变电站噪声范文

变电站噪声范文（精选7篇）

变电站噪声 第1篇

关键词：户外变电站,厂界噪声,吸隔声屏障,降噪措施

目前, 随着城市建设工程的不断加快, 城市区域的供电需求不断增加, 110 k V、220 k V以及500 k V高压输变电工程已深入到人口密集的城市中心地区, 然而变电站却被各类建筑物所包围, 出现了变电站厂界噪声超标的现象, 对周围居民生活影响很大, 不断发生居民投诉事件。对此, 本文根据吸隔声原理, 分析了某110 k V户外变电站站内、周界昼间、夜间噪声检测数据, 提出了采用吸隔声屏障控制噪声传播途径的变电站周界噪声治理方案, 设计了吸隔声屏障, 并应用于变电站噪声治理。经测试, 吸隔声屏障治理变电站周界噪声效果良好, 平均降噪量达到7 d B (A) 。

1 变电站噪声治理前噪声检测与分析

某110 k V户外变电站于1966年投入运行, 1995年4月进行了升级改造, 现有两台SFZ7-31500/110型主变压器, 是所在地区企业生产及居民生活用电的重要供电电源。该变电站原处于郊区, 周围为低矮平房, 东侧紧邻某机械厂, 西侧50 m为二级公路, 该地区当属于4类声环境功能区 (环境噪声限值:昼间70 d B (A) , 夜间55 d B (A) ) 。由于城市建设工程的扩展, 旧房、危房的改造, 2011年在变电站北侧20 m建成了居民小区 (南侧20 m为在建高层住宅) , 造成了该地区环境功能区类别升级为1类声环境功能区 (市环境监测中心站认定) , 超过了噪声限值 (昼间55 d B (A) , 夜间45 d B (A) ) [1,2], 并发生了居民投诉事件。该变电站周界环境、站内平面布置及噪声检测点布置, 如图1所示。

1.1 变电站背景噪声检测

在该变电站停止运行状态下, 对该变电站进行了变电站夜间背景噪声检测[3]。在变电站外北侧1 m处选择了1-4号测点 (5号测点为居民楼前1 m处) , 噪声值为40.8~45.7d B (A) 。按1类声环境功能区标准校核, 测点3、4超标, 噪声值分别为45.6 d B (A) 、45.7 d B (A) 。

1.2 站内噪声检测

在1号变压器停止运行、2号变压器运行、冷却设备停止运行的工况下, 在2号变压器北侧、东侧3 m处 (拟设吸隔声屏障处) 共设20个测点, 站内昼间噪声检测[3]结果为56.3~63.8 d B (A) 。而110 k V级变压器出厂声级限值为62 d B (A) , 低噪声自冷式变压器小于55 d B (A) , 据此确认2号变压器声级存在噪声超标现象。

1.3 变电站厂界噪声检测

当该变电站1、2号主变、冷却设备同时运行的工况下, 变电站厂界噪声最大。该变电站变压器通常运行方式为一台运行, 另台一备用, 2号主变较1号主变距变电站北侧居民楼较近, 厂界噪声最大, 所以选择了6种检测工况[3]:检测2号主变运行、1号主变停止运行、冷却器等不同状态工况下的变电站北侧厂界噪声, 1号主变运行、2号主变停止运行的工况作为辅助检测工况。下面是6种检测工况下的检测结果。

工况1:1号主变停止运行, 2号主变运行, 冷却设备运行, 变电站昼间厂界噪声为48.8~53.9 d B (A) 。

工况2:1号主变停止运行, 2号主变和冷却设备同时运行, 变电站夜间厂界噪声为46.9~51.0 d B (A) 。

工况3:1号主变停止运行, 2号主变运行, 冷却设备停止运行, 变电站夜间厂界噪声为47.0~48.8 d B (A) 。

工况4:1号主变停止运行, 2号主变空载运行, 冷却设备同时运行, 变电站夜间厂界噪声为43.0~45.8 d B (A) 。

工况5:1号主变、2号主变、冷却设备同时停止运行, 变电站夜间背景噪声为40.8~43.8 d B (A) 。

按声环境功能区为1类地区标准校核, 工况1噪声无超标, 工况2、工况3的5个噪声测点全部超标, 工况4的噪声测点1、噪声测点2超标, 分别为45.7 d B (A) 、45.8 d B (A) , 工况5的测点不超标。综合上述检测结果, 该变电站厂界噪声确实存在超标现象, 若按1类声环境功能区标准校核, 则超标较为严重;若按2类声环境功能区标准校核, 也存在超标现象, 则该变电站厂界噪声的治理势在必行。

工况6:1号主变运行, 2号主变、冷却设备同时停止运行。在该工况下, 当公路上无车行驶时, 昼间噪声为45.2~51.6 d B (A) , 夜间噪声为42.5~49.3 d B (A) ;有车行驶时, 昼间噪声为48.9~58.8 d B (A) , 夜间噪声为48.0~57.1 d B (A) 。由此可见, 车辆的行驶对该地区声环境造成了较大影响。

2 吸隔声屏障的设计原理

变电站厂界噪声治理主要有两种途径, 一是控制噪声源, 选用低噪声的主变压器和冷却设备等;二是控制传播途径, 控制变电站距人们居住、活动、工作场所的距离, 或加装隔声措施。对于已建成且稳定运行多年的变电站而言, 更新低噪声设备和控制变电站与人们居住、活动、工作场所的距离相当困难, 所以只好采取在主变周围加装隔声屏障的措施, 对噪声进行隔声、吸声和消声处理。

2.1 声传播

声传播路径如图2所示。

从图2可以看到, 在噪声源S与受声点R之间设立声屏障后, 噪声源发出的声波遇到声屏障时, 将沿着三条路径传播[4]:一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点, 其路径为A+B;一部分穿透声屏障到达受声点, 其路径为d;另一部分在声屏障壁面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这三条路径传播的声能分配。

2.2 绕射

声波绕射路径如图3所示。

由图3可知, 声源越过声屏障顶端绕射到达受声点R的声能比没有屏障时的直达声能小。直达声与绕射声的声级之差, 称之为绕射声衰减, 其值用符号Ld表示, 并随着Φ角的增大而增大。声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数, 它是决定声屏障插入损失的主要物理量。

2.3 透射

透射是声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。声屏障隔声的能力用传声损失TL来评价。TL大, 透射的声能小;TL小, 则透射的声能大, 透射的声能能减少声屏障的插入损失。透射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量, 用符号ΔLt表示。通常在声学设计时, 要求TL-Ld≥10 d B, 此时透射的声能可以忽略不计, 即Lt≈0。声屏障声学构件计权隔声量应小于25 d B。

2.4 反射

声波反射路径如图4所示。

从图4可以看到, 当声源两侧均建有声屏障且与声屏障平行时, 声波将在声屏障间多次反射, 并越过声屏障顶端n绕射到受声点, 会降低声屏障的插入损失。由反射声波引起的插入损失的降低量称为反射声修正量, 用符号Lr表示。为减小反射声, 一般在声屏障靠声源一侧附加吸声结构。反射声能的大小取决于吸声结构的吸声系数α, α是频率的函数, 是评价声屏障的指标。

当然, 由声源发出的声波遇到具有附加吸声结构的声屏障时也会被吸收, 使声能降低。声型声屏障声学结构的吸声性能应适应声源的特性, 其降噪系数应小于0.6, 同时声屏障声学构件应具有防潮 (水) 的性能, 在高湿度或淋雨水环境中其吸声性能不受影响。

