程學(xué)啟，于振江，張洪書(shū)，李祥國(guó)，沈關(guān)良

(1.濰坊電力公司，山東 濰坊 261000；2.方圓集團(tuán)五洲電器公司，山東 濰坊 261000；3.宜興市佳達(dá)環(huán)保工程有限公司，江蘇 宜興 214200)

近年來(lái)，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，工業(yè)和居民用電量增長(zhǎng)很快。特別是夏季的用電高峰期間，變電站的負(fù)荷率都很高，噪聲很大。尤其是居民密集區(qū)的城區(qū)戶內(nèi)變電站的噪聲引起了居民投訴頗多，且因變電站噪聲等影響而引起的民事糾紛、上告事件逐年增多。因此，如何解決好變電站的噪聲污染對(duì)周?chē)用竦奈：?wèn)題已經(jīng)成為電力、設(shè)計(jì)、建設(shè)部門(mén)的當(dāng)務(wù)之急。

1 城區(qū)戶內(nèi)變電站的噪聲特點(diǎn)

根據(jù)電力文獻(xiàn)介紹和實(shí)際監(jiān)測(cè)，變壓器的噪聲屬于中低頻噪聲，對(duì)噪聲值貢獻(xiàn)最大的頻率是250 Hz和500 Hz；風(fēng)冷機(jī)械噪聲屬于中高頻噪聲，對(duì)噪聲值貢獻(xiàn)最大的頻率是1000 Hz和2000 Hz。變壓器的噪聲是不穩(wěn)定的，空載或運(yùn)行功率低時(shí)，噪聲水平相對(duì)較低，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)一般噪聲級(jí)水平較高。從噪聲的控制角度看，噪聲的頻率越低，治理難度越大。因?yàn)榈皖l噪聲的波長(zhǎng)長(zhǎng)，隨距離衰減率低，也不易被吸收。

2 城區(qū)110kV變電站的降噪實(shí)踐

噪聲污染的構(gòu)成包括噪聲源、傳播途徑和接受體三要素，若三要素同時(shí)存在，即構(gòu)成：噪聲對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)人的危害。因此對(duì)這些要素，必須采用切實(shí)有效的措施，才能取得實(shí)際效果。變電站噪聲治理主要從噪聲源和傳播途徑兩方面進(jìn)行。降低變壓器本身的噪聲是最有效、最徹底的主動(dòng)控制，但難度很大，所以現(xiàn)在的研究大部份是被動(dòng)控制，在聲源的傳播途徑上采取吸聲、消聲、隔聲、隔振等技術(shù)降低變電站的噪聲。

2.1 城區(qū)110kV變電站的降噪方案

首先采用低噪聲風(fēng)機(jī)；其次在進(jìn)排風(fēng)井處設(shè)置加厚型通風(fēng)消聲百葉窗，同時(shí)設(shè)計(jì)進(jìn)排風(fēng)井的風(fēng)速宜選擇低速。另外在主變室內(nèi)的墻體上加裝迷宮型吸聲墻和采用隔聲消音門(mén)或泄壓墻、通風(fēng)消聲百葉窗等。

2.2 吸聲降噪裝置簡(jiǎn)介

2.2.1 迷宮型吸聲模塊板

迷宮型吸聲模塊板，根據(jù)主變室的設(shè)計(jì)布置，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，對(duì)主變室的軸間距離進(jìn)行總體測(cè)量，并進(jìn)行二次排版設(shè)計(jì)，把吸聲墻體分成若干個(gè)單元，每個(gè)單元由各種規(guī)格的模塊板組成。在設(shè)計(jì)與施工的過(guò)程中，盡量做到體現(xiàn)凹凸式的吸聲模塊板的立體結(jié)構(gòu)，既要強(qiáng)調(diào)吸聲的效果，同時(shí)還要注意模塊板的均勻度、平整度和美觀度。一般采用上海寶鋼生產(chǎn)的沖孔彩鍍板或沖孔鍍鋅鋼板，進(jìn)行雙層組合，笫一層空腔選用φ3的大穿孔板作外面板，中間填充48 mm厚的鋁蜂窩材料或空腔，穿孔后作為迷宮填料，第二層空腔既可選擇離心玻璃棉作為阻尼材料，也可以空腔形式作為降噪聲的共振空腔。美觀且經(jīng)濟(jì)實(shí)用是本次吸聲墻的施工設(shè)計(jì)主流，既考慮到吸聲又兼顧到電磁屏蔽和裝潢是本裝置多功能性的最好體現(xiàn)。本裝置降噪效果在8～10 dB左右。同時(shí)迷宮型吸聲模塊板完全可以工業(yè)化生產(chǎn)，不僅可提高生產(chǎn)、安裝效率，而且與二型一化的要求相符。

