一、引言
近年来，随着科学技术进步、社会经济发展和生活水平的提高，人们的环保意识也逐步增强。同时，供电系统为进一步提高供电可靠性、保障人民群众的生产生活，在城区或城郊修建了变电站及输电线路，但随着城市建设的发展，这部分输变电设施越来越多的被居民区或商业区所包围，部分变电站噪声对周边居民生活造成不同程度的影响，由此引起的纠纷、上访成逐年递增趋势。通过对高压输变电设备的噪声来源和对噪声污染特性及各变电站的噪声传播和分布特点的分析，有针对性的提出防治措施和方案，同时提供典型案例，为供电单位环保管理提供基础资料，并对今后输变电设备的噪声治理具有一定的借鉴意义。
二、输变电设备噪声的产生及特性分析
（一）输变电设备噪声的产生
我们平时所说的噪声通常是可听噪声，主要是指人的听觉收到的不需要且引起人烦恼的声音。输变电设备产生的噪声主要来自于变压器、电抗器、带电架构及输电线路。
变压器的噪声主要来自于变压器本体及辅助冷却系统，变压器本体的噪声包括铁心、绕组、油箱等产生的噪声，其频率较低；辅助冷却装置噪声主要是风冷型变压器风扇产生的噪声，主要集中在中高频。变压器声级的大小与电压等级、运行负荷、运行年限及生产工艺等因素有直接的关系。根据一些统计结果显示：220～500kV变压器的声级在61～83dB（A）之间；110kV变压器的声级在56～76dB（A）之间。对于同一台变压器由于受运行负荷、运行年限的影响其噪声水平会有所升高，如一台运行10年以上的变压器其噪声会较刚运行时提高3～4dB（A）。变压器的噪声是变电站中噪声的最主要来源。
电抗器的噪声主要来自铁心式电抗器，其产生与分段铁心之间的磁吸引力，这些磁吸引力引起的额外振动和噪声有时甚至会超过变压器的噪声，其同样受电压等级、生产工艺等因素影响。但一般情况下，电抗器大多与电容器为一体化结构，主要起限流和滤波作用，它的启停状态要视变电站的功率因而定，所以其噪声只有在电容器投入运行时才会产生。
带电架构噪声主要是低频部分，受变压器和电抗器影响较大，据一些统计资料显示：500kV变电站带电架构的噪声平均在43～63dB（A）之间，随着电压等级的降低其噪声水平也会降低。
输电线路的噪声主要是电晕产生的可听噪声，其声级受电压等级、天气情况影响较大，同时交流输电和直流输电线路的可听噪声影响也有所不同，但按照输电线路设计和运行规范，一般输电线路距各类房屋都有一定的安全距离，这样随着距离的增加可听噪声也会相应衰减，再有房屋的屏蔽作用，因此总体来讲只要不直接在线路下方，输电线路产生的噪声对人的影响相对较小。
另外，一些换流站设备噪声声级要明显高于普通变电站，尤其是直流换流站的设备，但保定电网目前无换流站，因此本文将不做分析和讨论。
（二）主要噪声源特性分析
为得到更真实有效的数据，我们会同专业机构对保定市区及周边11座变电站进行了测试（如表1、表2所示）。薛刘营是室内变电站，变压器封闭，变压器设备噪声70dB（A）左右，虽然边界噪声50～55dB（A），由于变压器封闭，但顶部有通风口对着北测居民楼，对北侧居民尤其对高层居民有一定影响。联盟路变电站配电设备、变压器在室内，栅栏门向南，设备噪声较大，在85dB（A）以上，属于中高频噪声，边界噪声较大，栅栏一侧达到64.9dB（A），但该数值是在设备室大门开启的情况下测得。七一路站设备噪声较小，东侧边界噪声达到58.2dB（A），对界外5米处的单位有一定影响。大阳站，变压器噪声70dB（A），西侧围墙外昼间52.5dB（A），夜间52.1dB（A），由于距离居民区较近，因此对居民有影响，尤其是夜间。其他各站边界噪声约50dB（A）左右，大都和居民距离比较大，对居民无明显影响。从监测结果看变压器最小噪声在65dB（A）左右，最大噪声在85dB（A）左右。从噪声较大、具有代表性的几个变压器噪声频谱分析来看，电磁性噪声属中低频噪声，最大频率是250Hz和500Hz；风冷机械噪声属中高频噪声，最大频率为1kHz和2kHz。保定联盟路站的2个测点均在风扇正常运行状态下测得，噪声是电磁噪声和风扇噪声共同作用的结果，最大噪声出现在1kHz和2kHz。保定祝泽站，变压器处于停运状态，噪声主要是电磁性噪声，最大噪声出现在500Hz频率下。
