解析变电站直流融冰装置噪声控制

摘 要：直流融冰装置是2008年冰灾后由中国电力学院、湖南省电力设计研究院共同开发的新型装置，到现在已经在各大型变电站中广泛应用，来确保电网运行的安全。但该装置的投运也在一定程度上造成了变电站环境噪声排放的超标，所以还要进行治理。本文就通过介绍某500 kV变直流融冰装置的噪声治理过程，来说明工程设计所需要的原理和计算过程。

关键词： 声学； 直流融冰； 变电站； 噪声治理； 500 kV

中图分类号：TM63 文献标识码：A

某地500 kV变电站离市区7 km。是某省电网的一座枢纽变电站，既为周边电厂提供系统接入点，又承担着省与省电网的联络重任，是电厂的重点变电站。站内宁双5906线、德龙5916两条500 kV线路是该省电力支援上海的必经输电通道。为了确保低温下输电线路的正常运行，该变电站配备了直流融冰装置。

1 直流融冰装置简述

直流融冰装置的全称为直流融冰兼动态无功补偿装置，主要有装置总断路器、限流电抗器、融冰35 R1断路器、整流变、可控硅系统、平波电抗、50 Hz滤波器、融冰输出闸刀、换热风扇等系统组成。其运行原理为采用6相12脉可控整流电路，平时工作为无功补偿模式，正常输出无功范围是2～90 MW(容性无功)；当切换到直流融冰模式时，可以为覆冰线路提供 5 kA 的直流融冰电流。目前变电站已经投入运行，并且根据省电力试验研究院测试文件的显示， 位于站区东侧厂界附近的融冰兼动补装置区域噪声较大， 造成厂界超标现象。为确保厂界达到 《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008） 要求的二类标准， 就要对该区域的换热风扇的噪声进行控制。在2010年9月28日两次对站区主要设备及厂界噪声情况进行测试的结果显示，位于变电站东侧厂界的噪声超标情况比较严重，夜间最不利测点噪声值是70 dBA， 超标20 dBA。要想对这个区域的噪声进行控制，首先得对该区域的主要声源设备进行测试并分析排查，分析出噪声强度和频谱特性，比如按照图1进行测点布置，得出测试结果如表1。

图1 东侧厂界区域测点布置图

表1 直流融冰装置区域噪声测试频谱

通过现场数据采集及勘测发现，引起东侧厂界噪声超标的主要声源是位于直流融冰系统融冰保护室屋顶的6组换热风扇和两台整流变装置。其中整流变装置可以根据厂家及中试所介绍通过调试优化将其噪声值控制在70 dBA左右，不需要进行降噪治理。所以要想实现厂界达标，只要对具有较高低频特性的换热风扇进行治理即可。

2 噪声源特性分析

噪声源（换热风扇）是直流融冰装置配套换热器的核心组件，共6组12台风机，采用张家港富丽华通用设备厂提供的8号风机（800 FZL-F 9/9-5ZF-X25LS4D50），风机额定功率：3 kW，额定转速为4极——1 440 r/min，额定风量为20000 m3/h，额定风压为：200 Pa。12台风机运转时，产生的噪声主要包括空气的动力性噪声即气流噪声、传动齿轮噪声和电机噪声等几部分，其中强度最高，影响最大的算是空气动力性噪声。它包括风机叶轮旋转时周期性向外排气所成造成的压力脉动而产生的周期性排气噪声，以及气体涡流在风机叶轮界面上分裂时引起的涡流噪声两个部分。当在一定工况下运转时，高强度噪声分别从风机的进、排气口，机壳及管道等部位辐射出来。而根据本文中变融冰装置区域的换热风扇测试发现，其主要噪声是以位于换热风扇出风口的中低频空气动力性噪声为主，距离1 m处达到了90 dBA以上。

3 治理工艺

根据换热风扇的换热原理和噪声治理要求，厂界噪声必须从70 dBA以上降低到50 dBA以下，并确保隔声罩内具有足够的换热量。设计采用整体式隔声消声结构。具体措施为：将整个换热风扇平台设计成一个10510×5620×3000的隔声间，其中在东侧墙体设计进风消声器两套，型号为DF-SZP 1300，尺寸分别为3740×2200×1300和4570×2200×1300；设计出风消声器一台，型号为 DF-SZP 1300，尺寸为 8600×2300×1300，在出风消声器与换热风扇之间设计帆布连接段和混流段，方便检修和气体流通；并设计爬梯及顶部平台一套，并在爬梯顶部位设置隔声门一个，型号为DF-ADG80，尺寸为 800×1800；其他位置采用DF-XGSB50-B型吸隔声板进行围护。同时还要将南侧采用吸隔声板进行封闭，并预留一个1000×500的补偿风口，并配套可拆卸隔声板。详细工艺布置如图2，进出风消声器剖面图如图3。

图2换热风扇一体式隔声罩工艺布置图

图3 换热风扇一体式隔声罩剖面图

换热风扇通过上述治理后，就能实现对外噪声辐射降低20dBA 以上，并确保厂界噪声控制在50dBA以下。

4 设计计算及设备选型

4.1 阻力损耗验算

在这次设计中，保障新增设备的额外压力损耗低于现有风机系统的允许压力损耗是最关键的一个因素，这样才能保证设备能够在允许的范围内正常运行。通过对换热风扇各参数的分析，并结合部分经验数据，最终的计算结果表明：新增设备阻力损耗将不会影响现有风扇的散热功能。

消声器的压力损失计算分别见公式（1）、（2），将调查表和经验所得的相关数据代入式（1）、（2）之后就能求得阻力损失的大小是否满足换热风扇的压力损耗整体要求。

4.2 消声量计算

消声量计算的引用公式可以根据片式消声器的计算公式计算出各频段的插入损失，再将各频段降噪后的声压级通过相应公式计算出治理后的A声级，最终通过测量值和式2的计算值相减求出插入损失。通过噪声治理，一体式大型隔声间隔声罩内外降噪量达到了20 dB(A)以上， 厂界噪声得到明显的改善，对厂界噪声的干扰从71.5 dB(A)降到50 dB(A)以下，并且换热量满足设计要求，测试结果见表2。

表2 降噪效果实测表

5 总结

在对大型变电站噪声进行治理时，首先要考虑对其直流融冰系统的散热风扇噪声进行治理。并且实践证明本文的治理工艺无论从设计思路上、加工技术上还是施工安装上都是可行的。另外，通过项目的实施，我们也总结了一些工程实践经验，以便对以后的工程实施提供参考：在设计、施工前一定要对实施区域周边的所有设备进行摸底调研，防止因不了解变电站安全规程、设备使用要求等因素而造成的设计、施工不可行现象；施工完毕后，要做好风扇设备进出风口的冲洗工作，壁面因风扇自身进出风口因施工粉尘堵塞而造成的风扇散热效果失效现象，更严重的情况是盲目的认为隔声间散热不够而拆除隔声罩而导致噪声超标。

参考文献：

[1] 沈保罗噪声和电声测试技术[M] 汕头大学出版社，1989.

[2] 吕玉恒、王庭佛噪声与振动控制设备及材料选用手册[M] 机械工业出版社，1999.

[3] 马大猷噪声与振动控制工程手册[M] 机械工业出版社，2002.

[4] 商景泰通风机实用技术手册[M] 机械工业出版社，2005.

[5] 陈秋、李振海变电站噪声防止方案研究[J] 电力环境保护，2006，22