肖冰，徐迪

(國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京市， 100095)

0 引言

隨著設(shè)備電壓等級的提高、設(shè)備額定電流的增大，受設(shè)備制造水平的限制，1 000、750 kV交流設(shè)備產(chǎn)生的噪聲比500 kV交流設(shè)備的更難控制;由于設(shè)備更高、更大，其噪聲傳播的范圍更遠(yuǎn)，因此可能產(chǎn)生噪聲擾民問題。本文結(jié)合已建特高壓交流試驗基地工程和多個已建成的1 000、750 kV特高壓工程噪聲的相關(guān)成果，采用噪聲預(yù)測軟件SoundPLAN對國內(nèi)某750 kV變電站工程環(huán)境噪聲進(jìn)行預(yù)測分析，并提出合理而可行的噪聲治理措施。

1 750kV變電站噪聲源分析

750kV變電站主要噪聲源有:750 kV主變壓器、750 kV高壓并聯(lián)電抗器、中性點小電抗、66 kV并聯(lián)電抗器、66 kV串聯(lián)電抗器、66 kV并聯(lián)電容器組等設(shè)備產(chǎn)生的噪聲，導(dǎo)線、金具因電暈產(chǎn)生的噪聲以及導(dǎo)線本體噪聲。

1.1 主變壓器噪聲源

主變壓器是變電站噪聲最大的單體設(shè)備之一，其噪聲根源于變壓器器身的振動，而變壓器器身的振動是由變壓器本體(鐵心、繞組)的振動及冷卻裝置的振動引起的［1-2］。目前，750 kV主變壓器噪聲功率級可以達(dá)到99 dB(A)以下(聲壓級噪聲為75 dB)。

1.2 高壓并聯(lián)電抗器噪聲源

750kV高壓并聯(lián)電抗器是變電站噪聲最大的設(shè)備之一，其噪聲來源于600～1 200 Hz的諧波經(jīng)過線圈和線圈磁場的電流相互作用引起線圈振動，這是電抗器產(chǎn)生噪聲的主要原因。目前，750 kV高抗噪聲功率級為99 dB(A)(聲壓級噪聲為75 dB)。

1.3 導(dǎo)線噪聲源

750kV交流配電裝置導(dǎo)線噪聲是由2部分組成的:(1)整數(shù)倍的純聲(哼聲和嗡嗡聲)和寬頻帶噪聲(破裂聲、吱吱聲或嘶嘶聲)［3］;(2)導(dǎo)線跳線絕緣子均壓環(huán)及跳線金具的電暈放電噪聲。導(dǎo)線噪聲計算公式為

式中:SLA為噪聲A計權(quán)聲級;Ri為測點至被測i相導(dǎo)線的距離;Z為相數(shù);PWLi為i相導(dǎo)線的聲功率級。PWLi可按下式計算

式中:E為導(dǎo)線的表面梯度;deq=0.58n0.48d，n為導(dǎo)線分裂數(shù)，d為次導(dǎo)線直徑。

變電站內(nèi)，750 kV導(dǎo)線采用分裂導(dǎo)線2× JLHN58K－1600，線路導(dǎo)線采用6×LGJ－400和6× LGJ－500。計算得到的導(dǎo)線本體噪聲數(shù)據(jù)見表1。

表1 分裂導(dǎo)線表面噪聲聲功率級Tab.1Sound power levels of surface noise of bundle conductors

1.4 金具噪聲源

變電站金具的噪聲主要是由金具表面的電暈放電引起的。由于金具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造和表面場強(qiáng)的控制沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成部分均壓環(huán)和連接金具處表面場強(qiáng)略高，當(dāng)金具表面電場強(qiáng)度達(dá)到氣體電離的臨界值時，會產(chǎn)生電暈。電場強(qiáng)度更高時，用肉眼即可觀察到金具表面電暈發(fā)光、放電現(xiàn)象，即可見電暈。電暈產(chǎn)生時伴隨著咝咝的聲音，這就是電暈噪聲。防止電暈噪聲產(chǎn)生就是要降低金具表面的電位梯度，使之低于臨界值。

1.5 電容器組和電抗器組噪聲源

66kV無功補(bǔ)償裝置中電容器組和電抗器組也是750 kV變電站中的主要噪聲源。電容器組的噪聲主要來源于其串聯(lián)電抗器，對于66 kV干式空心串聯(lián)電抗器，其線圈振動產(chǎn)生的噪音是電抗器的主要噪音。66 kV油浸式并聯(lián)電抗器同750 kV并聯(lián)電抗器相似。目前，66 kV油浸式并聯(lián)電抗器噪聲功率級為92 dB(A)(聲壓級噪聲為68 dB)，66 kV串聯(lián)電抗器噪聲功率級為60 dB(A)(聲壓級噪聲為36 dB)。