根据《城市区域环境噪声标准》和《工业企业厂界噪声标准》要求，大部分变电站适用于2类区域标准，个别变电站边界部位的噪声值超过60dB（A），夜间超过50dB（A），明显高于标准中规定的Ⅱ类噪声标准。其中大阳变电站由于距离居民区较近，夜间噪音超标，同时又发生了居民投诉事件，因此环保部门要求该站需按昼间55dB（A）、夜间45dB（A）的噪声标准执行，给我们提出了较高的整改要求。
三、主要噪声治理的探讨
（一）变电站噪声传播方式
从各变电站的现场情况看，变电站大致有4种布置方式，一是露天变压器，且变压器和构筑物距离远。露天变压器噪声对边界和居民的影响传播属于直达声场，直线传播，一般无构筑物等，噪声衰减量小。二是室内变压器。室内变压器空间较小，室内声音属混响声场，声音相互叠加，造成对外传播的声源强度加大，一般室内变压器房有栅栏门或卷帘金属门，声音通过门口对外传播，对门口方向的敏感点影响较大。三是室内变电站，变压器紧邻构筑物，部分变压器之间和两侧建有隔墙，形成半封闭状态。变压器声音传至墙壁时发生反射，和直达声混合向外传播，由于墙壁面积大，墙壁形成大的面源，对外传播声音大、衰减量小，对周围影响大。四是变压器四周封闭，顶部开放。四周封闭，起到隔声作用，地面噪声较小，但声音通过顶部直达高层居民楼。同时，噪声通过变压器四周门、缝隙对地面造成影响，变压器封闭的隔声性能大大下降。
（二）噪声治理方案
1.噪声治理途径分析
变电站噪声主要是变压器噪声，新建变电站采用低噪声设备，对现有高噪声变压器有条件的可逐步更换为低噪声变压器，也可采取治理技术降低噪声对环境的影响。
噪声治理主要分三种情况，噪声源治理、传播途径治理和个人防护，变电站噪声从噪声源和传播途径两方面进行治理。降低变压器本身的噪声是噪声治理最有效、最彻底的治理途径，但噪声源治理技术难度大，甚至需要设备的技术改进和优化；传播途径治理主要采取隔声、吸声技术，在变压器外部采取消声或隔声的措施，使噪声在传播到受声点的过程中衰减，降低到达受声点的噪声强度。
2.治理方案
（1）电磁性噪声治理
对变压器本身的降噪一方面可以降低铁芯的工作磁密，采用高导磁的硅钢片、采用步进搭接工艺等使磁致伸缩减小；另一方面可以通过完善铁芯和引线的夹持结构，在铁芯表面涂环氧漆和采用橡皮垫，采用避开共振区的结构设计，加大油箱箱壁厚度、加固油箱和附件等措施减缓并吸收磁致伸缩产生的振动能量。
一般情况下，通过控制变压器铁芯的振动，能降低变压器的本体噪声3-5dB（A）；通过控制变压器油箱振动并采用隔、吸声措施，能降低噪声5-10dB（A）。但是控制铁芯振动改造工作量较大，控制油箱振动也会影响变压器的散热能力，对于定型的变压器进行这类对变压器内部结构、材质进行技术处理的改造，需要停运设备，难度较大，而且改造费用高。
（2）风扇机械性噪声治理
从监测结果看，冷却装置噪音大小不一，引起变压器噪声的变化大小不等，一般在3～10dB（A），降低冷却装置引起的噪声的手段主要有：选用大流量低扬程的油泵，选用通风流量大、风压小的低速风扇（在可能的情况下尽量采用自冷方式）。从现场来看，部分风扇发生轴偏、振动现象，应及时更换，降低风扇噪声。
（3）壁面吸声、隔声屏治理技术
当声能传到吸声、隔声材料的表面时，吸声材料具有的吸收能力和消声材料具有的消声能力，可以将声能转化为热能和振动能。
室内变压器噪声在内壁反射，形成混响声场，在室内墙面涂覆吸声材料或装吸声砖、板，以增加墙面的吸声系数，减小室内噪声，并降低对外传播的噪声，同时安装隔声门、消声百叶窗和消声通风口。
