变压器高频噪声治理变压器低频噪声治理
吴光明
[摘 要]本文淺析变电站噪声结构与治理方向、利用吸声材料治理低频噪声的机理与应用，以及变电站低频噪声的实际治理应用。
[关键词]变电站；低频噪声；吸声治理
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）27-0023-01
引言：交流变电站和高压直流换流站产生的噪声影响近年来也引起诸多纠纷和投诉事件，并且逐年增多。因此，其噪声影响和治理已经成为了输变电工程建设中所必须要考虑的问题了。根据国家颁布的强制性噪声排放标准《工业企业厂界环境噪声排放标准》，这对变电企业也提出了更高的要求，同时增加了严格低频噪声的限制。在此，就有关噪声治理的问题进行探讨。
1 变电站噪声结构与治理方向
1）噪声结构。变电站产生的噪声，主要是由变压器、电抗器、滤波器和风机冷却设备产生的，其中风机噪声则以中高频噪声为主，而变压器、电抗器和滤波器产生的噪声则以63～500Hz倍频程范围内的低频噪声为主。对于换流站，噪声源主要为换流变压器、电抗器和电容器产生，频谱特性表现为中低频。
2）噪声治理方向。治理变电站噪声，可从噪声源和传播途径进行。降低本体噪声技术难度大，费用也高，降噪水平还有限。所以主要采用隔声、吸声并重的治理措施。对室内变电站可在构筑物、墙面敷设吸声材料降噪；对户外变电站和高压直流换流站，可依据频谱特性、噪声水平和敏感点位置采用吸声、隔声的隔声屏。只要选择性能好的隔声材料和吸声材料，隔声屏效果就能达到环保限值。当噪声控制水平要求较高时，可将主要噪声源设备整体隔离封闭，以降低辐射噪声。当前治理难点主要是低频噪声，因波长较大，随距离衰减缓慢，对普通建筑物穿透力还强。单一隔声是针对中高频噪声，但对低频降噪效果却不理想。因此，治理低频噪声时，吸声材料的合理使用很关键。
2 利用吸声材料治理低频噪声的机理与应用
对吸声结构而言，具有较强吸收声能、减低噪声性能的材料组成，则能取得较好的效果。一般情况下，将吸声系数大于0.2的材料称为吸声材料。鉴于变电站噪声特点和环境，在选用吸声材料时要考虑具有高的低频噪声吸声系数和良好的耐候性方才合适。
1）传统吸声材料降噪特性。早期的吸声材料如植物纤维及其制品等，它在中、高频范围具有良好的吸声性能，但防火、防腐、防潮等性能较差，使用时还易受环境限制，所以不适宜变电站使用。以前多用矿物质棉，如岩棉、玻璃棉等吸声材料，但其最大特点为成本低廉，但对500Hz以下低频噪声吸声系数较低。近年来像特高压三峡政平换流站，则采用了吸声板为岩棉+保护板的“Box in”降噪装置。而矿物质棉在施工中易引起纤维尘，导热系数也低，不利于散热，同时其吸声板的耐候性和抗气流冲刷性也较差，更不适宜户外使用。随着标准要求越来越高，传统吸声材料也不能满足更高的噪声治理要求了。
2）新型吸声材料降噪效果。如今重点工程或对噪声控制有特定要求的，都采用了新型吸声材料，如吸声喷涂材料、泡沫金属及金属纤维等，现较为先进的吸声材料有国外进口产品。①吸声喷涂材料：它是利用吸声植物纤维与水基型胶粘剂拌和后，经空压泵直接喷涂的一种新型环保吸声材料（美国K-l3系列）。对中低频噪声吸声系数高，但传热差、成本高、易老化、不易回收，所以不适合变电站吸声降噪。②泡沫金属：它从结构上可分闭孔和通孔，常用的多为闭孔结构。基体金属包括铝、镍、铜、镁等及其合金。它的吸声性能受很多因素影响，以泡沫铝为例，随着孔的分布均匀、孔径的减小及孔隙率的增加，各频段的综合吸声系数均有增大的趋势，并随着厚度的增加，吸声效果较好的频率范围向低频方向扩展。