3 吸隔声屏障设计

本文声屏障设计是将两台主变看做一个整体, 采用靠近声源变压器的围设方式, 由于受声点主要是变电站南北两侧的居民区, 因此采用三面围设的方式, 围设开口朝向变压器东侧的配电室, 既能有效的降低厂界噪声, 又能节约成本。考虑到北侧居民区已经入住, 南侧高层建筑在建, 作为一期工程, 先行设立北侧+东侧 (北半部) 声屏障。

声屏障形式采用直板式[5], 由基础、钢结构立柱、吸隔声屏体部分组成。为了保证声屏障与变电站进线的安全距离, 将声屏障高度设计为8 m, 进线处的声屏障高度缩减500 mm, 使声屏障的最高点与进线弧垂高度间距达到1.8 m。

3.1 吸隔声屏体

吸隔声屏体采用镀铝锌金属吸隔声屏体, 规格为2500 mm×500 mm×10 mm。面板、背板采用1.0 mm镀铝锌板, 表面喷塑, 既防腐又美观, 避免了光污染。面板穿孔率为25%左右, 屏体内侧填充40 kg离心玻璃棉, 离心玻璃棉用无碱憎水玻璃布包裹, 可避免吸声材料进水降低吸声效果。屏体具有耐候耐久性强、隔声量大、吸声系数高等特点。吸隔声屏障正立面如图5所示。

3.2 声屏障立柱设计

为保证声屏障的刚度和强度, 立柱采用双H型钢制成[6]。柱间跨距为2.5 m, 安装6个屏体。柱子和钢结构件全部热镀锌, 防止锈蚀, 同时对柱子和钢构件外表面喷塑处理。

3.3 声屏障基础的设计

该变电站所属地区为高寒地带, 全年主导风向为西北风、北风, 年平均风速为3.3 m/s, 冬季平均风速为2.5 m/s。为了确保吸隔声屏障坚固, 采用墩基础加连系梁结构[7,8], 每个基础约3.6 m3。地下基础部分采用混凝土结构, 充分考虑了高寒地区冻土层深度和土壤的冻胀特性。另外, 在基础施工中严禁用机械大面积挖掘, 浇筑基础后用土法施工回填, 最大限度地保护基坑四周土体安定及地下管线安全。

4 噪声治理效果

在装设吸隔声屏障一期工程竣工后, 再次对变电站厂界噪声进行了检测, 测点布置同图1。

4.1 工况1

1号主变停运, 2号主变运行, 同1.3之工况1和工况3。昼间公路上无车行驶时厂界噪声均不超过55 d B (A) ;昼间公路上有车行驶时, 距公路较远的4、5号测点分别为53.6 d B (A) 、53.3 d B (A) , 距离公路较近的1号-3号测点则大于55 d B (A) , 但小于60 d B (A) 。夜间公路上无车行驶时厂界噪声均小于45 d B (A) , 3号测点为41.6 d B (A) ;夜间公路上有车行驶时, 1、4、5号测点厂界噪声不超过45 d B (A) , 2、3号测点厂界噪声略超过45 d B (A) , 最多超过1.5 d B (A) 。与1.3工况3厂界噪声相比较, 夜间公路上无车行驶时, 1号测点厂界噪声由48.8 d B (A) 降至40.1 d B (A) , 2号测点厂界噪声由47.0 d B (A) 降至39.9 d B (A) , 3号测点厂界噪声由48.3 d B (A) 降至41.6 d B (A) , 4号测点厂界噪声由48.1 d B (A) 降至35.2 d B (A) , 声屏障的降噪效果极为明显。

4.2 工况2

1号主变运行, 2号主变和冷却设备停运, 同1.3之工况6。无论是公路上无车或有车行驶时, 昼间厂界噪声均不超过55 d B (A) , 比未加装隔声屏障时各测点的噪声值均有所降低。夜间厂界噪声在公路上无车行驶时均小于45 d B (A) , 比未加装吸隔声屏障时降低0.5 d B (A) 以上;公路上有车行驶时, 车辆行驶噪声的影响较大, 各测点噪声值虽然比未加装吸隔声屏障时有所降低, 但仍大于45 d B (A) 。

4.3 工况3

两台主变同时运行。夜间公路上无车行驶时, 厂界噪声均小于45 d B (A) ;夜间公路上有车行驶时, 4号测点厂界噪声为44.0 d B (A) 、5号测点厂界噪声为43.8 d B (A) , 1号-3号测点厂界噪声大于45 d B (A) , 小于50 d B (A) 。

4.4 检测结果分析

上述各工况检测结果表明:加装吸隔声屏障前, 不同运行工况下厂界噪声有超标现象。加装吸隔声屏障后, 在1号主变运行、2号主变、冷却设备同时停止运行且有车行驶工况下, 厂界噪声 (48.0~50 d B (A) ) 略超标准限值 (45 d B (A) ) , 超标主要源于汽车噪声。其余工况下, 昼间、夜间厂界噪声全部小于标准限值, 厂界噪声得到了明显控制。

5 结语

本文根据吸隔声原理提出的采用吸隔声屏障控制噪声传播途径的变电站周界噪声治理方案, 并应用于户外变电站噪声治理。实践证明, 吸隔声屏障是治理户外变电站厂界噪声极为有效的措施, 平均降噪量可达到7 d B (A) 以上, 具有很大的推广意义。

参考文献

[1]GB 3096-2008.声环境质量标准[S].北京:中国环境科学出版社, 2008.

[2]GB 12348-2008.工业企业厂界噪声排放标准[S].北京:中国环境科学出版社, 2008.

[3]GBJ 122-88.工业企业噪声测量规范[S].北京:中国计划出版社, 1988.

[4]马大猷, 现代声学理论基础[M].北京:科学出版社, 2004.MA Dayou.Theoretical basis of modern acoustics[M].Beijing:Science Press, 2004.

[5]GBJ 87-85.工业企业噪声控制设计规范[S].北京:中国计划出版社, 1985.

[6]GB 50017-2003.钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.

[7]GBJ 50010-2010.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

变电站噪声 第2篇

【关键词】 锅炉 风机 噪声

摘要：论文分析了嘉兴发电厂二期锅炉侧风机噪声产生的原因，对二期锅炉侧风机噪声进行了综合整治，设备的进气处噪声采取安装消声器，未达到降噪标准的部分通过在发声设备外侧敷设吸声材料，通过吸声材料内耗衰减，在控制生产性噪声上已取得较好效果，建议该降噪方法在火力发电厂生产现场进行推广。

嘉兴发电厂二期工程4台600MW机组全部建成投产后，嘉电已经成为“长三角”地区重要的火力发电基地。嘉电二期工程生产现场普遍存在着噪声超标问题。高强度的噪声，不仅损害人的听觉，引起听力下降，而且对神经系统、消化系统、心血管系统等都有不同程度的影响。由于火电厂是一种连续的生产过程，因此，火电厂所产生的噪声也是连续的。公司领导非常重视噪声整治项目，为保护员工和周围居民的身心健康以及噪声控制和治理。嘉电二期锅炉侧风机噪声分析

嘉电二期工程#

3、#

4、#

5、#6共4台600MW燃煤汽轮发电机组已投入商业运行，经噪声测试，除了北面厂界超标，发电设备多处噪声级很高，对主要的生产环境有较大的影响。

二期选用的风机都是大型的高压混流风机，风量大，压头高，装机功率大，其中一次风机的装机功率、压头更高。送风机及一次风机机体及管道的外形尺寸都很大，电动机安装在风机的外端进风口下面，用联轴器与风机轴连接，风机的进风口由弯头接至电动机的上方，并安装了进风消声器。室外的空气经过进风消声器进入风机的机体，被高速旋转的叶轮推压至叶轮的前端，沿风管进入锅炉。由于送风机及一次风机都已安装了进风消声器，风机的排风口与风管是密封连接的，进风排风的风动力噪声不会从进风排风口向外传播，在风机安装处的噪声主要是风机机体壁和风管壁辐射的噪声，是风机的风动力噪声或空气动力性噪声“透过”风机及风管壁向外辐射的噪声，同时还有电机的电磁噪声、冷却风扇的噪声、风机电机的联轴器噪声及轴承的旋转噪声等。空气动力性噪声由电机的冷却风扇旋转产生的空气压力脉动引起的气流噪声。

