山洞内运行变压器噪声超标的分析和改进

山洞内运行变压器噪声超标的分析和改进

丁孝龙

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摘要：利用水资源进行发电的电站根据河流分布的特点多依山靠水建于山区之中，考虑到综合成本，此类水电站在工程方案设计时，将变压器等设备内置于利用山体修建的洞体中，是综合效益分析合理的选择，而在山洞内运行的变压器周围的噪声水平取决于变压器本体制造噪声水平与洞体内消音措施，文章通过一起水电站山洞内变压器噪声分析，阐述了影响洞体内变压器噪声的因素及改进建议。

关键词：水电站，变压器，噪声分析，声级测量，噪声治理

1 水电站变压器布置概述

文中涉及水电站为地下式电站，机组6台,总装机容量2160MW；变压器由18台单相DSP-140000/500变压器组成6台三相变压器组，布置在地下厂房山洞内，洞体全长203米、宽16米。变压器之间用防火墙分隔成变压器室，变压器室宽9.5米、深9米、高12米；变压器低压侧采用离相封闭母线与发电机连接；高压侧与550kVGIS连接。设备声级水平要求根据GB/T 1094.10的测量方法和规定，额定负荷下全部冷却器、油泵投入运行，在距离设备2米处测量，变压器和冷却器的声级水平不大于75dB（A）；变压器出厂前声级测量值为61.1dB(A)；水电站变压器室内噪声实测数据参见下表1：

2 现场噪声超标的原因分析

2.1 变压器噪声由变压器本体及其冷却系统产生的电磁性、机械性和空气动力性噪声组成，变压器本体噪声其中主要组成部分，本体噪声又是由铁芯硅钢片的磁滞伸缩振动和磁力动态振动引起的电磁性噪声，其频谱峰值一般在100Hz-500Hz，以中低频为主，具有穿透力强、传播距离远、衰减慢的特点，变压器噪声频率图谱见下图1。变压器及其冷却装置是直达声（噪声源），都是由设计、结构和工艺水平保证，最终通过声级试验来验证设备的噪声水平。

图1 变压器噪声频率图谱

2.2 山洞室内反射声（混响声），变压器室内的反射声波是由于地下厂房深埋于山体之内，变压器室内是相对封闭的空间，声源产生声音经过天花板、墙壁和地面表面多次来回反射形成反射声，叠加增加变压器室内的声级；一个混响声场中反射引起声级增加值近似计算公式：

2.3 多台变压器同时运行时合成噪声，主变室内多台变压器同时运行，n处声源叠加组成的合成噪声；多声源叠加计算方法见下式，计算可以得出n处声源叠加对变压器室声级增加的影响值。

3 噪声模拟计算

3.1 变压器室反射（混响）声的计算，根据上述2.2项中公式计算。

10×lg[1＋4×（1-0.01）×191.2/（0.01×625.72）]=20.9 dB(A)

变压器出厂时的声级值（单相）61.1dB(A)，也就是变压器安装完成后，因变压器室的反射（混响）会使变压器噪声增加20.9dB(A)，由61.1dB(A)上升到82dB(A)。

3.2 多台变压器同时运行时的噪声叠加计算，现场的噪声实际测量没有运行的6#变压器在其它产品运行时的噪声为75.1dB(A)，可以认为其它产品的噪声到达不发声产品位置时，噪声水平为75dB(A)，即叠加噪声为75dB(A)，根据上述2.3项中公式计算得出叠加噪声83.5dB(A)。

10×lg（100.1×75+100.1×82+100.1×75）=83.5dB(A)

4 结论与改进建议

根据以上的分析和计算，笔者认为变压器出厂时噪声为61.1dB(A)，而现场实际测量平均值为85dB(A)，通过反射声和声源叠加影响的计算，变压器噪声从出厂的61.1dB(A)提高到83.5dB(A)，计算值与实际测量的平均噪声85dB(A)已非常接近；噪声提高22.4dB(A)，造成这种现象的原因是变压器室构造、室内的回声（反射声）的影响，将噪声提高了约20.9dB(A)；同时因18台单相产品同处一室，相互之间的噪声叠加影响，对某台变压器而言也会有1.5dB(A)的增加。

地下水电站厂房中水轮发电机组、风机、变压器等，在运行中都会产生噪声，由于地下厂房深埋于岩体内形成相对封闭的空间，内表面又是吸声系数较低的混凝土和水泥砂浆抹面，声波在洞室内部多次反射，声能衰减缓慢，混响声级很强。因此，地下厂房的噪声比地面厂房相对要高。运行人员常常反映长期在地下工作身体感知不舒适，噪声影响到运行人员身体健康和工作效率，因此，地下水电站厂房设计时应对噪声的影响引起重视，降低对环境污染和人体的危害。

变电站噪声治理主要从噪声源和传播途径两方面进行。降低主变变压器运行噪声，降低变压器本身的噪声（噪声源）是最有效、最彻底的主动控制手段。变压器噪声设计控制包括变压器本体噪声设计计算、冷却装置噪声设计计算、隔声或消声结构的设计计算等方面，设计计算出合成噪声后，将噪声计算值与用户协议值进行比较，求得最为经济的噪声设计方案。采用隔声、吸声、消声、隔声、隔振等技术是抑制和降低主变变压器本身噪声对周围环境的影响。

综合上述的分析，笔者认为消除变压器本身噪声源头，从变压器设计的选择铁心磁密时应开始考虑，此举必定会增加变压器的制造成本，但又是从根本上降低变压器噪声最为有效的方案。

变压器本体降噪结构和外部抑噪措施，由变压器制作公司采用在油箱内结构件增加减振垫、油箱内壁增加消音等措施、水电站建设设计时洞体壁采用内饰吸声砖或隔音泡沫等措施，均可以有效消除声源的反射与叠加，进而达到降低变压器运行噪声的目的。

参考文献：

[1]杨述仁、周文铎等.地下水电站厂房设计[M].北京:水利电力出版社.1993

[2]姚志松、姚磊.变压器节能方法与技术改造成运用实例[M].北京:中国电力出版社.2009