周洪偉 宗炫君 方向 王庭華

摘要：建設(shè)節(jié)能環(huán)保型的綠色電網(wǎng)，既是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的客觀要求，也是現(xiàn)代電網(wǎng)本身發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文圍繞變電站節(jié)能環(huán)保措施和噪聲控制技術(shù)，探討了變電站在建筑節(jié)能、水工節(jié)能、風(fēng)能利用的可行措施，有助于變電站實(shí)現(xiàn)“低能耗、低污染、低排放”;分析了變電站主要噪聲來(lái)源，提出了相應(yīng)的噪聲控制方法，通過(guò)消聲、吸聲、隔音和隔振處理，有效地控制和減少變電站噪音，提高周邊居民的生活質(zhì)量。研究成果可為節(jié)能環(huán)保型變電站的建設(shè)提供思路。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保;變電站;噪聲控制

1 引言

隨著國(guó)家節(jié)能政策的頒布和鼓勵(lì)節(jié)能的措施出臺(tái)，節(jié)能環(huán)保綠色事業(yè)的落實(shí)成為了當(dāng)前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)所在[1]。變電站是電力能源在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中產(chǎn)生浪費(fèi)、高消耗的主要環(huán)節(jié)[2-3]。如何提高電能的使用效率，避免在電能運(yùn)輸，儲(chǔ)存和使用中帶來(lái)的能耗浪費(fèi)，變電站的作用至關(guān)重要。電力企業(yè)在變電站建設(shè)中落實(shí)節(jié)能環(huán)保技術(shù)已經(jīng)成為了新時(shí)期變電站建設(shè)的重點(diǎn)[4]，變電站設(shè)計(jì)的節(jié)能措施也逐漸得到重視。在越來(lái)越注重環(huán)境保護(hù)的現(xiàn)下，城市變電站噪音污染防治的工作已經(jīng)迫在眉睫，研究噪聲控制技術(shù)勢(shì)在必行。

已學(xué)者對(duì)全戶(hù)內(nèi)變電站建筑平面布置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、圍護(hù)墻體、門(mén)窗、屋面等節(jié)能降耗設(shè)計(jì)進(jìn)行研究[5]。利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，為變電站的電氣設(shè)備提供電力，不污染環(huán)境，可持續(xù)使用并且無(wú)噪聲[6]，能夠有效實(shí)現(xiàn)變電站的節(jié)能環(huán)保。變電站通常采用主變壓器本體與散熱器同室的全室內(nèi)布置形式，因此可能會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)變壓器通風(fēng)散熱困難[7]。夏季的用電高峰期間，變電站的負(fù)荷率都很高，噪聲很大，給供電企業(yè)的社會(huì)形象造成一定負(fù)面的影響[8]。改善周?chē)用竦木幼…h(huán)境，對(duì)城市變電站進(jìn)行噪聲治理改造已經(jīng)刻不容緩[9]。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)變電站噪聲控制措施進(jìn)行了大量研究，噪聲控制技術(shù)可以分為無(wú)源控制技術(shù)和有源控制技術(shù)兩種，主要從噪聲源、傳播途徑、接受者三部分對(duì)噪聲進(jìn)行控制[10]。

本文以國(guó)家電網(wǎng)通用設(shè)計(jì)110kV全戶(hù)內(nèi)變電站方案（110-A2-6）為例，圍繞變電站節(jié)能環(huán)保措施和噪聲控制技術(shù)，探討了變電站在建筑節(jié)能、水工節(jié)能、風(fēng)能利用的可行措施;分析了變電站主要噪聲來(lái)源，提出了相應(yīng)的噪聲控制方法，通過(guò)消聲、吸聲、隔音和隔振處理，有效地控制和減少變電站噪音。

2變電站節(jié)能環(huán)保措施

2.1 建筑節(jié)能

（1） 體型系數(shù)