送风机及风管的体积较大，机体壁及风管壁展开面积很大，所辐射的噪声级较高，辐射噪声的声能总量较大。送风机及风管的附近噪声级在100dB(A)左右，一次风机风管壁近场的噪声级要接近110dB(A)，风机的噪声呈现了中频偏低的频谱特性，频带较宽。风机的强噪声对厂区的环境影响较为严重，影响范围也比较大，是目前影响厂界环境超标的主要噪声源。根据现场实际情况，公司决定首先对3号炉侧风机进行噪声整治。嘉电3号锅炉侧风机噪声的治理

当对噪声源采取措施后，噪声还未达到允许标准时，通过吸声、消声、隔声、隔振的办法，从传播途径的降噪措施来控制总体噪声效应和改善电厂员工的工作环境。经多方努力我们首先对3号炉侧风机进行了噪声整治，并在控制生产性噪声上已取得了一定成效，下面介绍一下3号炉侧风机噪声控制的一些具体做法。

2.1 送风机A、B的噪声控制

从噪声源分析可知，3号炉送风机A、B的噪声主要是送风机内部高强的风动力噪声透过送风机机壳及风管管壁向外辐射形成的噪声，可采取的降噪措施是对送风机机壳及风管进行隔声包扎，使噪声向外辐射的强度有所降低，即采用离心玻璃棉板+岩棉板+JNH吸声抹面料+彩钢板的隔声包扎方法。

3号炉送风机A、B由上海鼓风机厂制造，风量：211.2m3/s(BMCR)型号：FAF-26.6-14-1安装于锅炉房0m层平台。

对送风机噪声的控制，我们主要采用了隔声吸声技术，具体工艺如下：

(1)风道上焊接钩钉，要求每平方米焊接10只直径为4mm、长为150mm的钩钉，这样能固定吸声材料。

(2)本次3号炉侧送风机降噪采用第一层敷设50mm厚容重为32kg/m3离心玻璃棉、第二层敷设50mm厚容重为100kg/m3的岩棉、之后采用JNH吸声抹面料进行30mm厚的抹面，外护层选用彩钢板。吸声材料采用50mm超细离心玻璃棉，(规格：1200×600×30mm，密度：32 kg/m3，平均吸声系数为0.6，)超细离心玻璃棉具有质轻、柔软、直径细、纤维长、按装时不太刺皮肤等优点，作为吸声材料在工程上得到广泛应用。

(3)施工工艺要求做到一层错缝，两层压缝，无空隙，表面平整，每层吸声材料要用压板固定并用铁丝网扎紧。

(4)铁丝网外用JNH吸声抹面料进行泥浆抹面，厚度不小于30mm，将铁丝网盖住，做到表面平整光滑，这样即能起到隔音作用，又有良好的防水作用。

(5)泥浆抹面以后再焊接4 mm×4 mm的角铁，以固定彩钢板，角铁的焊接质量影响到外护板的外观，要求其平整圆滑，安装彩钢板时要从下到上，搭接朝下，具有良好的防水性能，做到外观平整美观。(如图1所示)

图1 风机降噪施工工艺图解

我公司选用 HS6288B型噪声频谱分析仪，在现场距设备噪声源1m处进行监测分析。经过整治3号炉送风机的噪声由原来的102dB(A)左右下降为86dB(A)左右，有效改善了锅炉0m层的噪声作业环境，符合《工业企业噪声卫生标准》中的要求，治理效果令人满意。以下是3号炉送风机A治理前后噪声测定数据。(见表1)表1 3号炉送风机A治理前后噪声测定 测点№1 №2 №3 №4 №5 №6平均值

治理前数值dB(A)105.5 104 97.7 98.2 102.995.8 102 治理后数值dB(A)90.6 90 82.4 85 86.1 81.7 87.3 2.2 一次风机A、B噪声的控制

3号炉一次机A、B由上海鼓风机厂制造，风量：81.72m3/s(BMCR)型号：PAF-19-12.5-2。通过噪声测量及分析可知，一次风机的噪声主要是进气口和出气口辐射空气动力性噪声和机壳与管壁辐射机械性噪声。对一次风机噪声的控制，主要采用了隔声吸声技术，具体工艺如下：

本次3号炉一次风机本体噪声治理工作采用第一层敷设50mm厚容重为32kg/m3离心玻璃棉、第二层敷设50mm厚容重为32kg/m3离心玻璃棉、第三层敷设50mm厚容重为100kg/m3的岩棉、之后采用JNH吸声抹面料进行30mm厚的抹面;冷一次风道(炉墙内侧)噪声治理工作采用第一层敷设50mm厚容重为32kg/m3离心玻璃棉、第二层敷设50mm厚容重为100kg/m3的岩棉、之后采用JNH吸声抹面料进行30mm厚的抹面。其它工艺步骤同送风机要求。

根据《工业企业噪声卫生标准》第5条中规定，“工业企业的生产车间和作业场所的工作地点的噪声标准为85 dB(A)。现有工业企业经过努力暂时达不到标准时，可适当放宽，但不得超过90 dB(A)。”参照本次测试结果可以看出，3号炉侧风机生产场所的噪声水平达到了标准要求。(见表2)表2 3号炉一次风机A治理前后噪声测定 测点

№1 №2 №3 №4 №5 №6平均值

治理前数值dB(A)106.8 104.3 99.8 101.3 95.2 97.8 102.5 治理后数值dB(A)91.1 90.4 89.1 91.5 87.1 89 89.9 经采取上述整改措施后，3号锅炉一次风机的噪声由最高时107 dB(A)左右降至89 dB(A)左右，达到了工业企业噪声卫生标准。结 语

合理选择吸声抹面材料能进一步达到降噪效果，我们施工中所使用的JNH吸声抹面料对中低频到高频的各种噪声均有良好的吸声效果。

变电站噪声 第3篇

随着经济的发展, 用电负荷大幅度增长, 导致电网大规模建设, 变电站用地紧张, 越来越多的变电站不得不选在离居民区较近的地方建站。特高压交流电气设备主要噪声源为主变压器、高抗以及各种金具、导线和绝缘子的电晕放电产生的噪声。由于设备更高更大, 其噪声传播的范围更远, 因此可能产生噪声扰民的问题, 这就要求对噪声问题引起足够的重视。

本报告结合西南地区某1000k V变电站电气设备的布置, 考虑噪声对变电站站内及附近居民的影响, 通过噪声预测软件Sound PLAN对变电站本期及远景的环境噪声污染影响进行模拟、计算和预测分析, 并提出经济、合理可行相应的噪声治理措施。

2 变电站的噪声控制点及标准

2.1 噪声的分类及标准

环境保护要求变电站噪声必须同时符合两个国家标准的要求, 一是《工业企业厂界环境噪声排放标准》 (GB12348-2008) , 二是《声环境质量标准》 (GB3096-2008) , 前者指企业厂界排放噪声要求, 后者是指周围敏感点环境噪声要求。

根据环境影响报告书内部评审意见, 某1000k V变电站所处区域属于Ⅱ类功能区, 厂界排放噪声和环境噪声均应执行Ⅱ类功能区标准, 即厂界和周围居民环境敏感点处噪声昼间应60d BA, 夜间应50d BA。

