhǔn)確地識(shí)別噪聲源,通過對(duì)噪聲源及傳播路徑的改善,來降低變配電設(shè)備的噪聲量級(jí)。
變電站的噪聲主要來自于變壓器本體:鐵芯硅鋼片通過磁通時(shí)因磁致伸縮而產(chǎn)生的振動(dòng);通過鐵芯接縫及片間的磁通而產(chǎn)生的振動(dòng);電流流過線圈產(chǎn)生的電磁力作用于油箱壁、磁屏蔽以及繞組本身等的振動(dòng)。
近年來,由于鐵芯疊積方式的改進(jìn)和心柱及鐵軛都用環(huán)氧玻璃絲粘帶綁扎,而硅鋼片接縫處和疊片之間的電磁吸引力引起的鐵芯振動(dòng),比硅鋼片磁致伸縮引起的鐵芯振動(dòng)要小得多,可以忽略。因此,鐵芯的振動(dòng)可以看作完全是由硅鋼片的磁致伸縮引起的[2]。
為了準(zhǔn)確定位變電站內(nèi)部噪聲到周圍環(huán)境的傳播特性,以便對(duì)傳播進(jìn)行控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降噪的目的,以廈門站為例進(jìn)行了噪聲傳播特性的測(cè)試分析。
本次測(cè)試在傅里葉變換(FFT)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行聲強(qiáng)及其頻譜分析。選擇變壓器周圍靠近外墻(裝有散熱窗的那一面)作為噪聲源位置;在變電站周圍選擇4個(gè)可能的降噪薄弱區(qū)域(聲壓級(jí)較高的)布置傳聲器測(cè)點(diǎn)(見圖1),通過測(cè)量源和傳播測(cè)試點(diǎn)位處的噪聲頻譜,獲取變壓器噪聲到周圍環(huán)境的傳播特性。
圖1 傳聲器測(cè)點(diǎn)布置
選用OROS38 32通道振動(dòng)噪聲分析儀,每次選擇一組(源+傳播特性測(cè)試點(diǎn)位),通過2只1/4英寸麥克風(fēng)記錄時(shí)域數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行FFT分析,采樣率選擇12.8kSa/s,每組記錄時(shí)間為30s,分析取穩(wěn)定段(環(huán)境噪聲影響較弱的部分)。因?yàn)椴扇〉氖轻槍?duì)同一源位置進(jìn)行的分組測(cè)試,首先需要檢查4組測(cè)試中源位置的FFT分析結(jié)果是否一致,以確定測(cè)試有效性。4組測(cè)試中源位置的FFT圖譜如圖2所示。
圖2 4組測(cè)試中源位置的FFT圖譜
由圖2可知,4組測(cè)試中源位置采集的噪聲信號(hào)在主要頻率成分分布和幅值上均沒有變化,確保了測(cè)試有效性。變電站內(nèi)噪聲信號(hào)的主要頻率成分集中在100、200、300Hz和600Hz。4個(gè)測(cè)試點(diǎn)的FFT圖譜如圖3所示。
圖3 4個(gè)測(cè)試點(diǎn)的FFT圖譜
通過對(duì)各組數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn),測(cè)點(diǎn)1為墻體,在變壓器關(guān)鍵頻率處的噪聲級(jí)整體有衰減,在300、600Hz處尤為明顯,分別達(dá)到23.1dB(A)和25.9dB(A),而測(cè)點(diǎn)2,3,4為百葉窗,其衰減幅度較小,約為5~10dB(A)。這說明變壓器的噪聲是以聲波的形式向外發(fā)射,由于墻體的隔音效果較好,室內(nèi)噪聲主要通過通風(fēng)變電站大門、百葉窗等隔音薄弱區(qū)域?qū)ν鈧鞑?,所以?duì)變電站大門方向的敏感點(diǎn)影響較大。
噪聲對(duì)環(huán)境的污染有3個(gè)要素:噪聲源、傳播途徑和接受者,三者缺一不可。因此,在噪聲治理中主要是對(duì)其中一個(gè)要素或多個(gè)要素采取切實(shí)有效的措施??紤]到可行性和經(jīng)濟(jì)性,對(duì)所有接受者采取防護(hù)措施的方法并不現(xiàn)實(shí),因此變電站噪聲治理主要從噪聲源降噪和阻斷傳播途徑兩方面進(jìn)行。
變壓器噪聲的大小直接取決于鐵芯所用硅鋼片磁致伸縮的大小,磁致伸縮越大,噪聲水平越高。因此,對(duì)降低變壓器噪聲最根本、最有效的方法,就是控制和減小硅鋼片的磁致伸縮。對(duì)變壓器本體的降噪措施主要有以下幾方面[3]。
1)選用磁致伸縮小的優(yōu)質(zhì)硅鋼片。
2)降低鐵芯的磁通密度。
3)采用全斜交錯(cuò)接縫的鐵芯結(jié)構(gòu)。
4)增大鐵軛面積以減少鐵軛中的磁通密度。
5)增加鐵芯接縫。
6)控制鐵芯夾緊力。
7)在鐵芯墊腳與箱底之間放置減振橡膠。
