(1. 国网天津市电力公司经济技术研究院 天津 300171；2.沈阳环境科学研究院 沈阳 110167 )
摘要：本文从占地面积、设备选择、平面布局等方面对天津地区两处220kV城市变电站进行对比分析，结合现场实测及噪声排放标准，找出变电站主要噪声源，提出相应的降噪措施，通过噪声实测结果对比分析两处变电站平面布局、建筑设计等方面的优劣，得出通过平面布局优化设计及壁面吸声、隔声处理可以有效降低220 kV变电站站界噪声的结论。
关键词：变电站；噪声；平面布局
0前言
随着我国城市化进程的快速发展及人民生活水平的提高，城区用电负荷迅猛增长。但由于城市用地资源的紧缺，城市变电站选址的难度越来越大，导致大量变电站布点深入到城市中心，造成部分变电站与居民住宅的距离较近[1, 2]。而随着我国环保法律、法规的完善和公众环保意识的不断提高，公众对自身环境的要求不断提高，致使城市变电站的环境污染问题，特别是噪声污染问题，成为了公众关心、媒体关注的热点问题。
以天津市A和B两家220kV城市变电站为例，对变电站在运行过程中的噪声排放水平进行对比分析，阐述在有限的地块内，如何优化电气总平面布置，以达到变电站站界噪声水平达标的目的。
1变电站概况
A 220kV变电站位于天津市滨海新区塘沽区，终期规模主变容量为3×240MVA；电压等级为220/110/35kV；220kV侧采用带断路器的线路变压器组接线，进线3回；110kV侧为单母线三分段接线，出线12回；35kV侧为两组单母线分段接线，出线24回。
一期规模主变容量为2×240MVA，220kV侧为带断路器的线路变压器组接线，进线2回；110kV侧建设一组单母线分段接线，建设6个出线间隔，预留2回出线间隔，预留出线间隔建设母线侧隔离开关以方便将来扩建； 35kV侧建设一组单母线分段接线，建设16个出线间隔(其中2回间隔本期做临时勾线用)。
B 220kV变电站位于天津市河西区，主变容量为3×150MVA；220kV采用户内GIS组合电器设备，220kV最终规模采用3组独立单母线单元接线，进、出线6回，本期5回。35kV采用3组单母线分段接线，本期工程按最终规模一次完成建设。
B 220kV变电站为全户内系统中转站，整体考虑为220kV配电装置区、主变区、开关室区、并联电容器和电抗器区、二次设备区等几个粗放模块，220kV采用户内GIS组合电器设备，位于变电站西侧，电缆进、出线由电缆夹层直接由西侧出入。至主变压器的220kV电缆采取由变压器室底部有利位置连接主变压器。主变压器采取本体与散热器分开的原则，使主变本体室内相对封闭，利于减少其低频噪声。片式散热器在相邻房间设置，热量由屋顶部排出。三台主变于变电站建筑南侧一字排开，使35kV、10kV母线更便于连接。将三相叠放的10kV限流电抗器集中布置，既方便母线连接，又利于减少干扰。
35kV、10kV开关柜集中在一个开关室布置，为充分利用空间，将站用变压器、站用低压开关柜同时纳入。10kV开关柜集成电阻器、接地变于一体，节省空间，连接可靠。整体布置减少了不同设备分别布局的凌乱，增强模块化功能。35kV、10kV开关室整体作为一个功能模块，于变压器间北侧布置，空余空间用于楼梯间等其它功能区。35kV、10kV并联电容器组，35kV并联电抗器采用组装式成套装置，按组构成电容器室或电抗器室，根据土建结构柱间距形成功能块，设置于三层，减少占地。
2总平面布置方案及特点
A变电站总平面布置为长方形(围墙东西长52.5m，南北长82.0m，围墙中心线以内占地面积为4305m2)，变电楼布置在站区中部。主变压器、散热器位于变电楼东侧。为减少建筑面积，并保证设备有良好的通风效果，将主变散热器设计为户外敞开式布置，该房间不设维护墙及屋面板。两个出入口均位于站区南侧，消防泵房设置在半地下夹层中，事故总油池及消防蓄水池布置于站区北侧。
B 220kV变电站设一座综合建筑，主变压器及配电装置均置于该建筑物内。站区室外设有总事故储油池、化粪井、排水井等地下构筑物。建筑物的主变压器及其散热器室外墙面向东侧，以利通风散热。变电站共设三个出入口，围墙采用2.5m高实体围墙。围墙外廓总长度94.28m，围墙外廓总宽度71.41m。围墙内占地呈矩形5588.18m2。变电站噪声源主要有主变压器、电容器、冷却装置等。