嚴(yán)格控制體型系數(shù)，體型系數(shù)與建筑造型、平面布局、采光通風(fēng)等相關(guān)。建筑物的平、立面盡量不出現(xiàn)過(guò)多的凹凸，通過(guò)控制建筑高度等措施，優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃建筑布局以及形體設(shè)計(jì)。將散熱器、電容器放置于屋面半鏤空布置，合理利用上層空間，節(jié)約建筑面積和建筑體積。

（2） 通風(fēng)采光

選擇自然通風(fēng)和天然采光，這樣不僅可以提高室內(nèi)的舒適度，而且還可以有效減少相應(yīng)耗能產(chǎn)品的使用，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。自然采光通風(fēng)是根據(jù)變電站視覺(jué)工作特點(diǎn)和功能要求，對(duì)采光通風(fēng)方式給予科學(xué)、合理的選擇，進(jìn)一步明確窗口布置形式和采光口面積，這樣能夠有效營(yíng)造良好的室內(nèi)光環(huán)境，從而達(dá)到節(jié)能的效果。通常情況下，建筑自然采光通風(fēng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要按照建筑特點(diǎn)和采光通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此達(dá)到預(yù)期的采光通風(fēng)效果。因此，可以在變電站的南立面和西立面采用大面積玻璃幕墻，充分利用自然采光、通風(fēng)，營(yíng)造良好的室內(nèi)光環(huán)境。

（3） 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

變電站建筑存在特殊性，其室內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量大，產(chǎn)熱遠(yuǎn)大于散熱。本次變電站節(jié)能設(shè)計(jì)以散熱為主，不考慮冬季采暖（僅二次設(shè)備考慮冬季空調(diào)制暖）。以空調(diào)最低全年累計(jì)冷負(fù)荷為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)能耗影響因素進(jìn)行多變量尋優(yōu)。在滿(mǎn)足工業(yè)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，使室內(nèi)設(shè)備達(dá)到最優(yōu)散熱效果，如圖1所示。

（4） 光伏板節(jié)能

在建筑設(shè)計(jì)階段，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)可再生能源給予合理利用，最常見(jiàn)的是太陽(yáng)能，其一般包括被動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)和主動(dòng)式太陽(yáng)能利用系統(tǒng)。被動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)一般是通過(guò)建筑物方位與朝向的合理布局、建筑材料的選擇以及建筑物結(jié)構(gòu)和內(nèi)外形貌的設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行有效儲(chǔ)存、采集和分配。

主動(dòng)式太陽(yáng)能利用系統(tǒng)一般是由太陽(yáng)能采熱器、散熱器、風(fēng)機(jī)泵和儲(chǔ)熱器等集合在一起的采暖系統(tǒng)，其具有比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且造價(jià)較高。通常情況下，傳統(tǒng)太陽(yáng)能主要是借助純建筑方式，這樣會(huì)投入比較大的成本。實(shí)際上，主動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)嘗試著將遮陽(yáng)、太陽(yáng)能收集、散熱集于一體來(lái)構(gòu)成太陽(yáng)能集熱板，其既能夠達(dá)到降低熱反射和降溫的效果，而且大面積使用還能夠避免在城市中發(fā)生熱島效應(yīng)。

光伏組件主要有以下幾種類(lèi)型：?jiǎn)尉Ч韫夥M件、多晶硅光伏組件、非晶硅光伏組件、碲化鎘光伏組件、銅銦鎵硒光伏組件等，各種類(lèi)型的光伏組件綜合對(duì)比。本次方案在配電裝置室屋面設(shè)置太陽(yáng)能光伏板，采用技術(shù)領(lǐng)先的單晶硅光伏組件，對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行收集并儲(chǔ)存，為變電站提供電能。

2.2 水工節(jié)能

變電站傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)是讓雨水經(jīng)過(guò)雨水井流入雨水管道，然后排入雨水集中井間接或直接排放至市政管網(wǎng)或附近河流。自然排水系統(tǒng)是通過(guò)自然滲透將部分雨水留住，對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)充，多余的雨水通過(guò)圍墻泄水孔向外自然均為排放，以此來(lái)減少雨水井的數(shù)量及排水管道的壓力。此類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施做法特別適用于場(chǎng)地填土較高且周邊具備設(shè)置自然排水系統(tǒng)的變電站。

