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城市电网大型变电站噪声调查测试与分析

来源:null  发布日期:2018-10-05     点击数:117

城市电网大型变电站噪声调查测试与分析

徐圣君

(上海电力设计院有限公司,上海 200002

摘要:针对城市电网高压变电站,分析了上海地区30余座110kV220kV500kV变电站的建设资料和噪声环评报告,并对一个220kV变电站和一个500kV变电站进行了站内噪声测试和分析,同时查阅了相关的技术文献和变电站建设资料,得到了上海地区高压变电站环境噪声的状况。

关键词:城市电网;噪声;变电站

中图分类号 F270          文献标志码B

 


0引言

近年来,城市变电站噪声问题日益突出,投诉和纠纷逐渐增多,阻碍着电力工业的发展,危及到社会的和谐与稳定。变电站是重要的电力生产场所,变电站内各种电气设备运行时产生的噪声如果不加以控制,不可避免地会对附近环境和居民生活产生影响。特别是在夏季连晴高温时节,城市电网不同程度地出现了满负荷或超负荷运行,变电站、小区配变所产生的噪声都将达到最大,很容易出现超过环保标准的现象,引起周边居民的投诉。特别是现在人们的维权意识达到了空前的强烈,甚至常常出现过度维权的现象。如果电力企业不加强环保技术应用和储备,在突发事件发生时将处于束手无的策被动局面,可能会付出更大的损失,甚至损害企业的良好形象等。本文重点对城市电网大型变电站噪声调查测试与分析,通过开展了城市电网大型变电站噪声实测与分析,掌握噪声特性产生的机理、频谱特性和传播规律;

1 测试原理

变压器噪声主要是由变压器本体及其冷却装置振动产生的,它和变压器容量、硅钢片的材质、铁心结构、磁通密度和冷却装置振动特性有关。声功率级是将给出的声功率与基准声功率之比的以10为底的对数乘以10,单位为dB。声功率级和声功率一样,可以用它来反映声源本身的大小。通过实测记录环境噪声的变化曲线,结合传感器的灵敏度和测量系统增益,可以计算声功率、分析噪声频谱特性等。

2 城市电网大型变电站噪声调查

城市电网大型变电站噪声调查的对象是高压、特高压变电站的噪声。在调研噪声源及其特性的基础上,完成了现场实测,并对数据进行了分析,总结了变电站噪声传播特性。

随着输变电工程通用设计的推行,变电站已由“量体裁衣”发展成为“成衣定制”,变电站的降噪方案也具备了通用化、模块化、成衣定制的基础。当前变电站降噪工程需要将已有降噪方案的优点和经验与通用设计相结合,从降噪的角度,为新建变电站设计或旧变电站的改造提供依据。前期调研包括文献调研,以及对现有的20余份环评报告的阅读分析,特别是针对110kV220kV500kV变电站,整理出站界噪声特点、目前常用降噪声措施等调研分析,为降噪软件设计、降噪工艺文件编写、降噪器件研制等提供参考。

站界噪声。由所提供的环评数据,分析现有变电站的站界噪声水平。110kV220kV各选取代表性的4座电站,分析它们的昼间和夜间的实测噪声。以其中的部分电站为例,如110kV的电站为NCQYDMZL四座变电站,220kV的为BLJMJHWZ四座变电站。分析站界噪声的均值和分散程度分析结果如图1和图2所示。

1 四座110kV变电站站界噪声统计分布

2  四座220kV变电站站界噪声统计分布

根据站界噪声的分布情况,找出“优秀”的电站和“异常”的电站,分析产生这些结果的原因,为后续的降噪寻找优秀的范例和发现需要注意事项。

3 现场实测

本文分别于20173月对某一220kV变电站,于20173月对某一500kV变电站进行了实测,具体信息见表1

1 噪声实测记录

变电站

测试时间

测试对象

主要仪器

220kV变电站

2017-03-14

变压器

1.声振信号采集仪NI USB-4431(100ksps,24Bit,4ch);2. 传感器:美国PCB声压传感器;3. 电脑及专用软件;(实时全过程记录信号)

500kV变电站

2017-03-23

变压器

电抗器

4 测试结果分析

本文对数据进行频谱分析和声级分析。等效A计权声压级按以下式子进行计算:

  1

式中:N为某测点的数据点数。

4.1 测试结果

1220kV主变(室内)测试示意图见图3

3 220kV主变测试点示意图

主变室内四周墙壁具有较好的吸音效果。

频谱分析,测点1,2,3的频谱图如图4所示。

4 测点1,2,3的频谱图

 

噪声能量集中在100Hz的谐频成份上,各测点能量最高的谐频不尽相同。

各谐频由高到低为:大致为 300Hzà200Hzà100Hz

各测点噪声等级(测量时段内平均,1min)。220kV主变(室内)6个测点的噪声值见表2

2 220kV主变(室内)6个测点的噪声值

测点

1

2

3

4

5

6

声级/dB

57.6

60.4

57.9

56.5

61.5

57.5

2500kV主变(室外)测试示意图见图5

5  500kV主变测试点示意图

频谱分析,测点3,4,1的频谱图如图6所示。

6 测点341频谱图

频谱分析,测点3,5,2的频谱频谱图如图7所示。

7 测点352频谱图

噪声能量不仅集中于100的谐频,50Hz的谐频也有很大的能量分布。除100Hz外,其余噪声能量主要集中在300~450Hz。各谐频由高到低为:100Hz400Hz350Hz300Hz450Hz等。500kV主变(室外)各测点噪声等级见表3

3 500kV主变(室外)各测点噪声等级表

测点

1

2

3

4

5

6

 