3 变电站的主要噪声源

1000k V特高压变电站运行期间的主要噪声源有:固定高抗噪声、主变压器噪声、低抗和导线噪声。

3.1 1000k V固定高抗噪声

电抗器噪声是由于主磁路间隙材料在麦克斯韦尔力作用下伸缩而引起铁饼振动及铁心磁致伸缩导致铁心振动产生的, 其中前者占主导作用, 后者由于电抗器磁路磁通密度较低, 引起的振动和噪声较小。

3.2 1000k V主变压器噪声

变压器的噪声有由部分组成:变压器本体噪声和冷却装置噪声。

变压器本体噪声产生的主要原因有硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动、硅钢片接缝处和叠片间的漏磁引起铁心的振动、绕组负载电流漏磁所引起的绕组和油箱壁的振动等。

冷却装置噪声产生的原因为:⑴冷却风扇和变压器油泵在运行时产生振动, 辐射噪声;⑵变压器本体的振动通过绝缘油、管接头及装备零件等传递给冷却装置, 使冷却装置的振动加剧, 增大噪声的辐射。

3.3 导线噪声

导线噪声由两部分组成:⑴整数倍的纯声和宽频带噪声;⑵导线跳绝缘子均压环及跳线金具的电晕放电噪声。

降低变电站电晕可以从设备、设计、金具制造和包装运输、施工各环节同时进行控制, 改善电场分布, 提高起晕电压。

3.4 电容器组和电抗器组噪声源

110k V无功补偿设备中的电容器组和电抗器组产生的可听噪声主要分布与顶部和底部, 机械共振主要是由电容器组的第一纵向共振控制, 声音产生是一维的, 声音辐射被限值在和电容器组纵向的垂直面上。

4 1000k V变电站噪声预测分析

4.1 1000k V变电站噪声计算输入

⑴在噪声预测软件Sound PLAN中建立模型:根据1000k V变电站的站区平面布置方案图布置主要噪声源、建筑物和围墙;

⑵计算:模拟计算时考虑的主要声源及源强;

某1000k V变电站分析结果为:导致站外和站内噪声较大的最主要噪声源为1000k V固定高抗, 其次为1000k V主变等。因此必须对最主要的噪声源采取降噪措施, 让周围敏感点噪声达标。

5 变电站降噪措施

(1) 降低声源噪音, 可以选用低噪音的生产设备和改进生产工艺, 或者改变噪音源的运动方式。

(2) 改变声源已经发出的噪音传播途径, 如采用吸音、隔音、音屏障、隔振等措施, 以及合理总图布局等。

(3) 受音者或受音器官的噪音防护, 如长期职业性噪音暴露的工人可以戴耳塞、耳罩或头盔等护耳器。

在具体的工程实践中, 只采取单方面的措施是不够的, 往往需要采取综合措施, 才能达到理想的效果。变电站的噪声治理主要从噪声源和传播途径两个方面进行。

5.1 声源处抑制噪声

(1) 1000k V变压器噪声的降低

变压器的噪声由2部分组成:变压器本体噪声及辅助冷却装置噪声。。就变压器本体而言, 主要可通过减弱铁芯噪声实现, 通过使用现代型芯材料得到降低。通过对铁芯的适当控制, 可降低变压器本体噪声5~10d B (A) 。

冷却设备噪声的降低可通过降低设备本身的噪声、有效地隔绝传播路径来实现。

(2) 1000k V高压并联电抗器噪声的降低

对于高压并联电抗器, 在设计中采取以下措施来控制振动与噪声: (1) 提高间隔材料硬度; (2) 铁芯柱采取强力压实措施, 为了保证铁芯柱在长期运行中恒定压力, 设计中采用了蝶簧压紧结构; (3) 器身与油箱间放置弹性垫减震; (4) 油箱上下端采用球形断面更有利于减少振动, 控制噪声。

(3) 导线及连接金具噪声的降低

导线本体噪声的降低, 可通过增加子导线的直径及增大导线的分裂数量来解决。对于金具及设备均压环, 可通过对其表面电场强度的计算, 提出金具及设备均压环设计的优化方案, 以降低电场强度, 从而可以减小电晕噪声。

5.2 控制传播途径

控制噪声的传播方向 (包括改变声源的发射方向) 是降低噪声尤其是高频噪声的有效措施。建立隔声屏障, 或利用天然屏障 (土坡、山丘) 或种植树木, 以及利用其他隔声材料和隔声结构来阻挡噪声的传播。

5.2.1 合理选择站址和合理的平面布置

在站址的选择上, 将特高压交流变电站建在远离噪声敏感点的地方, 可以有效降低对周围居民的影响。若周围有噪声敏感点, 应尽量优化总平面布置, 例如将主变压器布置在站区的中间位置, 远离站前区;在主要噪声源的传播路径间优化各建筑物的布置, 如将继电器室、站用电室、雨淋阀室等布置在噪声源的传播路径上, 以此来阻碍声波向噪声敏感地区的传播。

5.2.2 设置隔声屏障或采取BOX-IN

1000k V固定高抗靠近围墙布置, 其噪声对周围环境的影响 (相比变压器) 更大, 所以可以通过在高抗前方设置隔声屏障或采取BOX-IN的两种降噪方案来降低其噪声对周围环境的影响。

(1) 1000k V固定高抗前方隔设置隔声屏障。在高抗靠近围墙处设置隔声屏障, 用来降低其噪声对周围环境的影响。根据计算结果, 高抗前方设置隔声屏障, 当高度为10m时, 降噪效果最为明显, 其降噪效果可降低噪声10~15d B (A) 。

(2) 1000k V固定高抗采取BOX-IN。1000k V固定高抗还可以通过采用BOX-IN的降噪方法来降低其本体的噪声, 即采用可拆卸和带有通风散热消声器的隔音室把1000k V可控高抗封闭起来, 把套管、冷却器、风扇和压力释放器等放在隔音室的外面。该方案外观整齐, 降噪效果显著, 根据测算并结合国内直流换流站BOX-IN的噪声治理经验, 其降噪效果一般可降低噪声15~20d B (A) 。

6 结论

对于1000k V变电站, 主要噪声源为1000k V主变和高抗, 为了有效地控制环境噪声, 以使站界和周围环境噪声达标, 实施时建议采取如下的降噪措施:

6.1 噪声影响控制区设置

某1000k V变电站站址150m范围内没有居住区, 仅散布少量民房, 可对超标区域内的民房进行拆迁, 本期的拆迁面积为360m2。经过预测变电站周围敏感点均达到Ⅱ类区影响, 对周围居住区影响较小。所以考虑在变电站围墙外设置噪声影响控制区的形式来保护环境。

6.2 平面优化

(1) 将变电站主变压器布置在站区的中间位置, 减小其对周围环境的影响。 (2) 在1000k V主变压器靠近主控通信楼一侧修建防火墙, 有效降低其噪声对站前区的影响。 (3) 1000k V高抗远离站前区布置, 加大1000k V高抗噪声的衰减, 降低其噪声对站前区的影响。 (4) 在主控通信楼靠近1000k V主变一侧设置针对低频噪声的隔声窗。

6.3 降低声源噪声

对于1000k V主变和高抗, 在订货时严格限制设备厂家, 使其提供的产品噪声不超限值。建议设备厂家对主设备的噪声水平进行研究, 生产出噪声较低的特高压设备。

建议在设备采购时尽可能的选购低噪声的设备。

6.4 控制传播途径

1000k V变电站本期及远景规模时可采用高抗加装声屏障的降噪措施。

综上所述, 1000k V变电站通过采取以上一系列的综合降噪措施后, 可使环境噪声满足环评要求, 并可大大减小噪声对变电站内运行人员和周围环境的影响。

摘要：随着国内电网特高压工程的增多, 变电站内噪音的问题越来越受到重视, 笔者就1000kV变电站工程为例, 分析了噪音产生的原因以及降低噪音的措施方法, 对特高压工程的长远建设具有借鉴和参考意义。