室内变电站，变压器外置，变压器紧邻构筑物，部分变压器之间和两侧建有隔墙，形成半封闭状态。变压器声音传至墙壁时发生反射，和直达声混合向外传播，此类变压器布置方式的噪声治理，可考虑两种治理技术，边界噪声较小，需要降噪量小，可通过分析计算，选择相应吸声材料，在构筑物、隔墙敷设吸声材料，把到达墙面的声音吸收，消除反射声。还可以将半封闭的变压器开放的一面封闭起来。
对露天变压器，根据周围环境噪声水平和周围敏感点的分布情况，可采用“─”、“”、“[”形隔声屏。根据频谱特性、噪声水平和敏感点位置计算隔声屏高度、长度、厚度、隔声屏结构，选择适当的吸声材料。隔声屏内层具有噪声透射功能，外层选用隔声性能好的材料，两层之间设骨架和吸声材料。隔声屏可采用底部墙体，上部具有吸收、隔声作用的隔声屏，也可全部采用具有吸收、隔声作用的隔声屏，隔声装置结构见示意图。
（4）隔声罩治理技术
由于城市市区内部分变电站与周围居民建筑间距较近，加之变压器发出的低频噪声随距离的增加衰减得较慢，采取隔声屏治理效果也相对较差，治理后周围的环境噪声水平很难达到45～50dB的环境限值。
采用集中散热方式，将变压器本体封闭于隔声间或隔声罩内。其降噪效果可达20～30dB，完全可以达到环保限值。
在变压器本体外建隔声间或隔声罩，散热器、套管等置于隔声罩外（隔声罩层面结构和隔声屏相似）。隔声罩采用型钢支架，内层采用穿孔防护板，外层采用隔声性能好的彩钢板，两层护板间为吸声、消声材料，将声能转化为热能和机械能。隔声罩固定在变压器基础上，隔声罩开孔处与变压器导管之间的空隙用高温软橡胶填封，使隔声罩与变压器导管之间没有硬接触。
为方面变压器维护和检修，隔声罩采用方便的拼插组装结构，拆装方便，不影响设备检修。
（5）封闭、半封闭变压器噪声治理技术
四周封闭、顶部开放的变压器，变压器四周的门采用普通铁门，缝隙多，密封性差，隔声量小，对低处居民敏感点有影响。顶部开放，变压器噪声通过顶部直达高层居民楼，噪声影响较大。将普通门改为隔声门，将顶部封闭，内敷设吸声材料，同时设计消声通风装置。
四、大阳变电站噪声治理
（一）大阳站噪声产生原因
大阳站噪声产生及为达标原因主要有两点。一是大阳变电站主变是两台旧主变（型号为SFZL7-31500/110），在本站安装前已运行9年，负荷较重，绝缘状况一般；两台变压器均为风冷变压器，自身噪声较大，经多次实地测量，变压器风扇电机开启后，周围噪声达到70dB以上。二是与居民小区距离太近，大阳变电站无独自企业厂界，与西侧地中海小区共用一堵围墙；变压器与西侧地中海小区距离很近，其中西侧1#变压器距小区围墙约16.5米，东侧2#变压器距小区围墙约45米，西侧围墙距小区住户仅约3米，变压器噪声对居民区影响较大。
（二）具体治理方案
鉴于大阳站的实际情况，我们进行了现场勘察并组织专业人员进行治理方案的研讨，同时为保证供电可靠性及设备检修安全，最终确定了壁面吸声、隔声屏治理及封闭、半封闭噪声治理技术相结合的方案。该方案分3部进行施工，最终治理的目标为满足一类标准要求。经过近一个月的不停电施工，项目基本达到方案设计要求，通过工程验收。
工程验收完毕后，我们聘请了市环保局和省辐射管理站专业人员进行现场测试，最终测试结果显示，该站西侧围墙外噪声分别达到昼间48.9-50.8dB（A），夜间43.2-44.1dB（A）的水平，已经完全满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）I类标准要求，噪声声级较治理前降低了3.6～8dB（A），取得了明显的降噪效果。河北省环境保护厅组织了该项目的现场验收会，并以正式文件批复该站通过环保验收。
五、总结
总之，变电站噪声特性不同，变电站结构、所处位置、环境不同，噪声水平不同，周围敏感点也不同，采用的技术也不尽相同，可能需要从声源和传播途径多个方面进行治理，需要根据实际情况进行计算，通过计算进行选材，确定其结构尺寸，噪声消减量、通风散热量等，以达到噪声标准要求。
参考文献
[1]国家电网公司科技部.电网环境保护管理手册[M].中国电力出版社，2010，12：5-140.