变压器噪声控制技术及装备
摘 要:介绍并分析了某城市110kV变电站的变压器噪声源特点，在满足其运行工艺、设备性能、声学效果、经济、安全的条件下，设计开发了特殊的隔吸声结构、消声结构等变压器降噪装置，并成功应用于工程实践中，取得了理想效果。
关键词:变压器;环境噪声污染;低频噪声;噪声控制
1 概述
变压器作为输变电站的重要设备，在输电过程中发挥着核心作用，但变压器噪声对周围环境影响很大。某1 1 0 k V变电站共有三个电压等级，分别为110kV、35kV、10kV，主变容量均为31,500kVA。站内声源、声环境、厂界及敏感点的噪声测量数值显示，变电站内的声源主要为两台主变压器。
1＃主变压器：长7.165米，宽4.3米、高度（带油枕）4 . 8 3米，型号：S F S Z 9 - 3 1 5 0 0 / 1 1 0，容量为31,500kVA，带有4台DBF-7Q冷却风机。
2#主变压器：长6.855米，宽4.98米、高度（带油枕）4 . 6 3 5米，型号：S S Z 9 - 3 1 5 0 0 / 1 1 0，容量为31,500kVA，不带风机。
1.1 噪声排放标准
110kV变电站执行《工业企业厂界噪声排放标准》（GB12348—2008）Ⅱ类区标准和《声环境质量标准》（GB3096—2008）Ⅱ类区标准。
1.2 设备布置（见图1）
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2 噪声分析
2.1 噪声源分析
变压器噪声主要由三个声源产生：磁芯（磁致伸缩和连接处产生的噪声）；线圈（槽壁和磁域）中的电磁力引起的噪声；冷却系统的风扇噪声。线圈是电抗器最主要的噪声源，噪声声压级随着负载的增加而增加。
2.2 变压器噪声的频谱特性
从对110kV、31,500kVA变压器产生噪声的1/3倍频程的测试频谱来看，变压器噪声呈明显的中、低频特性，在100Hz、200Hz、400Hz频率上有突出的峰值。图2是测点声级为73.0dB的1/3倍频程噪声频谱。
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变压器在运行中发出的“嗡嗡”声，是由于铁芯在磁通作用下产生磁致伸缩振动所引起的，这种“嗡嗡”声称为电磁噪声。其基频为供电频率的2倍，如50Hz的变压器，则其电磁噪声的基频为100Hz。除基频外，还有高次谐波的噪声成分。体积较大的变压器，其谐波峰值频率较低；而体积较小的变压器，其谐波峰值频率较高。
变压器的电磁噪声大小与变压器的功率和铁芯磁通密度有关，通常功率越大，电磁噪声越高。
变压器冷却风扇噪声主要有空气动力性噪声、机壳、管壁以及电动机轴承等辐射的机械性噪声以及风机振动带动变压器壳体振动辐射的固体声。因变压器风扇转速较高，辐射的噪声主要集中在中高频。
3 变压器噪声控制设计
3.1 设计目标及原则
（1）满足电力行业及变电站设备安全运行，满足环境噪声要求；
（2）降噪设施应牢固、安全，同时加强免维护性；
（3）为满足变压器的更换需要，降噪设施应设计为可拆卸结构；
（4）降噪设施满足对变压器的日常巡检、检修的要求。降噪设施外形美观，满足变电站整体设计要求。
3.2 声学设计及结构设计
3.2.1 变压器降噪装置总体设计
在变压器近场设计一种有针对性衰减效果的隔声、消声、吸声综合降噪装置：
（1）在变压器前方设置组装式通风消声装置，用以削减直接向敏感点传播的噪声；
（2）在通风消声装置两侧加装挑檐式吸声隔声屏障，利用消声装置与隔声屏障的组合结构，进一步吸收部分变压器的声能量以减少变压器向外辐射的声功率，增加整体的声衰减范围。
3.2.2 变压器降噪装置声学设计
根据设计降噪量要求，消声结构采用针对100~630Hz频带范围的噪声而设计的复合消声吸声结构。为防止噪声绕射，在消声装置两侧设计安装吸声、隔声屏障，隔声层内侧进行阻尼处理以提高屏障在吻合区的隔声量。
具体声学设计如下：