变电站噪声 第4篇

1 变电站噪声来源

1.1 主变压器噪声

变压器运行时会由于构成铁心的硅钢片发生磁致伸缩引起铁芯周期性振动,诱发变压器外壳产生振动而产生噪声。通常,铁芯硅钢片的磁致伸缩振动是变压器噪声的主要来源,它发射的噪声大小主要取决于变压器的额定功率和铁芯的磁通量密度,而不是负荷的大小。

变压器的正常运行时的噪声频率大多低于1k Hz。在变压器施加正弦负载电流(工频电流)时,绕组噪声的频率主要是电流频率的2倍;而铁芯噪声的频率主要分布在工频电流的4次谐频到10次谐频的范围内,这取决于铁芯中的磁通量密度。因此,变压器有负载时的噪声频谱由频率为100Hz(工频为50Hz)的绕组噪声和频率更为丰富的铁芯噪声叠加组成。通常变压器电功率容量越大,两倍工频噪声所占的比例也越大。图1是某变电站主变压器(110k V,6.3MW)的噪声频谱图。

从变压器的频谱测试结果了解到,变压器的噪声以50Hz的偶次谐频为主的宽带噪声,其噪声能量主要分布在100Hz~800Hz中低频段。并且同一站内的同类型主变压器的噪声频谱形状基本相同,主变噪声呈现明显的低频窄带特性。

1.2 冷却系统噪声

变电站的冷却系统噪声主要来自潜油泵以及主变冷却风扇的运行噪声。110k V变电站的主变多在低负荷时采用油浸自冷(ONAN)方式,在高负荷时采用油浸风冷(ONAF)方式。因此在夏季用电高峰期,变压器的潜油泵和冷却风扇在运行过程中产生振动时,冷却风扇的噪声比主变本体噪声更大,使得主变的合成噪声提高。

1.3 通风散热系统噪声

通风散热系统噪声一般来自安装在建筑物外墙体上的空调或者排风扇,用于变电站的开关室、GIS设备室或变压器室散热。通风散热系统噪声的频率主要集中在中高频,在夏季高温天气通风散热系统启动时才存在。但由于夏季变电站附近居民多开窗,因此通风散热系统启动时对附近居民环境敏感点的影响较大。通风散热系统噪声也是目前夏季变电站噪声扰民投诉的主要原因。

1.4 其他噪声

电抗器与电容器运行过程中也会产生噪声。电抗器与变压器的噪声组成基本相同,是由于电抗器本体铁芯的磁致伸缩导致的振动产生,其噪声频率特性与主编噪声频率特性基本相同;电容器的噪声是由于电极间静电力的作用使电容器内部元件产生振动。由于现实条件下,110k V变电站的电抗器与电容器数量较少且噪声较小,因此不属于变电站的主要噪声来源。

2 变电站噪声标准限值

我国的变电站噪声限值主要参照国家标准《声环境质量标准》(GB3096-2008)和《工业企业厂界噪声标准》(GB12348-2008)中关于各功能区环境噪声限值的规定。

根据《声环境质量标准》(GB 3096-2008)标准,110k V变电站的噪声环境划分比较复杂,为满足实际情况的要求,对紧挨着主干道的一侧厂界可按4a类区域(昼间≤70 d B;夜间≤55 d B)控制,靠近商业、工业及居民混杂区的厂界按2类区(昼间≤60 d B;夜间≤50 d B)控制,对紧挨着行政和居民区一侧厂界则按1类区域(昼间≤55 d B;夜间≤45 d B)标准控制。

3 变电站降噪措施

在变电站噪声治理方面,降噪措施主要有变压器噪声治理、吸声、声屏障隔声、设备隔振、声调控和有源消声等方式。

3.1 变压器噪声治理

包含本体及冷却系统噪声。减低本体噪声的主要方法有:选用低噪声设备,在制造阶段选用高导磁硅钢片,降低铁心的磁滞伸缩,在铁心表面涂加环氧漆等方式来降低铁心产生的电磁噪声。

降低变压器冷却系统噪声的方法:尽量选择自冷式散热变压器,或者选用无噪音风扇或加装消声弯头等方式降低冷却系统噪声。

3.2 吸声技术

吸声技术主要用于变电站建筑物内噪声的治理,通过在建筑物内各个墙面加装具有高吸声系数的吸声材料,增加室内整体吸声量,从而达到降低室内噪声的目的,但此法容易存在室内散热问题。

3.3 隔声技术

隔声技术主要用于室外噪声的处理,根据变电站内设备噪声的频谱特性、声级大小以及声音分布位置等因素,从声音传播途径上入手设置隔声屏,或者利用隔声间封闭变压器本体来达到降噪的目的。隔声技术是目前最为经济且有效的变电站降噪措施。

3.4 隔振技术

隔振降噪技术主要用于治理由于地下站内变压器产生的低频结构噪声。通过在变压器与底座之间加装隔振装置,减少变压器通过建筑物楼梯结构传递的噪声。隔振装置可以通过内部加装不同固有频率的弹簧,在一定程度上改变变压器的噪声频谱特性。但此法需要停电施工,并且抬升变压器高度后容易造成顶端安全带电距离不够的问题。

3.5 声调控法

声调控法,主要通过叠加一些列不同频率不同响度的其他噪声,来改变原有噪声的频谱结构,此法不以降低L声级为主要目的,但可以在一定程度上改善噪声对人体的主观影响。Genell研究发现适合的频谱平衡可以对主观烦恼度起到积极作用,并且人们对风声、水流声一类的自然声比较偏爱,因此可以通过叠加自然声的方式来达到减少噪声对人体的影响。

3.6 有源消声法

有源消声法,是通过在变压器周围设置多个声发生器,声发生器发出的声音与变压器所发出的声音频率相同,相位相反,传播方向相反,在传播过程中相互抵消,从而达到降噪的目的。但此法在变电站噪声治理的实际应用上仍存在较多问题。目前有源消声法主要用于管道消声。

4 结语

4.1 目前变电站的降噪措施很多,现有的降噪措施均存在不同程度的占地面积大、安装操作不方便、成本较高、需停电作业等问题,应开发便于安装操作、无需停电的新型降噪技术。

4.2 在实际的变电站降噪工程中,应结合具体的变电站噪声特性、变电站平面布置情况及周围声环境要求,综合多种降噪措施,来达到降低变电站噪声的目的。

参考文献

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变电站噪声 第5篇

关键词：变压器噪声,收敛速度,收敛精度,变步长

1 引言

近年来, 随着城市中心变电站数量增多和人们对生活居住环境品质要求的提升, 噪声扰民以及居民投诉越来越多。文献资料和实测数据显示变电站噪声主要为变压器产生的低频噪声[1,2,3,4], 其峰值频率在500Hz以内, 由于低频噪声衰减慢、声波长、穿透力强, 能轻易穿越障碍物, 长距离奔袭和穿墙透壁直入人耳, 难治理, 对变电站周边居民影响较大。目前变电站采用的传统无源控制技术, 主要是通过吸声处理、隔声处理, 使用消声器、振动隔离、阻尼减振以达到降低噪声的目的。其不足的地方是对低频噪声控制的效果不明显, 且施工量很大。而有源控制 (Active Noise Control, 简称ANC) [5,6,7]技术是通过构建与噪声声波幅值频率相等、相位相反的次级声波, 与原来噪声在一定区域内叠加、相互抵消以达到降低噪声的目的。其低频降噪效果明显、体积小、成本低。

