變電站降噪用鋁纖維吸聲材料祝志祥;韓鈺;聶京凱;楊富堯;肖偉民;陳新【摘要】Withtherapiddevelopmentofurbanizationandelectricpowerindustry,theimpactofnoisesinsubstationsoninhabitantsnearbyhasbecomeincreasinglyobvious.Thecharacteristicsofnoisesindifferenttypesofsubstationswerediscussed.Theeffectsofsurfacedensity,airspacethicknessandfibercategoriesofaluminumfiberpanelsonsoundabsorptioncoefficientswereinvestigated.Theresultsindicatethatthesound-absorbingpanelswithcuttingaluminumfibershavesomegoodfeaturesonnoise-absorbingandtechnicaleconomy.Applicationsofcut-lingaluminumfiberpanelsin110kVindoorsubstationswereintroduced,whichexpoundedthewideperspectivesofcombinationapplicationsofcuttingaluminumfiberpanelsandmicro-perforatedpanelsforsoundabsorptioninpowertransmissionanddistributionfacilities,especiallyforthecomprehensivecontrolofnoisesinsubstations%隨著城市化進程以及電力工業的快速發展,變電站環境噪聲對附近居民的影響日益突出.分析不同類型變電站噪聲源的特點,研究鋁纖維吸聲板的面密度、空腔厚度及纖維種類等結構參數對其吸聲性能的影響規律?結果表明，面密度為484g/m2、空腔厚度為8cm的自研切削鋁纖維吸聲板的綜合吸聲效果和技術經濟性較好,適用于變電站低頻降噪.介紹自研切削鋁纖維吸聲板在城市110kV室內變電站噪聲治理中的應用，闡述其與微穿孔板復合的新型吸聲結構在輸變電設施,特別是變電站噪聲綜合治理中的良好降噪效果和廣泛應用前景.期刊名稱】《中國電力》年(卷),期】2012(045)007【總頁數】5頁(P57-61)【關鍵詞】變電站;低頻噪聲;降噪;鋁纖維;吸聲材料【作者】祝志祥;韓鈺;聶京凱;楊富堯;肖偉民;陳新【作者單位】中國電力科學研究院電工與新材料研究所,北京100192;中國電力科學研究院電工與新材料研究所,北京100192;中國電力科學研究院電工與新材料研究所,北京100192;中國電力科學研究院電工與新材料研究所,北京100192;北京市勞動保護科學研究所國家環境保護城市噪聲與振動控制工程技術中心,北京100054;中國電力科學研究院電工與新材料研究所,北京100192【正文語種】中文【中圖分類】TM63近年來，為了緩解經濟持續快速發展帶來的用電壓力，超(特)高壓輸變電工程紛紛上馬，眾多110kV、220kV變電站在城市內安家。由于變電站噪聲影響引起的糾紛、投訴事件逐年增多，變電站噪聲治理逐步上升為電網運行部門需要正視的問題。在已出臺的《國務院環境宏觀戰略》中，電力行業變電站已被明確列為噪聲防治重點。按照GB12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》的要求［1］，國內很多按照以往標準設計的變電站都將面臨低頻噪聲超標的風險。對于變電站噪聲的治理，可通過改制站內設備進行主動降噪，但其治理周期長，成本高，可行性差。然而，安裝布設吸、隔聲裝置或屏障的被動降噪方式，工程量小、見效快且不影響電力運行，越來越受到電網運行部門的重視和應用［2-5］。變電站的噪聲一般主要由變壓器、電抗器、濾波器和風機冷卻設備產生［6-7］。為準確掌握不同類型變電站的噪聲源特點，采用聲級計（丹麥B&K2250型）等聲學測量設備，分別對南方某城市110kV室內城市變電站及220kV郊區露天變電站進行實地噪聲測量分析。圖1、2分別給出了南方某城市某110kV室內城市變電站及220kV郊區露天變電站的噪聲全頻譜。