大部分綠化設(shè)施會(huì)采用上凸綠地，因?yàn)閺木坝^層面較為有空間層次，但是和普通綠地比較，下凹綠地通過(guò)凹陷空間可以積蓄部分綠地本身和周?chē)孛鎱R集而來(lái)的雨水徑流。不足之處是如果雨水中有大量的懸浮物和沙質(zhì)會(huì)降低綠地的質(zhì)量和滲透性能。

下凹綠地的凹陷深度是其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)降雨強(qiáng)度和匯流面的增加導(dǎo)致進(jìn)入綠地雨水徑流超過(guò)土地的下滲能力時(shí)，凹陷空間通過(guò)積蓄雨水可以部分彌補(bǔ)土壤下滲能力不足的現(xiàn)狀。通常綠地的凹陷深度可以設(shè)為50～100mm，下凹綠地對(duì)雨水的攔蓄效果比較明顯。研究資料表明：當(dāng)下凹深度為100mm時(shí)，5年一遇的降雨條件下，下凹綠地的攔蓄率可達(dá)99.33%;而在百年一遇24小時(shí)降雨情況下，其雨水徑流攔蓄率還能達(dá)到76%。下凹式綠地做法如圖3所示。

2.3 風(fēng)能利用

（1） 風(fēng)壓通風(fēng)

風(fēng)壓通風(fēng)是指風(fēng)在建筑外部繞行的時(shí)候產(chǎn)生風(fēng)壓差。風(fēng)通過(guò)建筑物時(shí)，迎風(fēng)面產(chǎn)生的壓力為正（向內(nèi)），背風(fēng)面產(chǎn)生的壓力為負(fù)，見(jiàn)圖4。因此，建筑物在整個(gè)區(qū)域產(chǎn)生壓力差，從而驅(qū)動(dòng)交叉通風(fēng)，這就是常說(shuō)的“穿堂風(fēng)”。但這種方式相對(duì)于熱壓通風(fēng)不太穩(wěn)定，容易造成短時(shí)間內(nèi)的大量通風(fēng)。風(fēng)壓通風(fēng)不僅受建筑形體的因素影響，而且不同時(shí)間、不同環(huán)境對(duì)其的影響也大。為了減小這些影響，可以控制空間的進(jìn)深和高度;在建筑上加入適當(dāng)?shù)臉?gòu)件引導(dǎo)風(fēng)向;選擇合適的開(kāi)窗位置來(lái)增加壓力差;在通風(fēng)空間盡可能少的布置障礙物。

（2） 通風(fēng)方向

不同的開(kāi)窗位置會(huì)形成不同的通風(fēng)方式，總體分為交叉通風(fēng)、單面通風(fēng)和中庭通風(fēng)。當(dāng)入口和出口位于建筑物或空間的相對(duì)外墻上，并在兩者之間設(shè)計(jì)一條清晰的流動(dòng)路徑時(shí)，就會(huì)發(fā)生交叉通風(fēng)。交叉通風(fēng)策略的流動(dòng)路徑需要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)為連續(xù)的空間。路徑上最小的開(kāi)口決定了換氣速率。交叉通風(fēng)常和中庭的煙囪通風(fēng)結(jié)合使用，如圖5所示，可以增加建筑的進(jìn)深。

單側(cè)通風(fēng)是風(fēng)通過(guò)一個(gè)大開(kāi)口進(jìn)入和離開(kāi)，或者通過(guò)空間同一側(cè)上間隔開(kāi)的兩個(gè)開(kāi)口進(jìn)入和離開(kāi)的情況。單側(cè)通風(fēng)通常比交叉通風(fēng)通風(fēng)率低，且只能進(jìn)入到有限的空間距離。通風(fēng)方式在建筑中能否充分發(fā)揮作用則影響到整個(gè)建筑的節(jié)能效果。不同的氣候區(qū)都有一定的規(guī)律，可以通過(guò)分析外部的風(fēng)環(huán)境條件和建筑本身的外形作為根據(jù)，來(lái)設(shè)計(jì)建筑內(nèi)部的不同區(qū)域應(yīng)該采用熱壓通風(fēng)或風(fēng)壓通風(fēng)、選擇不同的通風(fēng)方式。