本文在许多专家学者提出的多种变步长自适应滤波算法基础上[2,3,4,5,6], 结合变电站变压器的噪声特点, 对其进行改进, 使算法性能得到了一定程度的改善。本文提出的改进算法能在降低对噪声的敏感性、达到比较高的收敛精度的同时, 大幅降低噪声信号, 从而达到降低噪声的要求。本文对其他的噪声控制以及噪声控制装置研制有一定的参考价值。

2 变压器噪声信号分析及降噪方案

2.1 实测变压器噪声特性分析

对已知的算法进行改进, 首先需要知道算法所应用对象的特性。为此, 对南京江东门110k V变电站变压器四周的噪声进行测量, 测量距离为2m。然后对噪声信号进行初步分析, 得到如图1所示的噪声时域及其频谱图。

从变电站实测变压器噪声信号的频谱图中发现:变压器噪声中能量较大频率分量主要集中在500 Hz以下, 为100 Hz (电网频率的两倍) 整倍数的频率, 可以认为变压器的噪声为线谱噪声;而且这些特征频率信号在一段时间内比较稳定, 不会因外界干扰而发生突然变化。以上特征和参考文献[1, 3, 4]中的情况一致。由于噪声频率越高, 衰减越快, 因此以能量最大的低频分量为重点, 构建相关参考信号, 针对变电站内变压器的低频噪声研究自适应滤波算法。

2.2 变电站变压器降噪系统及方案

通过对变电站自适应有源噪声控制的研究, 设计自适应有源噪声控制系统, 单通道有源噪声控制器系统结构如图2所示。系统主要由传声器、外围信号调理以及处理控制三部分组成。传声器部分包括扬声器和测量传感器;外围信号处理部分包括信号放大器、高频滤波、A/D转换、D/A转换和低频功率放大器等。实际应用时, 应根据变压器尺寸大小, 在变压器四周布放有源噪声控制装置, 对变压器周围的噪声进行控制。

有源噪声控制器系统的工作原理为:前置放大器分别放大初级传感器采集的噪声信号、误差传感器的误差信号, 然后微弱信号经过调理电路放大, 再经过A/D将模拟信号转换为数字信号。DSP读取转换后的数据进行自适应运算控制, 将运算的结果送D/A转换器, D/A转换器输出模拟信号到扬声器, 如此循环往复, 最终达到降低变电站噪声的目的。

3 改进变步长最小均方误差 (LMS) 自适应滤波算法及分析

3.1 滤波-XLMS算法原理

设参考信号为x (n) , 初级信号为p (n) , 次级声源的输出信号为y (n) , 次级声源和初级噪声源叠加后的误差信号为e (n) 。

在实际应用中, 常采用FXLMS算法, 它使参考信号通过一个与次级通路Hs (z) 相同的附加通路, 达到更新LMS算法中权系数的目的, 解决因误差信号e (n) 产生延时导致的误差信号与参考信号x (n) 在时序上无法正确“对齐”的问题。系统控制图如图3所示, 为Hs (z) 的近似, W (z) 为自适应滤波器, 采用有限脉冲响应结构。

参考信号与初级信号的关系是:

在误差传感器处, 接收到的初级声场和次级声场信号分别为:

式中, d (n) 为期望信号。应用横向结构FIR滤波器形式, 设滤波器长度为L, 将第n时刻横向滤波器的权系数和参考输入表示为矢量形式:

次级信号由参考信号计算获得:

假设初级噪声具有局部平稳性, 则可以认为自适应滤波权系数在L时段内基本不变。将式 (6) 代入式 (3) 次级信号关系式整理得到:

r信号矢量与参考信号矢量的关系是:

于是, 误差传感器接收到的信号可表示为:

自适应算法主要采用最小均方算法, 根据最速下降原理控制器参数向量W (n) 的修正量为:

第n+1时刻自适应控制器的参数向量W (n) 的调整公式为:

式中, μ为收敛系数, 也即步长因子。

3.2 改进变步长自适应滤波算法及分析

由于最小均方误差算法使用的是固定步长因子, 所以该算法具有先天缺陷。为了提高自适应滤波性能, 人们提出了许多变步长自适应滤波算法, 如归一化最小均方误差算法、Gitlin R D在文献[8]中提出的变步长算法等。高鹰等人在前人研究的基础上提出了一种新的变步长算法[9], 其算法的迭代公式为:

式中, 参数α>0控制函数的形状;参数β>0控制函数的取值范围。通过根据跟踪环境和输入信号的分布选取合适的参数α和β, 能够使该算法具有较快的收敛速度和收敛精度。

该算法中, 用e2 (n) 调节步长因子, 使误差信号中不可避免地会引入一些噪声。如果误差信号中包含的噪声具有很强的自相关性, 将会造成步长因子μ大的起伏, 从而影响算法的收敛速率和收敛精度。而参考文献[10]提出的算法利用e (n) e (n-1) 来调节步长因子, 能很好地降低算法对噪声信号的敏感性。

这样变步长自适应滤波算法的迭代公式变为:

由于μ (n) 和e2 (n) 成指数关系, 使得该算法不具有很高的收敛精度, 会使得μ (n) 随e (n) 的变化起伏性太大, e (n) 收敛精度降低, 具体的不足会在下文的算法仿真比较部分进行说明。本文在前人研究的基础上, 兼顾变步长和μ (n) 的起伏性提出如下的自适应滤波算法, 迭代公式为:

由变步长算法的目的可知, α和β的取值应该遵循的原则是:在e (n) 较大时, 对应的μ (n) 应该较大, 以保证算法有较快的收敛速度;当e (n) 很小直至达到最小值即算法进入稳态时, 对应的μ (n) 也应达到最小, 以保证算法具有高的收敛精度。根据式 (17) 可知, μ的最大值为β, 则可知当β<1/λmax时, 算法一定收敛。在具体实际应用中, 可通过仿真实验来确定最优的α、β值。

4 算法仿真及结果分析

4.1 确定α、β参数仿真分析

为了使算法在应用中达到最好的效果, 首先对μ (n) 和e (n) 的关系进行仿真。图4和图5分别是μ (n) 和e (n) 函数关系曲线图, 图4中β固定, α不同;图5中α固定, β不同。

通过观察图5的曲线发现, 固定β, 选择较大的α, 算法收敛速度较快。但当α值过大时, 收敛后误差e (n) 对应的μ (n) 仍然较大, 造成算法收敛精度降低。由图5可知, 当固定α时, 选择大的β算法的收敛速度较快, 但如果β过大会造成不收敛或收敛精度降低。所以, 在具体实际应用中, 可通过仿真实验来确定最优的α、β值。

由于变压器噪声中能量较大的基本为周期性的低频噪声, 且很平稳, 而非平稳随机噪声很小, 可以忽略不计。因而, 变电站的噪声抑制更侧重算法的收敛性, 即能较大程度地对周期性信号分量进行抑制, 保证收敛精度。所以, 针对变电站噪声抑制的算法中, α、β值不能取得太大。

4.2 改进变步长算法比较仿真

为验证本文算法的有效性, 比较算法改进前后的差异, 利用Matlab进行仿真分析。首先构造输入信号x (n) =s (n) +v (n) 。

其中, v (n) =0.2randn (1, N) , 为非平稳随机信号;s (n) =cos (2π100t) +cos (2π200t) , 为平稳的100Hz和200Hz分量噪声信号, 然后构建以x (n) 为参考信号的变步长自适应控制算法。仿真时, 参数α=5、β=0.04。本文改进算法和文献[10]的算法比较如图6所示。

从图6可以看出, 参考文献[10]的变步长算法能很快地响应信号的变化, 收敛速率比较快, 但收敛精度不是很高, 不符合变电站降噪的目标要求。而本文的改进变步长自适应滤波算法的收敛精度比较高, 收敛速率也不慢, 随着时间的变大, 剩余误差信号逐渐趋于0。因此, 本文的改进算法更适合变电站的低频平稳的周期信号噪声。