3变电站噪声源分析及降噪措施
3.1 噪声源分析
220kV变电站一般没有高压电抗器，主要噪声源为变压器，其次是电容器和配电装置的电磁噪声、进出线的电磁噪声和放电噪声。实践表明，影响220kV变电站站内环境和厂界环境噪声的设备主要为变压器及配套的冷却设备[3]。
在变电站中使用的大型变压器主要是油浸式，这种电力变压器由铁芯、带有绝缘的绕组、变压器油、油箱、油枕、吸湿器、净油器、绝缘套管、安全保护装置、调压装置、冷却装置等构成。铁芯和绕组是变压器进行电磁转换的有效部分,是变压器的器身；变压器油则作为绝缘的介质,并与冷却器配合对变压器进行散热。而电力变压器产生噪声的三个因素正是铁芯、绕组和冷却装置，即变压器在空载、负载和冷却装置运转时引起的噪声之和。
冷却器是主变压器噪音的另一个主要来源，冷却器噪声主是由变压器冷却风扇运行时产生的噪声，即空气动力性噪声。还有冷却器本身振动及冷却器与支架之间所产生的振动，及油泵运行时产生的噪声等。其中轴流风机的启动与否，启动的台数都对变压器总噪音有很大的影响。正常情况下，一台功率0.55kW，转速720rpm的轴流通风机发出的噪音可以达到60dB(A)，一台强油风冷的180000kVA的主变压器运行时需投入4台风机，其产生的噪音可想而知。
3.2 降噪措施
在规划变电站布局时期，对主变压器或者电抗器户外布置的变电站，应将主要噪声源布置在变电站的中央，并使噪声的主要辐射方向避开站外噪声敏感区域，从而使其对站界处噪声影响降至最小[4]。
对已经建成的变电站，将原本放置在户外的变压器改置于户内，是最简单、最快捷，也是成效最好的一种措施。主变户外改户内并不是把变压器由室外搬到室内，而是在变压器原有的基础上，从外部修建一座隔音室，把整台主变包裹起来。变压器安放室内时，由于主变防火墙和主变大门会反射噪声，反而会使噪声增加。所以，变压器改户内时，应将变压器房将平时供运行检修人员通行的门改为特别制作的防火隔音门，普通门换成隔音门后，增强了门的隔音量。声音不仅仅会通过空气传声，还会通过结构传声，通过将不需开口的窗户全部封闭，变压器房内的墙壁、吊顶全部做吸声处理。在变压器房内的墙壁依据变压器及风机运行时的噪音频谱特性，采用具有较大吸声能力(≥0.2)的材料对墙面涂覆处理，增加墙壁的隔音量和吸音量，提升吸声系数。隔音壁能把变压器的部分噪声反射回去，把部分噪声吸收掉，从而起到降低噪声的作用，使传播出来的噪声明显降低。
同时为了保证变压器的散热通风，在下层安装消声百叶窗，风道上方安装低噪音风机，从而消除风口的噪音，并保证变压器的正常运转。经过封闭处理，可以把变压器的对外噪音控制在50 dB(A)以下，同时有效的减少低频噪音的传播，满足了环境的要求[5]。
4噪声监测方法
变电站站界噪声的测试方法按照国标《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)规定的方法进行，在主变通风窗口、百叶窗外及站界外四周布置多个测点进行噪声监测，测量点位于围墙外1 m，且探头高于围墙0.5 m处。测量时间为昼夜各一次，测量仪器选用了AWA6218A型噪声统计分析仪，采样时间间隔不大于1 s，记录其1 min等效连续A声级测量值。
5监测结果
图1 A220kV变电站噪声监测点位图
图2 B 220kV变电站噪声监测点位图
根据天津A 220 kV变电站变压器的噪声实测数据可知，室内安装的220 kV变压器通风窗口处的噪声级约为59.4～68.1 dB(A)，百叶窗外的噪声级约为64.6～70.1 dB(A)，详见表1所示。变压器的噪声主要通过下部的进风百叶窗和上部的通风窗向外传播，由监测结果可知，百叶窗的隔声量小于通风窗的隔声量。监测点Z4的监测值远小于通风散热通道，说明墙体的土建结构隔声量较大，透射声忽略不计。由表2可知，B220kV变电站南厂界及西厂界由于受交通噪声的影响，4#及6#点位噪声监测值偏大，其余监测点位噪声级接近，可以初步断定变压器四个侧面都向外辐射噪声，且强度接近。