声级/dB

71.5

 

72

69.8

70.9

70.9

 

测点

11

12

13

14

15

16

18

声级/dB

64.8

73.3

66.9

60.1

66

68.7

71.1

3500kV电抗器(室内)测试点示意图见图8

8 500kV电抗器测试点示意图

频谱分析,测点1,2,3的频谱图见图9

9 测点123频谱图

测点13,12,14的频谱图见图10

10 测点131214频谱图

各谐频由高到低为:100à200à300, 且能量主要集中在100Hz

500kV电抗器(室内)各测点噪声等级见表4

4 500kV电抗器(室内)各测点噪声等级

测点

1

2

3

12

13

14

声级/dB

59.3

61.7

65.4

66.7

59.9

58.7

5 测试结果变电站变压器噪声传播特性

变压器(包括带有气隙的铁心电抗器)的本体振动完全取决于铁心的振动,而铁心的振动可以看作完全是由硅钢片的磁致伸缩造成的。铁心的磁致伸缩振动通过铁心垫脚和绝缘油这两条途径传递给油箱壁,使箱壁(包括磁屏蔽等)振动而产生本体噪声,并以声波的形式均匀地向四周发射,这就是变压器(包括带有气隙的铁心电抗器)本体噪声的机理。

根据上述原理,结合各变压器的声功率曲线,可以看出,变压器的噪声呈全频带分布,中低频能量较大。在频率为100Hz200Hz处,声功率级曲线出现明显的峰值,这反映了变压器本体噪声的基频和谐频。而声功率级曲线的高频部分则包含了变压器冷却装置振动引起的噪声成分。

1220kV变压器噪声特性。220kV变压器噪声频率主要集中在500Hz以下。其中300Hz100Hz的频率分量峰值较为明显。其原因在于变压器磁致伸缩产生的振动周期为半个工频周期,因此变压器噪声表现出以2工频为基频的特征。

2500kV变压器噪声特性。500kV变压器噪声频谱较宽,其能量主要集中在300~450Hz,以及100Hz。此时的频率不仅包括100Hz的谐频,还包括50Hz的谐频成份。有研究指出,空载和轻载时磁致伸缩是铁芯振动的主要原因,满载和过载情况下绕组洛伦兹力对变压器振动的贡献不能忽视。而电磁力(洛伦兹力)的频谱以50Hz谐频出现,包括50Hz100Hz等。

3500kV高压电抗器噪声特性。500kV高压电抗器噪声主要集中在低频500Hz以内,其中100Hz峰值最为明显。其它还还主要包括200,300Hz的噪声。

6噪声治理建议和意见

对变电站的噪声源来讲,最主要的是变压器及其冷却装置产生的噪声,通常对变压器噪声的控制措施主要有以下几种。

1)合理布局。从建筑设计和布局上考虑减少噪声的方案应受到高度重视。如在城区变电站,可将变压器布置于室内,选用GIS设备,在室内考虑布置吸声材料,采用吸声结构等。在变电站的布局规划时,将变压器布置在远离居民住宅、医院、疗养院和学校等需要安静的地方,减少变压器噪声对这类地区的影响。对于室内变电站,主变房的通风大门应设计在无敏感点的一侧。

2)优化设备和工艺。从长远来讲,设计制造部门应优化设备设计方案,改进制造工艺,降低变压器运行中的噪声。使用部门在设计选型和订货时,也应选择优质产品,提出有关运行噪声的技术要求。对已运行的变压器等设备,目前还可采用低速潜油泵代替高速潜油泵等措施来降低运行噪声。检修、调试设备时,应保证风扇平稳运行,避免因转动部分与外缘相碰撞、摩擦而产生附加噪声。

3)吸、隔声屏障。设置吸、隔声屏障,将消声通风百叶隔声结构与隔声板组合成适宜的吸、隔声结构是降低变压器噪声的有效办法。根据周围监测的环境噪声水平和敏感点的分布情况,采用相应形式的隔声屏,全封闭,半封闭、某一角度隔离等。然后检测噪声特性、水平和敏感点位置以及需要散发的热量来计算隔声屏的形式、高度、长度、厚度、结构和材质。隔声屏通常能有效降低噪声水平为10-15分贝,适用于中高频的噪声治理。

4)降声罩。降声罩将变压器隔离在一封闭空间内,可使噪声降低20-30dB。降声罩的设计包含了罩内的吸声处理,以防止混响;变压器的通风散热需求,以保证变压器的正常运转;以及安全距离和检修的需要等。

5)隔振垫根据变压器的型号选择合适的隔振垫或者隔振器,减少变压器的振动,从而控制噪声对环境的影响。

 7 结语

本文介绍了变压器声压级的测试原理、方法及其测试过程,利用测得的声压级计算得到了变压器的声功率级。同时,针对变电站厂界噪声进行测量。

1)变压器噪声的声功率级与其电压等级和运行负荷密切相关,电压等级越高、运行负荷越大其声功率级越大,但其噪声的频谱特性类似,主要声能量都分布在基频50Hz及其倍频100Hz200Hz处,以及315Hz630Hz处,总体集中于100~500Hz

2)引起变电站噪声超标的主要原因有下几种情况:

声源布局的不合理,过于靠近站界,衰减距离不够,导致这部分站界超标;

郊区变电站进入主城区,导致变电站所处声环境区域发生改变;

变电站周围被高层居民楼形成桶式包围结构,变电站处于桶底,声音只能向高处传递,引起高层居民噪声超标投诉。

 

作者简介:

徐圣君(1990-12),助理工程师,主要从事电气设计工作。

 


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