4.3 改进变步长算法对变压器噪声抑制效果分析

前面内容是分析本文改进变步长算法的可行性和优越性, 下面将对变电站采集的实测变压器噪声信号进行抑制分析, 观察抑制效果。算法中参数α、β选择为:α=50、β=0.4, 变压器噪声原始参考输入信号和去噪后的信号如图7所示。

图7 (a) 是去噪前后时域比较图, 图7 (b) 是去噪前后频谱分析图。从图7 (a) 时域图中可以发现:对噪声进行滤波抑制后, 在短时间内就可以使噪声剩余量很小, 趋近于0。从图7 (b) 去噪前后的频谱图中可以发现:周期噪声信号基本滤除, 诸如汽车、工地、说话等非周期信号还有一定的剩余, 由于非周期信号的不可预知性, 对其抑制比较难。由于本算法已经能够有效地降低能量较大的低频周期噪声信号, 故使降噪达到满意的效果。当然, 在变电站变压器噪声抑制的应用中, 要注意参考信号与噪声信号的相关性, 相关性越大, 自适应噪声抵消系统的噪声效果越好。

5 结论

通过对变电站实测变压器噪声分析得出:变电站中低频噪声中能量较大频率分量相对比较确定, 主要是500Hz以下的低频分量, 且这些特征频率信号在一段时间内比较稳定, 不会因外界干扰而发生突然变化。本文提出了一种改进的变步长LMS自适应滤波算法, 该算法可以在大幅降低噪声信号的同时降低算法对噪声的敏感性, 同时有效改善算法收敛速度和收敛精度。通过对实测信号的应用, 得出本算法能够有效地降低能量较大的低频周期噪声信号。本文的研究为今后变电站降噪装置的研制开发提供一定帮助。在变电站噪声抑制的实际应用中, 应考虑现场各种复杂情况, 合理布置降噪装置, 才能使变电站降噪达到满意的效果。

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变电站噪声 第6篇

一、瞬变电磁法原理

瞬变电磁法主要是依据电磁感应原理的一种勘探方法, 瞬变电磁仪的工作流程主要分为三大部分, 第一部分是发射线圈发射一次磁场, 第二部分是一次磁场与地下的导电物质发生感应产生二次磁场, 第三部分是接收线圈接收二次磁场。

首先是发射线圈中导入阶跃电流I, 导入阶跃电流一定时间后立刻对阶跃电流进行关断, 根据电磁感应原理可知此时发射线圈产生了磁场, 我们把此时产生的磁场称为一次磁场, 一次磁场产生后开始向四周传播, 在向地下传播的过程中地下存在着矿石和金属导体, 由于发射线圈导入的阶跃电流在一定时间后立即关断所以产生的一次磁场是逐渐衰减的, 所以地质中的导体也产生了变化的磁场, 我们把它称为二次磁场, 由于不同地质深度中导体的电导率是不同的, 所以产生的磁场强度也会有相应的变化, 此时接收线圈接收到了二次磁场, 二次磁场是变化的在接收线圈中又会产生随时间变化的感应电动势, 我们通过观察感应电动势的变化情况来分析地质中的物质, 从而达到勘探的目的。

二、瞬变电磁仪低噪声接收机的设计

1. 放大电路的噪声来源。

内部噪声和外部噪声是放大电路的两个主要噪声, 内部噪声是来自器件内部的, 电压噪声、电流噪声、电阻噪声是器件内部噪声的主要来源, 我们把它们统称为放大器噪声。外部噪声种类众多, 在实际勘探中常见的噪声源有:电源的线路噪声、无线电通信噪声、人文噪声、监视器噪声等, 无论是内部噪声还是外部噪声都是无法彻底根除的, 如果瞬变电磁仪的工作时把这些噪声信号接收后也会产生相应的感生电动势, 会对我们勘探地质情况带来错误的地质分析情况, 所以选择一个低噪声的放大器对我们观测结果的准确性有很大影响, 本设计选取了LT公司生产的采用绝缘栅型场效应管构成输入差分放大级的超低噪声、高速运算放大器LT1028作为前置放大电路的运放 (主要参数如表1所示) , 又再次应用到了差分信号的原理重新组成新的前置运放放大电路, 能够对噪声起到更好的抑制作用。

2. 低噪声前置放大设计。

本设计采用的是LT公司生产的采用绝缘栅型场效应管构成输入差分放大级的超低噪声、高速运算放大器LT1028, 它具有输入噪声小、频带范围宽和长期工作的特点, 利用两片LT1028低噪声放大器组成差分电路[1], 组成差分电路后电路的内部噪声和外部噪声都会以同样的幅值加到这个平衡的查分电路上, 但是返回的路径不是一个参考点, 在这个过程中噪声将在差分信号中相互抵销, 仅对有用的差模信号进行了放大, 进而有效地抑制了电路中的噪声信号。

在电源电压驱动相同的情况下, 差分信号的摆幅是单端摆幅的两倍, 在一定程度上提高了噪声比, 增加了运放余量, 也一定程度上降低了失真, 从而可以见得在小信号接收的过程中差分信号比单端信号具有更大的优势, 下图2是本文采用的两片LT1028的差分电路电路图, 其增益表达式为 , 差分信号的摆幅和单端信号的摆幅在相同电源电压的激励下摆幅可以达到单摆摆幅的两倍, 这就大大地提高了噪声比, 降低了失真, 为以后的运放减轻了负担。我们从中发现了差分电路在本文中具有很大的优势, 所以本文采用两片LT1028组成差分放大电路, 具体原理图如图1所示。

在图1中R1=R2, R3=R4, R5=R6, 其增益表达式为

三、前置放大器的噪声分析与计算

前置放大器的噪声计算对我们如何降低噪声系数, 提高仪器的分辨率以及观测结果起到了很重要的影响, 所以下面简单介绍单运放电路的噪声计算进而为今后研究提供可靠的理论基础, 原理图如下图2所示。

3.1单运放电路的噪声分析。运算放大器的噪声通常有三个来源我们也用这三个噪声源来模拟计算运算放大的噪声系数, 它们分别是电压噪声源en, 和电流噪声源in1和in2[2], 如果要是对称输入或者不相关电流噪声运算放大器有in1=in2=in。

图中en, en Rf, en R1, en R6, en R3电压噪声, in1, in2为电流噪声, Rf, R1, R6, R3为电阻, 我们在测量运算放大器的噪声时把它们看成是热噪声电压, 把非反相输入端将所有的单个噪声源等效成一个总噪声源作为总噪声输入, 再乘以运算放大器的放大倍数就是总噪声增益, 噪声增益的表达式为:

在上文中我们提到要想计算运算放大器的总噪声需要把电流噪声量相应的转换成电压噪声, 那么就把图3中的in1和in2转换为电压噪声源有:

eni=inReq, 其中Req=Rf∥R1∥R6

通过上面的整合我们得到了总输入电压源, 公式为:

, 其中k为波尔兹曼常量 (1.3810-23J/K) , T为绝对温度 (K) , Δf为带宽。

上面我们已经得到了总分的噪声源, 再把总的噪声源结合到非反相输入端得到的总噪声谱密度为:

将所有的噪声源结合到非反相输入端得到总参考输入噪声谱密度为

总参考输入噪声我们已经求得, 再将R3所产生的热噪声求和的平方根就得到了单级运算放大器的总输出噪声为

3.2前置放大电路的噪声计算。前置放大电路的噪声分为带宽噪声和1/f噪声, 要想计算前置放大电路的噪声就需要将低通滤波器的带宽噪声和1/f噪声做和的平方根计算, 相关数据可以通过查找前置放大器的相关数据手册, 如此计算就可以得到放大器的噪声水平[3]。