通過分析圖1、2中不同類型變電站噪聲源類型、噪聲分布頻段及噪聲強度等數據，發現室內變電站噪聲源主要為主變壓器，而露天變電站噪聲源主要為主變壓器、電抗器和帶電構架。測試結果顯示，110kV室內變電站靠近居民樓一側站界水平在49-55dB（A計權聲級，下同），噪聲穩定，其站界附近部分區域有超出國家標準GB12348—2008中1類區的晝間標準限值（55dB）的可能性，且與夜間標準限值（45dB）不符；220kV露天變電站站界水平在46~61dB之間，大部分變電站站界噪聲水平在52dB左右。為進一步分析變電站的噪聲源特點，對上述室內和露天變電站內的主要噪聲源設備進行了聲學測量和分析，發現室內變電站主變壓器、露天變電站主變壓器、電抗器和帶電構架的主要噪聲貢獻值均集中于125~500Hz的中低頻段。低頻噪聲波長大，隨距離衰減緩慢，對普通居民建筑物穿透力強，是目前變電站噪聲治理的難點。常規的噪聲治理措施主要針對中高頻噪聲，對低頻的降噪效果并不理想，因此，治理的關鍵是根據不同級別、不同類型變電站的噪聲源特點，有針對性地選用合理有效的吸聲材料（結構），從而獲得理想的降噪治理效果。根據變電站噪聲源特點及服役環境要求，綜合國內外大量吸聲材料（結構）的研究應用現狀［］，金屬纖維吸聲材料因其強度高、耐候性好、傳熱效率高、吸聲性能好、回收方便及無污染等優點，越來越受到變電站（換流站）聲場防護材料科研人員的關注。其中鋁纖維密度小，用量省，耐蝕性好，而且其工藝簡單，施工安裝方便，綜合成本低，較其他種類金屬纖維優勢明顯，可作為變電站吸聲降噪治理的較好吸聲材料選擇。2.1鋁纖維種類及特性金屬纖維的制備工藝因材質不同而有所差異。對于金屬鋁纖維，制備工藝方法主要有3種:切削法、熔抽法和拉拔法［11-12］。拉拔法分為單線法和集束法，其中單線拉拔法工藝復雜、周期長、成本高，而集束法表面質量和拉拔直徑難以控制，因此目前市面上較多的是切削法和熔抽法制得的鋁纖維。鋁纖維切削法是以固態金屬鋁作為原料，用刀具將其切削成纖維屑。該制備方法簡單，生產周期短、成本低、方便鋪展，但難以得到截面光滑的長纖維。鋁纖維熔抽法是將金屬鋁加熱到熔融狀態，在液態金屬容器的底部設計一個流速可調的小孔，給液面施加壓力，強迫鋁金屬液迅速噴出或甩出，并采用化學活性激冷劑或磁場使液流穩定并促使其凝固形成鋁纖維。熔抽鋁纖維的長短及直徑可控，但其生產設備工藝復雜，且纖維表面粘性強，鋪氈困難。目前國內關于熔抽鋁纖維的制備技術尚不成熟，仍主要依賴進口，成本高，很大程度上限制了其大規模應用。2.2鋁纖維板低頻吸聲性能分析鋁纖維材料在實際降噪治理應用中，一般制成鋁纖維吸聲板。鋁纖維吸聲板通常由具有不同孔徑大小的鋁板網、鋁纖維氈及鋁箔及龍骨（隔板）組成，其中影響吸聲性能的主要因素有纖維種類、面密度（纖維質量）和空腔厚度［13-14］。以直徑70~90pm的切削及熔抽鋁纖維為對象，將其制備成帶有龍骨結構的鋁纖維復合板。按照國家標準GB/T18696.1—2004《聲學阻抗管中吸聲系數和聲阻抗的測量第1部分：駐波比法》［15］,采用丹麥B&K4206型雙傳聲器阻抗測量管，測試研究了鋁纖維板的吸聲性能。通過分析面密度、空腔厚度及纖維種類等結構參數對吸聲性能的影響規律，發現面密度為484g/m2、空腔厚度為8cm的切削鋁纖維吸聲板綜合吸聲效果較好，可滿足變電站低頻噪聲治理的需要。圖3給出了面密度為484g/m2的自研切削鋁纖維吸聲板的吸聲性能與空腔厚度的關系。可以看出，鋁纖維吸聲板背后無空氣層（空腔厚度為ocm）時，吸聲板的吸聲系數低于0.1；空腔厚度為4cm時，鋁纖維吸聲板的吸聲系數顯著增大，且隨著空腔厚度的增加，吸聲板的共振吸聲峰頻率向低頻移動，其低頻吸聲性能顯著提高。低頻聲波的波長較長，易在空腔厚度大時形成共振吸聲結構。一般認為，當空腔厚度為入射聲波1/4波長的奇數倍時，其相應的頻率可獲得最大的吸聲系數。因為距剛性壁面1/4波長處的聲壓為零，空氣質點的振動速度最大，所以吸聲板所起的摩擦阻性效果最大，使聲能耗損達到最大，出現共振吸聲峰；而距剛性壁面1/2波長處的聲壓最大，質點振動速度為零，相應頻率材料的吸聲系數最小，出現吸聲谷［16-17］。由圖3可知，在所測試的頻率范圍內，空腔厚度越大，吸聲板共振吸聲峰對應的頻率越低。當空腔厚度為12cm時，在高頻段出現吸聲谷，且空腔厚度進一步增大至16cm及20cm時，吸聲峰和吸聲谷更加明顯，吸聲系數隨頻率的升高而起伏的速度更快。