CN111767638A - 一种户外变电站隔声罩模块化设计方法 - Google Patents

一种户外变电站隔声罩模块化设计方法 Download PDF

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田一
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樊超
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聂京凯
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谭毅
周俊东
李章玉
何强
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Abstract

本发明涉及一种户外变电站隔声罩模块化设计方法。所述户外变电站隔声罩模块化设计方法包括按照相关标准要求，在声源设备周边和变电站站界布设测点，进行噪声测试分析，掌握1/3倍频程频谱和A计权声压级；根据国标规定站界噪声声压级限值，计算获得该变电站的需求降噪量；根据所述计算得到的需求降噪量，结合设备安全运行和散热需求，进行隔声罩隔声模块、吸声模块和消声模块设计；通过变电站现场实勘，测量获得声源设备的长宽高尺寸，结合安全距离和检修巡视的距离要求，确定隔声罩的尺寸。该户外变电站隔声罩模块化设计方法极大的简化了设计步骤，避免了“量体裁衣”式设计的繁琐步骤，提高了设计效率。

Description

一种户外变电站隔声罩模块化设计方法
技术领域
本发明提供一种户外变电站隔声罩模块化设计方法，涉及变电站隔声罩技术领域。
背景技术
户外变电站中，主要声源设备的噪声排放通路较多，缺少主变室等建筑物的遮挡，噪声衰减缓慢，很容易引起噪声投诉。在户外变电站进行噪声治理时，常用的降噪措施为声屏障与隔声罩。但声屏障的防护范围有限，很难保证四面站界噪声全部达标。
隔声罩是将噪声源封闭在一个相对较小的空间内，以降低噪声源向周围环境辐射噪声的一种装置，常用于噪声源比较集中或仅有个别噪声源的强噪声设备。具有体积小、用料少、效果显著的优点，但是噪声设备加了隔声罩以后，需要考虑设备运转时的通风、散热问题。同时，安装隔声罩可能对检修、操作、监视等带来不便。经多年降噪技术的发展，隔声罩的应用设计已形成相对完善的流程体系。现行的设计标准主要为《GB/T 19886-2005声学隔声罩和隔声间噪声控制指南》，该标准对隔声罩内声传播途径、各类型隔声罩插入损失的计算、隔声量的测量和隔声罩整体组装等作出详细规定。但此类设计方法采用“量体裁衣”的设计模式，计算工作量大，设计效率低；在前期设计中，技术人员往往依据现有工程经验进行材料的选择，没有充分考虑变电站噪声低频特征。为此，本技术方案提供的隔声罩设计方法，极大的简化了隔声罩设计步骤，并针对变电站噪声特性，为降噪模块的材料、结构设计提供了有效指导。
发明内容
本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是针对户外变电站噪声特征和设备安全运行、散热需求，提供一种解决以上问题的户外变电站隔声罩模块化设计方法。具体地，本发明避免常规“量体裁衣”式设计的繁琐步骤，实现厂界噪声排放达标。
本发明技术方案是：一种户外变电站隔声罩模块化设计方法，包括：
按照相关标准要求，在声源设备周边和变电站站界布设测点，进行噪声测试分析，掌握1/3倍频程频谱和A计权声压级；
根据国标规定站界噪声声压级限值，计算获得该变电站的需求降噪量；对于在役变电站，降噪量＝站界噪声声压级-国标规定站界噪声声压级限值；对于新建变电站，降噪量＝招标规范要求的近场噪声值-传播至站界衰减值-国标规定站界噪声声压级限值；
根据所述计算得到的需求降噪量，结合设备安全运行和散热需求，进行隔声罩隔声模块、吸声模块和消声模块设计；
通过变电站现场实勘，测量获得声源设备的长宽高尺寸，结合安全距离和检修巡视的距离要求，确定隔声罩的尺寸。
进一步地，所述隔声模块采用双层刚性材料+中间阻尼填充材料的结构形式，影响其降噪量的关键参数包括刚性材料与阻尼填充材料厚度。该刚性材料为镀锌钢板，可选厚度为0.5mm、1.0mm或1.5mm；该阻尼填充材料为容重48kg/m3的超细玻璃棉，可选厚度为50mm、100mm或150mm。通过隔声量测试，已获得隔声模块不同厚度组合下，在1/3倍频程处的降噪量。如下表所示。