我们在3.1中已经介绍过了如何计算电压噪声, 我们以计算电压噪声为例说明如何计算前置放大器的噪声, 但是本文采用的是低噪声J-FET放大器, J-FET放大器是1952年由W.B.肖克莱提出的结型场效应管, 一年后制成的J-FET, 它的特点是噪声小、阻抗高、极限频率高、功耗小、温度性能能好等优点, 由于电荷存储效营小、方向恢复时间短, 所以开关速度快, 也满足前置放大器要求开关速度快这一特点, 对于本文的放大器而言通常不涉及1/f的电流噪声, 所以我们在计算前置运算放大器的时候只需要计算带宽区的噪声源即可。

在计算带宽区噪声源的时候对带低通滤波器的带宽区进行积分计算即可, 在理想的情况下低通滤波器的曲线是一条直线, 我们把它称之为砖墙式滤波器, 但是在实际情况下我们不能实现这种模式的计算, 在实际中我们通常把它们转换成砖墙式滤波器以达到计算的目的, 下表2中列出了各阶滤波器的换算系数, 滤波阶数越高就越接近砖墙式滤波器[4]。

我们用公式 来转换实际的滤波器, 公式中BWn为等效噪声带宽, fH为高频截止频率, Kn为换算系数。所以可以通过下式计算带宽区的噪声源:

式中eBB为宽带区噪声频谱密度.

计算1/f区噪声源的放大器计算式我们用公式 归一化噪声, 然后根据归一化噪声、上部噪声带宽和下部噪声带宽。

通过 公式计算1/f噪声, 公式中eat为1/f区在频率为f时所对应的噪声频谱密度值, fL为低频截止频率, 通常取0.1HZ。

因此总的电压噪声源为:

四、结束语

本文通过对理论计算详细的介绍了噪声的计算过程, 并采用低噪声运算放大器LT1028作为前置运算放大器, 而且在此基础之上又巧妙的用两片LT1028组成查分电路更加有效的抑制了噪声, 为瞬变电磁仪能够更加准确的得到可靠数据做了贡献, 本文还详细的介绍了噪声的分析与计算能够对以后如何更好的降低噪声做理论铺垫。

参考文献

[1]ADI公司.通信应用中差分电路设计的相关技术[J].世界电子元器件, 2011 (1) :45-48.

[2]夏振华.运算放大器电路噪声分析[C].//2008全国频率控制技术年会论文集, 2008:69-72.

[3]Motchenbacher Cd, Connelly JA.Loe Noise ElectronicSystem Design[M].New York:Wiley-Intersci encePublication, 1993:1-32.

变电站噪声 第7篇

电网的发展和城市生活的需要, 高电压等级的变电站近年来已经开始进入到市区。其声功能区域由原来的3、4级提升为2级, 甚至1、0级, 这就导致高电压等级的电站不能满足新声功能区划下的噪声标准 (站界噪声标准) , 由此引起的公众对噪声问题的投诉越来越多, 变电站噪声已经是一个不能不面对的问题。

变电站内噪声源中, 做出主要噪声贡献的是变压器和高压电抗器, 高压电抗器主要存在于500 k V及以上电压等级的变电站中, 其噪声主要是变压器运行时产生的, 这种噪声一方面由硅钢片的磁致伸缩和绕组中的电磁力引起的, 另一方面是冷却装置 (如风扇) 的噪声。因此, 变电站主变压器是一种较为复杂的声源, 其发声位置及声音频率段较多[1], 对于城区变电站的噪声治理和防护, 主要针对的是变压器。

2 噪声基本理论的应用思路

变压器噪声在变电站内不可能无反射或全反射, 因此变电站属于半自由声场。

2.1 噪声反射和折射原理

反射声波与入射声波振幅之比, 称为声压反射系数r, 折射声波与入射声波之比称为声压透射系数τ。计算公式分别为:

式中:pi为入射声压;pr为反射声压;pt为折射声压;ρ为介质密度;c为声波在该介质中的速度。当声波垂直入射时, θ=0, 上述两式可简化为:

由上可知, 声波的反射和折射系数取决于介质的密度及其在该种介质中的速度, 即特性阻抗ρ1c1与ρ2c2。

对于变电站而言, 特性阻抗ρ1c1指的是空气, 当选择的隔音材料特征阻抗与空气相当时, 声波几乎全部透射, 而实际情况是除真空外, 其余密度比空气大的材料, 声源在其内的速度均比在空气中大, 因此全透射的情况基本不会发生。反之, 当选择的隔音材料的特征阻抗与空气的特征阻抗相差巨大时, 声波将全反射, 但采用全反射材料进行降噪, 其成本将大幅度增加。

因此对于变电站而言, 合理的选择隔音材料, 根据变压器噪声频谱, 选择合理的反射和折射系数, 是对变压器进行降噪处理的重要部分。

2.2 声波绕射原理

声波绕射原理表明, 当波长远小于障碍物时, 绕射现象减弱, 声波通过障碍物后将形成一个影区, 声波的高频部分被隔离在障碍物外, 低频部分进入障碍物并被控制在影区内范围。

对于变压器而言, 高频噪声很少, 大部分为低频噪声, 根据声波绕射原理, 可在隔音板材料外, 加上一层外板, 根据变压器频谱, 计算并在外板上开一定直径的小孔, 让声波通过这些小孔后, 形成影区, 这样把各个小孔看做一个个分解声源, 可为隔音材料的选择提供重要依据。

2.3 相消干涉原理

当频率相同或接近的两个或两个以上的声波叠加时, 在叠加区的不同位置会出现加强或减弱的现象, 称为声波干涉。两个声波传到媒介中的一点时, 如果两声波在该点产生的振动是反相的, 则这点的振动就会减弱甚至相互抵消, 称为相消干涉。

在利用声波的绕射原理, 在隔音板的外板上开小孔时, 根据变压器频谱, 可计算出不同频率下的声波的波长, 则小孔与小孔之间距离取各个频率下波长的声波反向叠加区域最大的整数倍, 即可在声波穿过外板在隔音材料内在最大程度上由相消干涉原理进行降噪。

3 噪声原理的运用

3.1 试验设计

选用某110 k V变电站主变压器作为对象, 监测其频谱 (1/1倍频程) 如图1所示:

对应1/1倍频程各个频率的噪声波长见表1:

根据噪声基本原理, 计算得出的隔音板主要设计参数如表2, 示意图如图2:

3.2 实测数据对比

3.2.1 测点布置

测点布置图如图3, 图中虚线部分为隔音墙安装位置:

3.2.2 监测数据

加装隔音墙前后噪声监测数据及差值如表3所示:

注:表中“-”为噪声增加

由上表可知, 根据噪声基本原理设计和加装隔音墙后, 噪声降低范围在6.8~12.1 d B (A) 之间, 隔音墙内的噪声由于反射原理, 仅有小幅度增加, 为0.9~1.4 d B (A) , 个别隔音墙内测点有小幅度降低, 总体而言, 根据噪声基本原理, 具有针对性的设计和制作隔音墙, 在成本较低的情况下, 能起到良好的降噪效果。

4 结束语

对于变压器加装隔音墙进行降噪处理, 其隔音材料可采用复合型, 多层次的原则选用, 以噪声的特性阻抗为主要基础, 结合反射和衍射原理将多种材料多层次叠加效果较好, 尽可能选取尺寸比波长较大的障碍物作为首层 (接触噪声的第一层) 材料, 吸音系数较大的作为次层材料, 尽可能减少声波的反射作用, 然则末层反之, 应选择反射作用较大的材料, 使噪声在隔音墙内尽可能被吸收, 首层和末层的反射系数应均衡考虑。

参考文献