因此，針對變電站噪聲的中低頻段特點及吸聲板的空間占用情況，綜合比較不同空腔厚度下鋁纖維板的吸聲效果，現場噪聲治理時自研切削鋁纖維吸聲板采用8cm空腔厚度較為合適。圖4給出了面密度為484g/m2、空腔厚度為8cm的不同類型鋁纖維吸聲板吸聲性能的對比情況。由圖4可知，日本熔抽鋁纖維吸聲板雖然中低頻（500Hz）的平均吸聲系數相對較高，但其成本高（可高達1000元/m2），是國產切削鋁纖維吸聲板（220500元/m2）的2倍以上［18］。項目組自研鋁纖維吸聲板的性能測試結果顯示：自研熔抽鋁纖維由于制備工藝尚不成熟，纖維直徑大小分布不均，且難以鋪氈均勻，導致其吸聲效果與日本熔抽鋁纖維相差較大，相關制備和鋪氈工藝有待進一步改進。但是，自研切削鋁纖維吸聲板的中低頻吸聲效果與日本熔抽纖維相當，明顯優于現有國產切削鋁纖維，且其成本與國產切削鋁纖維相當，顯示出自研切削鋁纖維吸聲板用于變電站降噪的良好技術經濟性。GB12348—2008頒布后，國內變電站噪聲治理的關鍵是低頻噪聲的控制。鋁纖維吸聲板盡管具有較好的中低頻吸聲效果，但其吸聲頻帶相對較窄，實際應用時常需與其他吸聲材料或結構復合以達到理想的綜合降噪效果。微穿孔板具有良好的低頻吸聲特性，且其吸聲頻帶寬，對變電站（換流站）低頻噪聲可以起到有效的隔離和吸收削減作用［19-20］。文獻［21］對不銹鋼金屬纖維加穿孔板復合結構的吸聲性能測試結果顯示，金屬纖維板加在穿孔板后相當于增加了板后空腔厚度，且增大了穿孔板的聲阻，復合結構的低頻吸聲效果較單一金屬纖維吸聲板明顯增強。因此，為達到良好的變電站降噪效果，現場治理時兼顧利用鋁纖維吸聲板、微穿孔板的吸隔聲特點［22］，制定出采用鋁纖維吸聲板與微穿孔板復合的新型吸聲結構進行變電站降噪的優化方案。圖5給出微穿孔板+鋁纖維板復合吸聲材料與工程用玻璃棉材料的低頻消聲對比測試結果，可知微孔纖維復合材料相對于工程用玻璃棉具有絕對消聲優勢，且金屬材料具有良好的耐候性能與環保性能，較好滿足變電站的低頻噪聲治理和服役環境要求。室內變電站可在構筑物、墻面敷設合適的吸聲材料進行降噪。采用自研的切削鋁纖維吸聲板+金屬微穿孔板復合吸聲結構的降噪方案，對上述南方某城市某110kV室內變電站進行了噪聲治理，圖6為該吸隔聲板復合結構室內現場安裝后的實景圖。通過降噪治理，該室內變電站站界處基本無法辨識主變壓器噪聲，完全滿足GB12348—2008夜間1類聲環境功能區夜間排放限值。夜間站界噪聲水平由原先的49~55dB降低至41dB左右，已接近0類地區水平［1］。因此，采用自研的切削鋁纖維吸聲板+金屬微穿孔板復合吸聲結構進行降噪治理，可獲得優良的低頻吸收效果，并且滿足寬泛的吸收頻帶要求，兼顧低頻與中高頻降噪，比較適合輸變電設施，特別是變電站噪聲的綜合有效治理。隨著居民健康和環保意識的增強，居民對變電站附近區域的噪聲控制要求逐步提高，變電站噪聲污染及治理問題日益成為業內關注的焦點。針對變電站噪聲源特點，通過分析鋁纖維吸聲板的結構參數對吸聲性能的影響規律，以及鋁纖維吸聲板拓展頻帶、移動峰值工藝，了解這種降噪材料能夠較好滿足變電站噪聲治理的要求；采用自研的面密度為484g/m2、空腔厚度為8cm的切削鋁纖維吸聲板+微穿孔板復合吸聲結構進行室內變電站噪聲治理，取得了良好的降噪效果。與國內外其他吸聲材料相比，自研的切削鋁纖維吸聲材料用于變電站噪聲治理的綜合成本低，服役壽命長，安全環保，技術經濟性好，在現役及新建變電站（換流站）的噪聲控制工程中將具有廣泛的市場應用前景。【相關文獻】GB12348—2008工業企業廠界環境噪聲排放標準[S].[2]周建國,李莉華，杜茵，等?變電站、換流站和輸電線路噪聲及其治理技術[J]?中國電力,2009,42（3）:75-78.ZHOUJian-guo,LILi-hua,DUYin,etal.Reviewonmethodsofnoisereducingforequipmentinsubstations,converterstationsandtransmissionlines[J].ElectricPower,2009,42（3）:75-78.[3]陳澤萍，李強?變電站環境噪聲評價與防治[J]?電力環境保護,2008,24（1）:61-62.CHENZe-ping,LIQiang.Transformersubstationnoisepollutionassessmentanditscontrol[J] 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