降低變壓器本身的噪聲是最有效、最徹底的控制手段,但變壓器制造成本會(huì)大幅提高,且改造期間還需停電,會(huì)帶來極大的不便。
對(duì)于已建成變電站的噪聲治理,目前主要采取的措施是阻斷噪聲源的傳播途徑以降低變電站噪聲對(duì)周邊環(huán)境的影響。
1)隔聲 隔絕噪聲往往采用木板、金屬板、墻體等固體介質(zhì),以阻擋并減弱空氣中聲波的傳播,這些專門用來隔絕聲波的固體介質(zhì)稱為隔聲材料。在噪聲治理工程中,為了提高隔聲效果,常將隔聲材料與其他聲學(xué)材料如吸聲材料、阻尼材料或空氣層復(fù)合在一起組成隔聲構(gòu)件。對(duì)于四周封閉、頂部開放的變壓器,將變壓器四周的門由普通門改為隔聲門,或者用隔聲壁將整個(gè)油箱遮蔽起來。隔聲板可用鋼板或者混凝土板制成。但隔聲技術(shù)由于受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響,往往降噪效果不太明顯。
2)壁面吸聲 利用吸聲處理在噪聲傳播途徑上進(jìn)行控制,是一種常用而且有效的方法。當(dāng)室內(nèi)聲源發(fā)出的聲音遇到墻面、頂棚、地坪及其他物體表面時(shí),都會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。聲波在傳播過程中遇到各種材料時(shí),都會(huì)發(fā)生一部分聲能被反射,一部分聲能向材料內(nèi)部傳播并被吸收,一部分聲能透過材料在向外傳播。通過在變電站墻面裝設(shè)吸聲材料,以增加墻面的吸聲系數(shù),可降低6~8dB(A)的混響聲。但這種技術(shù)往往所需的工程量比較大。
3)隔聲罩 在變壓器本體外建隔聲間或隔聲罩,可以有效地減少噪聲的外傳。隔聲罩做成雙層殼,內(nèi)層采用吸聲防護(hù)板,外層采用隔聲彩鋼板,兩層護(hù)板間填以消聲材料。隔聲罩固定在變壓器基礎(chǔ)上,罩壁與變壓器導(dǎo)管之間的空隙要墊以軟橡膠之類的密封材料,以防止漏聲[4]。但是采用隔音罩治理技術(shù)要考慮隔音罩內(nèi)變壓器的散熱、設(shè)備操作、巡視檢修方便等諸多問題。
4)阻性消聲技術(shù) 由于風(fēng)道承擔(dān)著變電站室內(nèi)通風(fēng)散熱的重任,不能簡(jiǎn)單采取密封等隔聲措施,否則會(huì)造成室內(nèi)溫度升高危及變壓器的安全運(yùn)行[5]。因此,為了既要控制風(fēng)道口的噪聲擴(kuò)散,又要保證風(fēng)道口的散熱性能不受影響,只有采取在出入風(fēng)口裝阻性消聲器的方法。阻性消聲器是利用多孔性吸聲材料來降低噪聲的,當(dāng)聲波在多孔材料中傳播時(shí),一部分聲能因摩擦轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉,從而使通過消聲器的聲波減弱。
5)有源消聲法 它是在噪聲源附近(通常離變壓器1m以內(nèi))放置若干個(gè)噪聲發(fā)生器,通過控制系統(tǒng)使它們分別產(chǎn)生與變壓器的基頻噪聲及各高頻噪聲幅值相反的噪聲,通過互相抵消使變壓器發(fā)出的噪聲受到抑制和衰減[6]。與傳統(tǒng)的無源降噪方法相比,有源噪聲控制系統(tǒng)理論上的消聲量可以達(dá)到很高,但在實(shí)際應(yīng)用中需要復(fù)雜的控制系統(tǒng),這在軟、硬件方面都存在很大困難,另外有源控制系統(tǒng)中采用的電子設(shè)備價(jià)格也過于昂貴。
1)變電站的噪聲治理應(yīng)該根據(jù)噪聲特性、變電站結(jié)構(gòu)、周圍敏感點(diǎn)等具體情況,采用不同的治理技術(shù)。
2)本文通過對(duì)廈門站周圍噪聲特性的測(cè)試分析,確定了噪聲的主要傳播途徑,并從理論上提出一些變電站的降噪措施。但是具體改造方案應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇合適的降噪組合,通過計(jì)算噪聲消減量等參數(shù),評(píng)估改造方案效果。
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[3]李亞晶.變壓器的噪聲及控制措施[C].2007年云南電力裝備制造業(yè)振興與創(chuàng)新論壇論文集,2008.
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[6]周建國(guó),李莉華.變電站、換流站和輸電線路噪聲及其治理技術(shù)[J].中國(guó)電力,2009,42(3):75-78.