表1隔声模块的降噪量
Figure BDA0002504853220000021
Figure BDA0002504853220000031
进一步地，所述消声模块，安装于隔声罩进排风通道处，控制通过该通道向外传播的噪声。影响消声模块降噪量的关键参数包括：消声模块的长度、消声片厚度和消声材料容重。消声模块可选长度为1000、1500或2000mm；消声片可选厚度为50、100或150mm；消声材料可选容重为30、40和50kg/m3。通过消声量测试，现已掌握不同参数组合下消声模块的降噪量，如下表所示。
表2消声模块的降噪量
Figure BDA0002504853220000041
Figure BDA0002504853220000051
除降噪需求外，消声模块需满足设备散热需求，可根据《GB/T 6451-2008油浸式电力变压器技术参数和要求》对损耗的规定，计算通风量。通风量与变压器负载对应关系如下表所示。
表3户外变电站设备散热风量参考值选用表
Figure BDA0002504853220000052
进一步地，所述吸声模块，安装于隔声罩内壁，组成“内吸外隔”的复合声学结构，用于消除罩内“驻波、混响”效应，同时可强化声学密封效应，吸收低频噪声。影响其降噪量的关键参数包括吸声模块的面积比例、吸声材料的降噪系数和罩内混响时间。吸声模块可选面积比例为10％、20％、30％和40％；吸声材料可选的降噪系数为0.6～0.7、0.7～0.8或0.8以上。在完成隔声罩尺寸设计后，可通过仿真分析计算混响时间。通过吸声降噪测试，现已掌握不同参数组合下吸声模块的降噪量，如下表所示。
表4吸声模块的降噪量
Figure BDA0002504853220000061
将上述三类降噪模块组装为隔声罩，最终降噪量＝吸声降噪量+min(隔声降噪量，消声降噪量)。如降噪量未达到需求指标，则需对吸声、隔声和消声模块的材料、工艺参数进行调整。
本发明的有益效果是：
1、本发明技术方案有效关联了降噪量与隔声罩材料、工艺参数，可根据声源设备噪声测试结果，掌握其1/3倍频程声压级，据此查阅隔声、吸声和消声模块降噪量表格，设计相关材料、工艺参数，实现了定量化降噪，避免了技术投入过剩；
2、本发明技术方案将隔声罩设计分解了隔声模块、吸声模块和消声模块设计，相较于常规的隔声罩标准，极大的简化了设计步骤，避免了“量体裁衣”式设计的繁琐步骤，提高了设计效率；
3、本发明技术方案充分考虑了设备安全运行、散热和降噪需求，所用降噪材料成本较低，具有很高的性价比。
参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明技术方案的流程图；
图2为实施例1中测试获得的变压器近场噪声频谱图；
图3为实施例1中测试获得的变电站站界噪声频谱图；
图4为实施例1中隔声罩的俯视图；
图5为实施例1中隔声罩的侧视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
下面结合附图，对根据本发明所提供的户外变电站隔声罩模块化设计方法进行详细描述。
实施例1：某500kV变电站为典型的户外变电站，该变电站的主要声源设备为3座主变压器，主变中间由防火墙分隔。三台变压器的额定容量均为200MVA。依据GB/T 15190声环境功能区分类，该站应划分为II类声环境功能区，依据GB 12348噪声排放限值要求，该站昼间噪声应达到60dB(A)以下，夜间噪声应达到50dB(A)以下。
如图1-5所示，一种户外变电站隔声罩模块化设计方法，包括如下技术方案：
1、变电站声源设备噪声和厂界噪声测量。按照GB/T1094.10-2003《电力变压器第10部分：声级测定》的规定，采用声级计，在变压器周边布设测点，测量变压器的近场声压级。本次测量时风机未启动，测点距离变压器0.3m。按下式计算各声源设备近场噪声声压级：
Figure BDA0002504853220000081
式中，Lw为叠加后的总声压级，i为测点个数，Li为第i个测点的声压级。根据该公式计算可知，声压级为78.2dB(A)。变压器噪声频谱特征如图2所示。