吸聲墻吸聲性能計(jì)算：

由于吸聲墻是雙層穿孔板結(jié)構(gòu)，可以近似采用馬大猷先生雙層微穿孔板的公式計(jì)算其吸聲性能。其等效電路圖見(jiàn)圖1。

圖1 雙層穿孔板串聯(lián)等效電路

其中r1、 r2是兩層微穿孔板的相對(duì)聲阻，m1、 m2分別是兩層微穿孔的相對(duì)聲質(zhì)量，zD1、 zD2是兩層空腔的相對(duì)聲阻抗。串聯(lián)后的相對(duì)阻抗計(jì)算公式是：

其中

式中：η0為空氣粘滯系數(shù)；di小孔直徑；γi為穿孔率；ρ0為空氣密度；c0為空氣聲速；ti微穿孔板的厚度。

正入射吸聲系數(shù)可用(2)式計(jì)算：

算例1：

兩層板厚度分別為0.8 mm、0.6 mm，穿孔直徑為3 mm、1 mm，按照新提供的穿孔設(shè)計(jì)圖紙，估計(jì)穿孔率約為9.8%、1.4%，若空腔分別為30 mm、50 mm，代入(2)式得到吸聲曲線見(jiàn)圖2。

算例2：(一般首選)

兩層板厚度分別為0.8 mm、0.8 mm，穿孔直徑為0.5 mm、3 mm，穿孔率為1%、3%，空腔分別為50 mm、30 mm，代入上式得到吸聲曲線見(jiàn)圖3。

圖2 算例1吸聲曲線

圖3 算例2吸聲曲線

2.2.2 加厚型通風(fēng)消聲百葉窗

在變電站的進(jìn)排風(fēng)道口一般設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的都是通風(fēng)消聲百葉窗，但就目前全國(guó)建設(shè)中的城區(qū)變電站而言，由于有些施工單位對(duì)降噪消聲的重要性缺乏認(rèn)識(shí)，往往將此類(lèi)通風(fēng)消聲百葉窗制成普通防雨百葉窗或消聲效果一般的普通百葉窗，從而給部分城區(qū)變電站的噪聲污染留下了隱患。通過(guò)調(diào)研，根據(jù)相關(guān)變電站的通風(fēng)消聲百葉窗的施工實(shí)踐證明，加厚型通風(fēng)消聲百葉窗降噪效果顯著，能達(dá)到15～18 dB左右。結(jié)合降噪裝置應(yīng)分擔(dān)的降噪量，在進(jìn)排風(fēng)道的通風(fēng)消聲百葉窗的制作工藝上，選用了加厚、加密型，既滿足設(shè)計(jì)、降噪的要求，又實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)消聲百葉窗的單位降噪效果。

由于通風(fēng)消聲百葉窗計(jì)算復(fù)雜，因此一般采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和專(zhuān)利產(chǎn)品。

2.2.3 隔聲消音門(mén)

設(shè)計(jì)采用平開(kāi)折疊式隔聲消音門(mén)(7500×7000)，大門(mén)上必須配有專(zhuān)修小門(mén)。大門(mén)外側(cè)面板采用亞白光的“艦用板’，門(mén)內(nèi)側(cè)面板采用φ1的鍍鋅沖孔板，中間填充真空吸聲棉，使其滿足既吸聲又隔音的雙重效果。由于此門(mén)采用特種門(mén)鉸軸(自帶軸承)，開(kāi)啟十分靈活方便，還可以節(jié)約相對(duì)空間，且降噪效果顯著，一般能達(dá)到29 dB左右，詳見(jiàn)以下計(jì)算。

或者設(shè)計(jì)采用泄壓墻：泄壓墻重量輕，每平方米只有60 kg，但結(jié)構(gòu)牢固，能承受120000 Pa的風(fēng)壓。成品厚度100 mm，以?xún)?nèi)外兩層9 mm的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)泄壓板及金屬框架合成，中間充填超細(xì)玻纖吸音棉組成泄壓模塊，泄壓模塊除具備遇爆泄壓性能外更具有良好的防火和隔聲效果，隔聲量可達(dá)29～40 dB以上。通過(guò)優(yōu)化與主體建筑結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)組成縱橫狀態(tài)的墻體鋼構(gòu)架，將預(yù)制的泄壓模塊鑲嵌在主變室墻體鋼構(gòu)件的合理位置上(主變?cè)O(shè)備間的正面)，在受到爆炸產(chǎn)生的沖擊載荷作用時(shí)這些模塊能夠瞬間破碎，降低建筑主體內(nèi)部受到爆炸產(chǎn)生的沖擊載荷量及氣體膨脹壓力，有效避免爆炸災(zāi)害對(duì)主建筑和設(shè)備的不利影響和破壞。泄壓墻的2m以下可以配裝多個(gè)通風(fēng)消聲百葉窗，通風(fēng)效果好，可預(yù)制不同要求的檢修小門(mén)，維修進(jìn)出方便。