具有强度高、耐高温、耐腐蚀性及良好的阻尼特性等特点，被广泛应用。该材料也不适合变电站大规模推广应用。③金属纤维材料：它是一种新型实用吸声材料，其包括铝纤维，铜纤维，不锈钢纤维等，特点在于强度高，传热快，耐候性能优异，可用于音乐厅等壁面隔音，室外高架轻轨道路、冷却塔、变电站等作声屏障较为理想。单一金属纤维材料具有良好中高频吸声性能，但对低频效果并不理想。近年通过调整纤维直径、孔隙率、形状及对金属纤维进行复合化研究，可明显改善了低频吸声性能。铝纤维因其密度小，用料省，耐蚀性好，工艺简单，因而应用综合成本低，且铺设厚度小，便于布置，比其它金属纤维拥有更大优势。根据国外使用看，铝纤维吸声材料适用于变电站。内部核心材料（如铝纤维毡）价格昂贵，对变电站低频噪声的吸声效果仍要改进。
3）吸声结构与复合吸声体。在吸声结构上，根据微穿孔板共振吸声结构的理论基础，其利用亥姆霍兹共振器原理，由颈内空气有效质量和容器内空气弹性组成的一维振动系统，通过与低频声波发生共振消耗声波的声能量。根据对微穿孔板吸声结构的计算和实验，当微穿孔板参数一定时，随着板后空腔厚度的增加，理论计算和实验测得的共振吸声系数对应的频率都向低频移动了。但是，实际应用中可根据需要采用单层或组合式微穿孔板吸声结构。对并联微穿孔板吸声系数的测量发现，其吸声系数出现两个吸收峰值，使得吸收性能有较大提升，且频带宽。微穿孔吸声结构还可与多孔吸声材料复合使用。对不锈钢金属纤维加穿孔板的复合结构，这相当于增加了板后空腔深度，增加了穿孔板的声阻，使吸声峰值频率向低频移动。它还具有良好的低频吸声特性，且频带宽，对变电站低频噪声可起到有效隔离、吸收削减。
3 变电站低频噪声的实际治理应用
由于矿物质棉对环境危害大，欧洲发达国家大幅降低了其使用，取而代之的是新型吸声材料（吸声喷涂材料、泡沫金属、金属纤维等）。变电站噪声治理的关键是低频噪声。最大频率范围是63Hz、125Hz、250Hz和500Hz倍频带。尤其在250～500Hz频段，噪声贡献值最高，达到70dB以上；随频率上升，噪声值逐渐降低，在2000Hz频段仅40～50dB。因此，综合吸声材料/结构的研究应用，对变电站可以兼顾利用铝纤维吸声板、微穿孔板的吸声特点，制定出比较合理的降噪方案，即采用铝纤维吸声板与微穿孔板复合的吸声结构低频噪声治理。比如铝纤维吸声板采用4层结构，分别为2层铝板网、1层铝纤维毡、1层铝箔。铝板网层用于保证声波的传入，纤维毡与铝箔在于使声波能量衰减达预期效果。铝纤维吸声板对低频噪声有较好效果，吸声系数在20mm空气层条件下，对63～500Hz倍频程范围内的低频噪声可达到0.4。也可合理组合微穿孔板和铝纤维吸声板的前后顺序，实现提高对500Hz以下低频吸声。对耐候性铝纤维吸声板也较好。
结束语：总而言之，吸声材料/结构的吸声系数对噪声治理的效果非常重要，其复合组合吸声布局对成本也影响很大。采用铝纤维吸声板与微穿孔板复合进行低频噪声治理的优势：①对63-500Hz倍频程范围内低频噪声具有较高的吸声性能，中高频宽频吸声效果也好，配合隔声材料能取得较好的降噪效果；②由于金属铝质结构，质量小，便于安装布置，在变电站低频噪声治理时综合成本也低，且具有良好的技术经济性；③有一定的机械强度，也不受气候环境影响，高湿度地区吸声系数不会因潮湿下降，传热效果也好，利于设备散热，并具有良好的耐候性，使用寿命长，安全环保，还能回收利用。
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