按照GB12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》，在变电站厂界布设测点，测量站界声压级，按照上述公式(1)进行计算，站界声压级为60.9dB(A)。该变电站站界噪声频谱特征如图3所示。
2、需求降噪量的计算：为满足昼夜间站界噪声排放需求，整体降噪量指标为60.9-50＝10.9dB。为避免环境噪声、电晕噪声等干扰，降噪量指标应保留一定的裕度，最终确定为13.9dB。根据变压器近场噪声频谱可知，低频噪声主要集中于0～250Hz，在250Hz时达到68dB，故该频率的降噪量为68-50＝18dB。
3、隔声罩尺寸设计：根据变电站实勘结果，变压器两侧均设有防火墙。变压器尺寸为4.85×4.059×3m，防火墙间距为10m，高度为5.2m。为保证安全距离，隔声罩最终尺寸为9.7×8.05×5m。隔声罩的俯视图如图4所示，侧视图如图5所示。
4、隔声罩的隔声模块设计
主变隔声罩的隔声模块设计，主要针对主变前方和顶部无遮挡空间进行有效的隔声降噪处理。由于主变与外界的声能交换主要通过上述空间路径传播，因而有效针对声能交换路径进行隔声降噪设计，已成为本次噪声控制的关键环节。其隔声降噪设计的目的在于利用隔声材料措施，消除主变设备低频噪声向外界传播的可能性，降低低频噪声的幅值水平，实现变电设备噪声的有效控制。本次降噪量指标为13.9dB，同时根据设备近场噪声频谱分析可知，变压器噪声主要分布在250Hz、500Hz，在250Hz声压级接近70dB。为尽量提升对低频噪声的隔声效果，通过查询表1，本次隔声设计选用0.5mm厚隔声外板与50mm厚阻尼材料组成隔声结构。各频段降噪量如表5所示。
表5变电站隔声模块在各频段下的降噪量
Figure BDA0002504853220000091
查询上表可知，0.5mm厚镀锌钢板+50mm厚阻性填充材料的平均隔声量达到28.4dB，250Hz降噪量达到22.3dB，可满足降噪需求。
5.隔声罩的消声模块设计
在环境温湿度较高且设备负载较大的情况下，主变通常会产生较大的热量，如果热量持续堆积在主变隔声罩内，就会对变电设备产生不利影响。为此，需要综合考虑通风散热与噪声控制需求，一方面对主变压器室的通风进行合理设计，保证变电设备能够在极限工况和环境条件下的安全运行；另一方面，对主变隔声罩进行消声控制设计，确保此环节与其他环节的精确匹配，保证主变隔声罩的整体降噪效果。由于隔声罩内容积有限，消声通道的长度不宜设置过大，以1000mm最佳。通过查询表2，最终选用消声片厚150mm、材料容重50kg/m3、长度1000mm的消声模块，其降噪量如下表所示。
表6变电站消声模块的各频段降噪量
Figure BDA0002504853220000092
查询《GBT 6451-2008油浸式电力变压器技术参数和要求》，变压器的损耗最大为535kW。根据表3可知，消声模块通风量为131500～145000m3/h。
6.隔声罩的吸声模块设计
未安装吸声模块前，隔声罩内壁均为刚性材料，对噪声的反射率高。因此，吸声模块的设计主要用于提升隔声罩内壁吸声能力，抑制罩内“驻波、混响”效应。经过ANSYS仿真分析可知，隔声罩内的混响时间为0.72s。而隔声模块的降噪量达到28.4dB，已超出13.9dB的需求降噪量。故吸声模块的设计主要用于强化声学密封和低频吸声效果。通过查询表3，最终吸声模块的参数确定为：材料吸声系数0.6～0.7，面积比例10％，其降噪量为0.2～0.6dB。
7.隔声罩的组装
将上述隔声、消声和吸声模块组装为隔声罩，并在隔声罩正前方加装检修门，便于进行巡检维修。最终整体降噪量＝吸声降噪量+min(隔声降噪量，消声降噪量)＝0.2+28.4＝28.6dB。在250Hz处的降噪量为19.6+0.2＝19.8dB，均达到相关要求。
采用Soundplan仿真分析软件，对该户外变电站隔声罩的降噪效果进行仿真分析，噪声测点设置在距离变压器正前方5m和变电站站界位置。仿真分析结果如下表所示。
表7隔声罩安装前后站界位置噪声计算结果
Figure BDA0002504853220000101
实施例2：
某500kV变电站为典型的新建户外变电站，预计共有3座主变布置于户外，3台变压器额定容量为300MVA。依据GB/T 15190声环境功能区分类，该站应划分为II类声环境功能区，依据GB 12348噪声排放限值要求，该站昼间噪声应达到60dB(A)以下，夜间噪声应达到50dB(A)以下。