大門(mén)和泄壓墻簡(jiǎn)化為雙層板加中間層結(jié)構(gòu)，其傳聲損失近似計(jì)算公式為：

式中：f0為兩層板質(zhì)量與中間空氣共振頻率。

式中：f1為空氣層第一階駐波共振頻率，約為55/d；m1、m2分別為內(nèi)外板的面密度；TL1、TL2分別是內(nèi)外單板的傳聲損失。單板的傳聲損失用上式近似計(jì)算：

(1) 大門(mén)：內(nèi)板厚0.8 mm鋼板，外板厚1.2 mm鋼板，中間層厚98 mm。

計(jì)算得到板質(zhì)量與中間層共振頻率f0＝101 Hz，中間層第一階駐波共振頻率f1＝561 Hz。計(jì)算得到的隔聲量見(jiàn)圖4，圖中虛線是用兩層板的面密度按照質(zhì)量定律計(jì)算的傳聲損失，實(shí)線是兩層板加98 mm空氣層得到的傳聲損失。需要說(shuō)明的是計(jì)算結(jié)果適用于雙層板間加適當(dāng)吸聲棉的情況，吸聲棉的多少會(huì)對(duì)第一階共振頻率561 Hz以上頻段傳聲損失有一定影響，對(duì)于第一階共振頻率以下的傳聲損失影響很小。另外兩層板間如果有連接，由于可以傳遞結(jié)構(gòu)聲，傳聲損失將會(huì)變小。

圖4 大門(mén)隔聲量計(jì)算結(jié)果

(2) 泄壓墻：內(nèi)板厚9 mm，外板厚9 mm，中間層厚82 mm。

泄壓墻密度按照1200 kg/m3計(jì)算，得到板質(zhì)量與中間層共振頻率f0＝92 Hz，中間層第一階駐波共振頻率f1＝671 Hz。計(jì)算得到的隔聲量見(jiàn)圖5，圖中虛線是用兩層板的面密度按照質(zhì)量定律計(jì)算的傳聲損失，實(shí)線是兩層板加82 mm空氣層得到的傳聲損失。計(jì)算結(jié)果同樣未考慮連接對(duì)傳聲損失的影響。泄壓墻和大門(mén)的隔聲對(duì)比見(jiàn)圖6，泄壓墻隔聲量高于大門(mén)的隔聲量。

圖5 泄壓墻隔聲量計(jì)算結(jié)果

圖6 大門(mén)與泄壓墻隔聲量對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)濰坊萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)110kV變電站的降噪實(shí)踐，對(duì)變電站的噪聲特點(diǎn)、噪聲水平、變電站類(lèi)型及其所處的位置，周?chē)舾悬c(diǎn)等具體情況進(jìn)行考慮，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，重點(diǎn)應(yīng)抓好以下三個(gè)方面：

(1) 采用新穎先進(jìn)的吸聲、消聲、隔聲裝置進(jìn)行特定的組合，使各裝置合理承擔(dān)一定的降噪量，最終實(shí)現(xiàn)降噪目標(biāo)28～30 dB (A)。

(2) 利用降噪吸聲墻板，減弱部分電磁感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)降噪且又屏蔽的作用。

(3) 在充分考慮投資成本及社會(huì)效益的前提下，既降低了噪聲與電磁場(chǎng)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了聲環(huán)境和電磁輻射指標(biāo)的達(dá)標(biāo)，最終達(dá)到人居環(huán)境的安全與電力建設(shè)的和諧發(fā)展。

(4) 在解決城區(qū)變電站噪聲兼顧電磁感應(yīng)屏蔽等問(wèn)題上，可重點(diǎn)考慮吸聲、消聲、隔聲、減震等技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)可重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)有降噪裝置的多功能性，實(shí)現(xiàn)降噪、泄壓。

[1]馬大猷．微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的理論與設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)科學(xué)，1975，18(1)：38-50．

[2]馬大猷，等．聲學(xué)手冊(cè)[M]．北京：科學(xué)出版社，2004．