B变电站东厂界（1～3#测点）声环境主要受该站变压器运行噪声及小区社会生活噪声的影响，昼夜间厂界噪声均低于《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)中1类相应标准值。北厂界（8#测点）声环境主要受站外道路交通噪声的影响，昼夜间厂界噪声均低于1类相应标准值。
南厂界（4#测点）声环境主要受站外道路交通噪声的影响，昼夜间厂界噪声均低于4类相应标准值。
西厂界（5～7#测点）声环境主要受站外道路交通噪声的影响，6#测点昼夜间厂界噪声均低于4类相应标准值；5、7#测点与站外道路之间有高过三层的建筑，执行《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)中1类标准要求，昼间厂界噪声均为53dB(A)，低于1类昼间标准值，夜间厂界声级均为49dB(A)，超过1类夜间标准值，超标原因为交通噪声影响。
综上所述，平面布局优化设计及壁面吸声、隔声处理可以有效降低220 kV变电站站界噪声，对改善变电站噪声环境起到至关重要的作用。A变电站除主变散热器和并抗散热器外，其他电气设备都安装在综合建筑物内。主变本体与散热器分开布置，主变分别设于单独的房间内，主变散热器分别设于单独的室外间隔内，当达到一定温度才启动，大大降低了噪声排放。B变电站也按全户内布置，220kV采用户内GIS组合电器设备，主变压器采取本体与散热器分开的原则，使主变本体室内相对封闭，利于减少其低频噪声。片式散热器在相邻房间设置，热量由屋顶部排出。三台主变于变电站建筑南侧一字排开，使35kV、10kV母线更便于连接。
A变电站占地面积4305m2，B变电站占地面积5588.18m2，A变电站的占地面积远小于B变电站，充分利用了有限的土地资源，减少了土建投资，节约了宝贵的国土资源，在城市用地越来越紧张的今天，A变电站是目前城市变电站的最佳选择。但是，A变电站从设计上侧重散热及外形美观将变电站墙体设计成镂空形式，忽视了变电站隔声的需求。
6结论和建议
变电站电气总平面布置是整个变电站设计的一个重要组成部分，一个变电站的设计方案是否合理主要也是表现在电气总平面布置上，因此，电气总平面布置在变电站设计中占据重要的位置。在电气总平面布置上，从占地面积、主变压器运物通道、电缆沟走向、运行维护、美观程度、线路出线走廊等方面考虑电气总平面布置图。目前，城市用地紧张，人们环保意识加强，设备运行可靠性提高，GIS设备价钱趋于合理化，城市变电站已逐步淘汰了占地面积比较大的户外常规设备布置的变电站，推荐采用占地很小的GIS变电站。
在保证变电站功能性、经济性的前提下，通过对变电站平面布置进行合理调整，依靠建筑物自身对噪声的屏蔽、遮挡作用，降低变电站站界处噪声，从而减少变电站噪声排放。对于变电站来说，采取全封闭建设是最佳选择，但对于半全封闭变电站，将变压器重新包围起来是个不错的方案。
参考文献
[1]王成芳，杜天苍. 城市变电站选址面临的尴尬及其对策思考[J].规划师，2008，24（2）：42-45.
[2]秦建新. 建设环保型变电站是城市电网发展的必然趋势[J].华北电力技术，2005，40（7）：36-39.
[3]郭天兰，王洪峰，肖旭亮. 220kV变电站噪声水平分析及控制措施[J]. 山西电力，2011，2（165）：7-10.
[4]孙宇晗，莫娟，曹枚根，张霞.基于噪声控制的变电站平面布置优化设计[J]. 电力建设，2013，34（12）：18-23.
[5]潘家玮.变电站的噪声分析与降噪控制策略研究[D]. 华南理工大学, 2014.11.
作者简介
张顺先(1979－)，男，高级工程师，本科，主要从事电网可研及环保管理工作。
刘梦璇(1985－)，女，工程师，博士，主要从事电网项目可研及环保管理工作。
季兰(1980－)，女，工程师，硕士，主要从事环境影响评价工作。
杨昕亮（1987- ),男，助理工程师，硕士，主要从事电网可研及环保管理工作。
马云飞（1984- ),男，工程师，本科，主要从事电网环保管理工作。
论文作者:张顺先,刘梦璇,季兰,杨昕亮,马云飞
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/17
标签：噪声论文; 变电站论文; 变压器论文; 户内论文; 母线论文; 平面论文; 散热器论文; 《电力设备》2016年第22期论文;