3 噪聲控制技術(shù)

3.1 變電站主要噪聲來(lái)源

（1） 變壓器噪聲

變壓器產(chǎn)生的噪音主要來(lái)自于變壓器的本體和本體內(nèi)的冷卻系統(tǒng)。變壓器本體產(chǎn)生噪音的主要原因是由于電磁頻率發(fā)生不規(guī)則的非周期性的振動(dòng)，傳播途徑主要通過(guò)空氣和墊腳等媒介傳播，工作運(yùn)行是磁致伸縮所引起鐵芯的振動(dòng)而產(chǎn)生的，而且鐵芯隨進(jìn)而傳遞向附件和箱體。此外，負(fù)載電流在出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象時(shí)，也會(huì)造成油箱和繞組發(fā)生不規(guī)則振動(dòng)，產(chǎn)生的噪音以聲波的形式朝四周擴(kuò)散。

（2） 導(dǎo)線噪聲

導(dǎo)線電暈放電會(huì)產(chǎn)生噪聲，由于導(dǎo)線并不是沿全長(zhǎng)均電暈放電，而是集中在絕緣子均壓環(huán)附近。在對(duì)導(dǎo)線兩端的金具進(jìn)行工藝處理和采取增加均壓環(huán)等措施后，電暈噪聲可明顯降低，且導(dǎo)線上電暈產(chǎn)生的可聽(tīng)噪聲強(qiáng)度受天氣等條件影響較大。

3.2 噪聲控制措施

變電站降噪措施可以從減少低噪音設(shè)備制作成本或者控制源頭產(chǎn)生噪音兩個(gè)方面作為主要的出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行。控制源頭噪音的方法是最有效、最徹底的處理方法，所以，可以根據(jù)變電站的實(shí)際情況，選擇經(jīng)濟(jì)、科學(xué)合理的降噪措施，主要通過(guò)消聲、吸聲和隔聲三個(gè)方面入手，是目前較為適用于噪音污染治理的方法。

（1） 消聲技術(shù)

消聲技術(shù)是指通過(guò)在變電站內(nèi)產(chǎn)生噪音的機(jī)械設(shè)備處鋪設(shè)多個(gè)噪音發(fā)生器，噪音發(fā)生器又可以稱(chēng)作噪音干擾器，其發(fā)出的聲波具有獨(dú)特的特性，能夠和變壓器等發(fā)出的低頻噪音相互抵消，進(jìn)而消減聲能，減少噪音的一種方法，對(duì)噪音具有一定程度的衰減和抑制效果。這種技術(shù)能夠利用變壓器產(chǎn)生的噪音音波在空氣媒介中進(jìn)行傳播時(shí)具有固定的頻率的原理，當(dāng)這些聲波穿過(guò)干擾器或者是噪音發(fā)生器所發(fā)出的固定頻率時(shí)會(huì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，進(jìn)而改變聲速，吸收聲能，降低噪音。

（2） 吸聲處理

聲波遇到墻面、屋面、地面后會(huì)被反射回來(lái)，反射聲波再遇到設(shè)備屏柜壁面后再次反射，噪聲源產(chǎn)生的直達(dá)聲波和一次反射聲波、二次反射聲波、N次反射聲波相互疊加，使室內(nèi)噪聲大大增強(qiáng)。建筑聲學(xué)理論研究表明，室內(nèi)噪聲的大小不僅與聲源聲級(jí)有關(guān)，還與室內(nèi)壁面的平均吸聲系數(shù)有關(guān)，要控制噪聲對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備及室外環(huán)境的影響，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行吸聲處理十分必要，常用方法是使用吸聲材料。

