隔吸声屏障在变压器噪声控制中的应用
摘 要:针对城市电厂变压器的噪声污染，以北京太阳宫燃气热电冷联供工程中应用的变压器噪声控制为例，通过分析研究变压器声源不同的频谱特性，并根据厂界噪声控制目标计算声源的超标贡献量和设计降噪量，开发设计了变压器降噪隔吸声屏障，针对变压器的低频噪声，设计特殊的隔吸声结构，并成功应用于工程实践，取得了理想效果。
关键词:变压器;环境噪声污染;低频噪声;隔吸声屏障
1 项目概况
变压器作为发电厂的重要设备，在发电和输变电过程中发挥着核心作用。但变压器噪声对周围声环境影响很大，由于众多因素的制约，其噪声控制也是该类企业环境达标的一个难点。
北京太阳宫燃气热电冷联供工程地址位于东北三、四环之间的太阳宫乡太阳宫北村附近。项目为2008年北京奥运项目的配套工程，为奥林匹克公园及周边地区提供冬季采暖和夏季制冷负荷。工程建设一套700MW级“二拖一”燃气蒸汽联合循环机组，安装2台F级燃气轮发电机和1台蒸汽轮发电机。机组配置有2台燃机主变压器、1台汽机主变压器、2台高压厂变压器和1台备用变压器，根据厂区的总平面布置设计，6台变压器布置在厂区的东北侧。
根据太阳宫电厂厂区平面布置设计，6台变压器布置在厂区北侧位置，为尽可能减少变压器噪声对厂界的影响，特将GIS楼和网络继电器楼布置在变压器外侧，厂界外为高压线走廊。
该工程建设在城市中心区域，并要求达到一类环境噪声的标准。作为太阳宫电厂降噪设计重要声源之一的变压器噪声控制成功与否，直接关系到电厂的整体噪声达标和工程验收。设计要求为变压器采取降噪措施并考虑厂内其它声源的影响后，法定厂界达到《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-90）中的I类标准限值，即昼间低于55dB(A)、夜间低于45dB(A)。
2 噪声源分析
根据噪声产生的机理将变压器声源分成如下几部分：
（1）变压器机体的电磁噪声
变压器电磁噪声产生的机理为：变压器主要由铁芯、绕组、油箱、高低压套管、冷却风机等组成。变压器运行时，电机的定子与转子在磁通的作用下产生的一个不平衡的电磁力，由基波磁通引起的定子铁心的磁致伸缩而振动产生电磁噪声，主要表现为运行中发出的“嗡嗡”声。变压器电磁噪声的基频为供电频率的2倍（即100Hz），除基频外，还有高次谐波的噪声成分。变压器电磁噪声的大小与变压器的功率有关，功率越大，电磁噪声越高。
（2）冷却风扇的风机噪声
这部分噪声主要由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转的空气动力机械在旋转时与空气相互作用而连续产生压力脉动，从而辐射噪声。气流流经障碍物时，由于空气粘滞摩擦力的影响，具有一定速度的气流与障碍物后相对静止的气体相互作用，在障碍物下游区形成带有涡流的气流，当涡流气流中压强脉动含有可听声频成分，则辐射出涡流噪声。
上述噪声成分中主要以变压器机体产生的电磁噪声为主，其次为冷却风扇产生的空气动力性噪声。根据变压器厂家提供的数据，变压器机体外2米处噪声值为75dB(A)。由于进行噪声控制设计时，机组还没有建设完成，只参考了变压器制造厂家生产的同类型同机组功率的变压器在秦皇岛某已投运电厂的噪声辐射情况。测得变压器机体外3米处噪声值为75.9dB(A)，冷却风扇正对设备
旁7米处噪声值为73.7dB(A)。
3 噪声治理方案设计
为了确保项目一次达标验收成功，首先考虑传统、成熟可靠的并经过实践证明成功的技术，并根据项目的特点有针对性地进行技术创新。
本方案设计采用的是传统的隔声、吸声和消声降噪技术，其中以隔声为主。
根据变压器制作厂家的进度要求，从变压器本体采取降噪措施已不可能，只能在传播途径上采取措施，根据以往工程经验结合变压器的其他相关要求，可在变压器周围设置有效高度的隔吸声屏障。
（1）声屏障的布置设计
经过声学计算，变压器的声屏障高度为11米。1#主变、高压厂变和备用变设四周封闭的隔吸声屏障；2#主变、高压厂变设四周封闭的隔吸声屏障；汽机主变设四周封闭的隔吸声屏障。
（2）声屏障的隔声设计
变压器最主要的声源是变压器机体的噪声和冷却风扇噪声，这两种声源发出的噪声都以中低频为主，采用传统的隔声治理是最合理的降噪措施。
声屏障的隔声主体采用100mm的岩棉夹芯板，根据某制造单位提供的检测结果。
（3）声屏障的吸声设计
穿孔板共振吸声结构可以看作由质量和弹簧组成的一个共振系统。入射声波的频率和系统的共振频率一致时，穿孔板颈的空气产生激烈振动摩擦，加强吸收效应，如果在穿孔板后放置多孔材料增加声阻，会使结构吸收频带加宽。屏障面向声源的一侧采用阻抗复合吸声结构（该结构在四川某电厂变压器声屏障和国家电网公司某换流站平波电抗器的降噪中成功使用），声屏障阻抗复合结构经过中科院声学所检测，在中低频段有良好的吸声系数。
（4）声屏障的通风散热设计
消声器是既能使噪声得到有效衰减又能保证气流正常通过的一种设备。为了更好地满足通风散热要求，在屏障下部正对变压器机体位置设置一定面积的进风口，在进风口设置消声器，消声器的消声量和屏障的降噪量相匹配。
（5）日常维护、巡检和大修
在每个隔声围挡的侧面设置两樘可供人员进出的隔声门，在1#和2#主变隔声屏障之间，2#和汽机主变隔声屏障之间各设置一樘隔声门，用于运行和巡检人员的出入。
屏障局部设计为可拆式，在变压器大修时可将声屏障的某一侧全部拆除，以满足变压器检修时的吊装运输要求。
4 治理效果
项目完工后，对变压器降噪装置进行了噪声实测，测试结果（见下表）表明，治理效果基本达到了设计目标。
北京太阳宫热电冷联供工程竣工后，北京市环境监测中心站对此工程进行了验收测试，并通过了环保验收。验收结果表明，太阳宫电厂厂界噪声值均满足《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-90）中的I类标准，即昼间不高于55dB(A)、夜间不高于45dB(A)标准限值要求。这项开发技术对于城区内电厂变压站噪声的综合治理，开辟了一条切实可行之路。
参考文献：
[1] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2] 吕玉恒,王庭佛.噪声与振动控制设备及材料选用手册[M].北京：机械工业出版社，1999.
[3] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.
[4] 刘霁帆，等.隔振设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1986.
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