2 750kV變電站噪聲治理措施

2.1 聲源噪聲控制措施

控制噪聲源是降低噪聲的最根本、最有效的方法，通過研制和選擇低噪聲的設(shè)備，改進(jìn)機(jī)械設(shè)備的構(gòu)造，提高加工工藝和加工精度，使噪聲源的噪聲功率降低。

2.1.1 站內(nèi)主要設(shè)備噪聲控制措施

對于750 kV主變壓器、高壓并聯(lián)電抗器、66 kV電容器組和電抗器組等這些噪聲大的設(shè)備，需要密切配合設(shè)備生產(chǎn)廠家，督促其改進(jìn)工藝，降低設(shè)備噪聲。通過采取一系列改進(jìn)措施，超高壓、特高壓大型變壓器的噪聲已比原來降低了10～20 dB(A)。由于750 kV設(shè)備的噪聲水平受設(shè)備設(shè)計、制造、造價、運(yùn)輸難度等諸多客觀因素的限制，從控制工程造價和提高設(shè)計效率等幾方面綜合考慮，要求設(shè)備制造廠在目前的基礎(chǔ)上大幅度降低設(shè)備的噪聲水平存在一定的難度，還需要探索新的工藝技術(shù)。

2.1.2 導(dǎo)線和金具噪聲控制措施

(1)降低導(dǎo)線本體噪聲，可通過增加子導(dǎo)線的直徑、增大導(dǎo)線的分裂數(shù)量及增加間隔棒數(shù)目來實現(xiàn)［4-6］。

(2)采用均壓環(huán)。750 kV配電裝置設(shè)備的噪聲主要產(chǎn)生在接線端子處，屏蔽接線端子是降低其噪聲水平的有效措施，可采用適當(dāng)加大均壓屏蔽環(huán)的管徑和環(huán)的直徑甚至采用多均壓屏蔽環(huán)措施，并提高均壓屏蔽環(huán)表面加工光潔度。

(3)改進(jìn)的絕緣子串防電暈措施。750 kV進(jìn)出線部分，六變二線夾由JT型結(jié)構(gòu)改為JR型，把線夾放在進(jìn)出線耐張絕緣子串內(nèi)部，六變二線夾的6個端子分別與耐張線夾引流板連接，過渡處利用鍍錫的軟銅線連接，安裝方便，跳線振動時不影響電氣接觸面，并適當(dāng)增加耐張串屏蔽環(huán)的屏蔽范圍，保證六變二線夾完全被屏蔽，可避免其電暈放電?？紤]耐張串是終端部分，加大均壓環(huán)管徑可增加屏蔽范圍和效果［7］。

(4)改進(jìn)的軟母線和引線防電暈措施。軟母線和引線電暈噪聲主要來自間隔棒固定螺栓尖端和導(dǎo)線上的毛刺，間隔棒選用防電暈型，固定螺栓為暗埋式。選擇擴(kuò)徑導(dǎo)線，并在下料、壓接、安裝過程防止產(chǎn)生變形和毛刺。

(5)金具制造環(huán)節(jié)。金具制造廠家要嚴(yán)格按照Q/GDW 551—2010《變電站控制電暈噪聲技術(shù)導(dǎo)則(導(dǎo)體金具類)》和設(shè)計要求進(jìn)行加工生產(chǎn)，金具表面最高場強(qiáng)不能超過1 500 V/mm［8］。優(yōu)化金具結(jié)構(gòu)型式，可采用外側(cè)鉸鏈?zhǔn)健?nèi)側(cè)螺栓的扣接式連接方式，螺栓采用暗埋式安裝方式。為了保證金具防電暈性能，金具在出廠時要進(jìn)行嚴(yán)格的包裝防護(hù)，避免產(chǎn)品在裝運(yùn)過程中磕碰、摩擦、擠壓變形等。

(6)施工安裝環(huán)節(jié)。施工過程中，為防止造成導(dǎo)線、金具、均壓屏蔽環(huán)等自身防電暈性能降低。施工過程要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程、規(guī)定進(jìn)行。

2.2 控制傳播途徑

目前大幅度降低設(shè)備的噪聲水平存在一定的難度，因此750 kV變電站工程通過控制噪聲傳播途徑，即采取隔聲、吸聲、消聲、阻尼減振等措施，增加噪聲在傳播途徑中的能量損失，對噪聲污染的控制是最有效的。

在變壓器本體以外采取有效的隔聲、吸聲措施［10］來控制主變壓器噪聲的傳播。目前，國內(nèi)外對主變壓器噪聲傳播途徑的控制有以下措施:

(1)組合式隔聲壁。為了隔絕變壓器油箱噪聲，可用隔聲壁將變壓器油箱側(cè)壁遮蔽，或用隔聲壁將整個油箱遮蔽起來，前者稱為半封閉型(A型)，后者稱為全封閉型(B型)。隔聲壁雖有明顯的隔聲效果，但卻使變壓器安裝時間延長，占地增大，所需費(fèi)用也增多。