吸聲材料應(yīng)該選用低頻吸聲系數(shù)大的材料，通過(guò)對(duì)常用吸聲材料進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，本方案擬選用FC穿孔吸聲防火板吸聲結(jié)構(gòu)，如圖6所示。FC吸聲防火板防火等級(jí)為A級(jí)，裝飾性、防水性能好，導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.3W/m·K，規(guī)格較多，可以定制。其穿孔率需要根據(jù)室內(nèi)吸聲情況計(jì)算得到，板后加50mm防潮離心玻璃棉板及50mm空腔，防潮離心玻璃棉是一種高效保溫、隔熱、吸聲的材料，也是一種很好的節(jié)能材料，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、不燃燒、長(zhǎng)期使用性能不變的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)合理設(shè)置穿孔率后，該結(jié)構(gòu)在頻率250Hz的吸聲系數(shù)可達(dá)到0.76，500Hz的吸聲系數(shù)高達(dá)到1.12。

（3） 隔音處理

隔音處理是通過(guò)隔音材料（墻體、木板以及金屬板等，如圖7所示）來(lái)對(duì)噪聲的傳播進(jìn)行隔絕，或是對(duì)噪聲在空氣中傳播的聲波進(jìn)行減弱處理或是隔絕。在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展下，為了使降噪處理的效果更好，采用將常見(jiàn)的隔音材料與其他新的聲學(xué)材料（空氣層、阻尼材料以及吸聲效果較好的材料等）結(jié)合在一起來(lái)進(jìn)行使用。在對(duì)變電站的變壓器產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)該對(duì)噪聲傳播的主要途徑變電站的門(mén)進(jìn)行更換，使用隔音的門(mén)，或是直接將產(chǎn)生噪音的油箱利用隔音材料包裹起來(lái)，隔音門(mén)采用鋼板或混凝土建成。

（4） 隔振處理

在主變基礎(chǔ)和電抗器基礎(chǔ)底座處安裝金屬橡膠隔振器，以降低因主變壓器和電抗器本身的擾力作用引起支承結(jié)構(gòu)或地基的振動(dòng)，設(shè)置隔振裝置后能有效降低變壓器和電抗器的振動(dòng)噪聲，隔振裝置見(jiàn)圖8

為了對(duì)節(jié)能環(huán)保型變電站的建設(shè)提供思路，本文探討了變電站節(jié)能環(huán)保措施和噪聲控制技術(shù)，根據(jù)分析結(jié)果，得出以下結(jié)論：

（1） 變電站在建筑節(jié)能、水工節(jié)能和風(fēng)能利用方面存在可以改進(jìn)措施，利用天然采光、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、光伏板節(jié)能、下凹式綠地和風(fēng)壓通風(fēng)，有助于變電站實(shí)現(xiàn)“低能耗、低污染、低排放”。

（2） 變電站的噪聲主要來(lái)源于變壓器和導(dǎo)線。本文提出了相應(yīng)的噪聲控制方法，通過(guò)消聲、吸聲、隔音和隔振處理，采用穿孔吸聲防火板、隔音金屬板和控制和隔振裝置，可以有效地減少變電站噪音，提高周邊居民的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]賈鳳安，李海峰，梁巖濤. 絲路重鎮(zhèn)綠色工程 助力隴原綠色轉(zhuǎn)型[N]. 國(guó)家電網(wǎng)報(bào)，2021-09-14（001）.

[2]李建偉，黃磊，李廣軍，姚金雄.淺談?shì)斪冸姽こ痰沫h(huán)保監(jiān)督管理[J].電力科技與環(huán)保，2019，35（05）：40-42.

基金項(xiàng)目：2021年國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院科技項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：

周洪偉（1979-），男，江蘇人，碩士，高級(jí)工程師，從事電力工程設(shè)計(jì)及研究工作。

宗炫君（1990-），女，江蘇人，碩士，工程師，從事電力工程研究工作。

方向（1972-），男，湖南人，碩士，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，從事電力工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)及研究工作。

王庭華（1967-），男，江蘇人，碩士，高級(jí)工程師，從事電力工程設(shè)計(jì)及研究工作。