消声装置的声学设计包括消声装置消声量、降噪装置声衰减的计算、复合式吸声体的吸声结构设计等。
消声装置将根据消声量进行设计并依据工程经验加以修正，设计计算公式如下：
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式中：NR — 阻性消声器声衰减量（dB）；nf — 随频率而不同的消声系数K值的常数项，它是吸声系数αo和频率f的函数；αo —驻波管测得的吸声系数；L0 — 消声器的有效长度（m）；P, S —分别为消声器通道净周长和断面积（m，m2）。
降噪装置绕射声衰减的计算公式如下：
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式中：N — 菲涅尔数；λ — 声波波长（m）；d — 声源与受声点之间的直线距离（m）；A — 声源至屏障顶端的距离（m）；B — 受声点至屏障顶端的距离（m）。
3.2.3 变压器降噪装置结构、维护检修设计
变压器降噪装置主框架为轻钢结构，构件之间全部为螺栓连接，充分满足防腐、防火及检修时可拆装的要求。
（1）降噪装置的下部为进风消声通道，两侧为吸声隔声屏。
（2）通风装置为分体式结构，分成独立的降噪单元。
（3）降噪装置的内侧与设备之间留有检修通道，装置的高度略高于设备。
3.2.4 消声装置空气动力性能设计
消声装置的压力损失主要包括消声装置内的通道壁面与气流摩擦所产生的压力损失（摩擦阻损）和装置内通道弯折、截面变化等局部结构变化导致气流流动情况的改变所产生的压力损失（局部阻力）两个方面。
摩擦阻损计算公式如下：
ΔHλ=λL/de•ρV2/2g
式中：ΔHλ — 摩擦阻损（毫米水柱）；λ — 摩擦阻力系数；L — 消声器长度（m）；de — 消声器通道截面等效直径 （m）；ρ — 气体密度（kg/m3）；V — 气流速度 （m/s）；g — 重力加速度（m/s2）。
局部阻损可用下式估算：
ΔHξ=ξ• ρV2/2g
式中：ΔHξ — 局部阻损（毫米水柱）；ξ — 局部阻力系数。消声器总的阻力损失等于摩擦阻损与局部阻损之和，即
ΔHt=ΔHλ+ΔHξ
根据设备散热风机的技术参数按通风设计规范，降噪装置的压力损失按15Pa设计，以保证降噪装置安装后散热风机的性能不受影响。为降低局部阻力，在保证声学效果的前提下，消声装置的消声片结构采用低流阻设计，同时在消声片的两端安装圆弧型导流板，减小局部阻力。
3.2.5 变压器降噪装置各项性能要求的满足
（1）装置的钢结构件全部采用热浸锌防腐处理，连接件选用镀锌螺栓。
（2）吸声体和消声片的外板及骨架采用镀锌钢板。（3）吸声材料选用憎水离心玻璃棉，其本身具有相当强的防水和防腐性能。
（4）为增强抗倒塌性能，提高其持续耐火能力，在所有钢结构的表面涂防火层。保证耐火极限不低于1.5小时。
4 降噪效果
现场测量数据显示，110kV电站通过对站内两台主变压器安装通风降噪装置，居民敏感点噪声测量值可以降低至47dB以下，达到《工业企业厂界噪声排放标准》（GB12348—2008）Ⅱ类区标准和《声环境质量标准》（GB3096—2008）Ⅱ类区标准。
5 结论
本项目研发的变压器降噪设施，制作工艺简便，安装拆卸快捷，重复使用性强，经实际运行检测满足降噪设计要求，为变压器噪声污染控制技术及装备的开发利用提供了积极的探索和工程示范。
参考文献：
[1] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[K].北京：机械工业出版社, 2002.9,471-573.
[2] 叶建斌, 陈雁.变电站环境噪声现场测试分析讨论[J]. 广东电力, 2005,(10):53-56.
[3] 余尤好，陈宝志.大型电力变压器的噪声分析与控制[J].变压器,2007,(6):22-26.
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