针对以上信息，主要采取以下方案：
1.查阅3台主变压器出厂噪声检测报告，根据物资采购标准要求，每台变压器噪声不应超过70dB(A)。根据公式(1)，3台变压器噪声叠加后，整体声压级为74.8dB。根据Soundplan仿真计算，站界噪声声压级为59dB(A)。
2.根据GB12348的规定，站界声压级为50dB(A)，故降噪量指标为59-50＝9dB。保留一定裕度后，降噪量指标为12dB。
3.每台变压器尺寸为6×4×3m，隔声罩尺寸设计为10×6×5m。
4.对户外变电站隔声罩隔声模块、消声模块和吸声模块进行材料、结构参数设计。查询表1、表2、表3和表4中相关数据，最终确定各模块参数如下表所示。
表8隔声罩各模块的设计参数
Figure BDA0002504853220000111
5.最终整体降噪量＝吸声降噪量+min(隔声降噪量，消声降噪量)＝0.2+28.4＝28.6dB。采用Soundplan仿真分析软件，对该户外变电站隔声罩的降噪效果进行仿真分析，噪声测点设置在距离变压器正前方5m和变电站站界位置。仿真分析结果如下表所示。
表9隔声罩安装前后站界位置噪声计算结果
Figure BDA0002504853220000112
实施例3：
某500kV变电站为典型的户外变电站，主要声源设备为3台主变压器，其容量为250MVA。模块化降噪设计如下：
1.对3座主变压器和站界进行噪声测试，近场声压级为78.8dB(A)，站界声压级为62dB(A)。该变电站位于II类声环境功能区，需求降噪量＝62-50＝12dB。保留一定裕度后，降噪量为15dB。根据变压器近场噪声频谱分析，该噪声主要集中于250Hz，该频点声压级达到82dB，故250Hz降噪量＝82-50＝32dB。
2.每台变压器尺寸为6×5×2.5m，隔声罩尺寸设计为10×7×5m。
3.对户外变电站隔声罩隔声模块、消声模块和吸声模块进行材料、结构参数设计。查询表1、表2、表3和表4中相关数据，最终确定各模块参数如下表所示。
表10隔声罩各模块的设计参数
Figure BDA0002504853220000121
4.最终整体降噪量＝吸声降噪量+min(隔声降噪量，消声降噪量)＝0.2+28.4＝28.6dB，250Hz降噪量＝31.8+2.9＝34.7dB。采用Soundplan仿真分析软件，对该户外变电站隔声罩的降噪效果进行仿真分析，噪声测点设置在距离变压器正前方5m和变电站站界位置。仿真分析结果如下表所示。
表11隔声罩安装前后站界位置噪声计算结果
Figure BDA0002504853220000122
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种户外变电站隔声罩模块化设计方法，其特征在于，包括：按照相关标准要求，在声源设备周边和变电站站界布设测点，进行噪声测试分析，掌握1/3倍频程频谱和A计权声压级；
根据国标规定站界噪声声压级限值，计算获得该变电站的需求降噪量；
根据所述计算得到的需求降噪量，结合设备安全运行和散热需求，进行隔声罩隔声模块、吸声模块和消声模块设计；
通过变电站现场实勘，测量获得声源设备的长宽高尺寸，结合安全距离和检修巡视的距离要求，确定隔声罩的尺寸。
2.根据权利要求1所述的户外变电站隔声罩模块化设计方法，其特征在于：对于在役变电站，降噪量=站界噪声声压级-国标规定站界噪声声压级限值；对于新建变电站，降噪量=招标规范要求的近场噪声值-传播至站界衰减值-国标规定站界噪声声压级限值。
3.根据权利要求1所述的户外变电站隔声罩模块化设计方法，其特征在于：所述隔声模块采用双层刚性材料+中间阻尼填充材料的结构形式，两种材料的厚度决定隔声模块的降噪量。
4.根据权利要求1所述的户外变电站隔声罩模块化设计方法，其特征在于：所述消声模块，安装于隔声罩进排风通道处，消声模块的长度、消声片厚度和材料容重决定消声模块的降噪量。
5.根据权利要求1所述的户外变电站隔声罩模块化设计方法，其特征在于：所述吸声模块，用于消除封闭隔声罩内的混响效应，吸声模块的面积比例、吸声模块所用材料的降噪系数和混响时间决定吸声模块的降噪量。
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