(2)高效隔聲板。高效隔聲板由復(fù)合鋼板和框形附加重物構(gòu)成，通過薄彈簧鋼片將其直接焊裝在油箱加強(qiáng)鐵之間。其隔音效果與A型組裝式鋼板隔聲壁基本相同，但占地、安裝時間和費(fèi)用都小得多。若在高效隔聲板上加裝吸聲材料，效果會更好。

(3)同時采用高效隔聲板與B型鋼板隔聲壁。目前，國內(nèi)外大型低噪聲變壓器幾乎都采用高效隔聲板與B型鋼板隔聲壁的混合結(jié)構(gòu)，再加上使用高效冷卻器，降低變壓器的噪聲同時減小變壓器的占地面積、安裝工期和費(fèi)用。

(4)隔音室(BOX-IN)。把變壓器裝在隔音室里，可使噪聲降低20～30 dB(A)，隔音室的設(shè)計難點是變壓器如何散熱、如何吸收室內(nèi)噪音、如何防止發(fā)生交混回響以及如何進(jìn)行開門檢查或檢修。

2.3 站址選擇及優(yōu)化總平面布置

在站址的選擇上，750 kV變電站應(yīng)建在遠(yuǎn)離噪聲敏感點的地方。對總平面布置進(jìn)行優(yōu)化，將主變壓器布置在站區(qū)的中間位置，遠(yuǎn)離圍墻;將高抗盡量遠(yuǎn)離站前區(qū)布置;在主要噪聲源的傳播路徑間優(yōu)化各建筑物的布置，將站用電室、消防設(shè)備間等布置在噪聲源的傳播路徑上，以此來阻礙聲波向噪聲敏感地區(qū)的傳播。

2.4 站前區(qū)及人員活動場所的噪聲控制措施

對于站前區(qū)的噪聲，應(yīng)從建筑設(shè)計和布局上考慮減少噪聲的方案。生活房間應(yīng)布置在遠(yuǎn)離配電裝置區(qū)域;在噪聲敏感區(qū)域及人員停留較多的建筑物，設(shè)置針對低頻噪聲隔聲效果比較好的隔聲門及隔聲窗，建筑物墻體裝修采用吸聲材料，室內(nèi)的墻面及吊頂做吸聲處理等措施降低噪聲對站內(nèi)工作人員的影響。

運(yùn)行人員巡視時，可采用在耳朵里塞防聲棉、戴防聲耳塞(耳罩)等防護(hù)措施，同時盡可能減少運(yùn)行人員在噪聲較大區(qū)域的滯留時間。

2.5 結(jié)構(gòu)形式方面的噪聲控制措施

對于750 kV變電站主要噪聲源主變壓器和高壓電抗器等設(shè)備，其基礎(chǔ)采用混凝土板式基礎(chǔ)，大體積混凝土基礎(chǔ)可增加噪聲源整體質(zhì)量，從而有效降低噪聲對外界的輻射量。

在主變壓器及高壓電抗器的油池內(nèi)鋪卵石層，場地采用碎石墊層處理方式，多孔結(jié)構(gòu)可有效吸收部分噪音。

3 750kV變電站噪聲預(yù)測

針對國內(nèi)某750 kV變電站采用SoundPLAN軟件進(jìn)行噪聲預(yù)測分析，對于噪聲源通過數(shù)學(xué)建模進(jìn)行分析計算。主變壓器、高壓電抗器等大型設(shè)備以面聲源形式建立模型，并使用相應(yīng)的頻譜，導(dǎo)線噪音按線聲源考慮，其他設(shè)備噪音按點聲源考慮。

750kV變電站總平面設(shè)計了2個方案，針對不同的方案預(yù)測變電站噪聲。2種方案未采取降噪措施時的噪聲分布如圖1所示。

圖1 未采取降噪措施時變電站的噪聲分布Fig.1Noise distribution maps in substation without noise reducing measures

環(huán)評報告要求本變電站廠界噪音滿足即晝間噪聲排放限值為60 dB(A)、夜間噪聲排放限值為50 dB (A)。由圖1可看出，如果不采取有效的降噪措施，750 kV變電站的這2種平面布置方案均不滿足要求，需要采取降噪措施。從噪聲治理角度上來考慮，方案Ⅰ優(yōu)于方案Ⅱ。

4 750kV變電站降噪方案及應(yīng)用效果

對于總平面布置方案Ⅰ，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，擬對于本工程采取以下降噪方案:對位于站區(qū)中部的750 kV主變壓器、66 kV并聯(lián)電抗器，增加吸、隔聲屏障;對于靠近圍墻的750 kV高壓電抗器，采用抬高高壓電抗器側(cè)圍墻至5 m，圍墻上設(shè)高3 m隔聲屏障，750 kV配電裝置導(dǎo)線采用雙分裂2×JLHN58K－1600導(dǎo)線。以上方案的降噪效果如圖2、表2所示。

由圖2、表2可知，本工程采取以上降噪方案進(jìn)行噪聲治理能夠取得良好的效果，且造價低。

5 結(jié)語

為使750 kV變電站噪聲滿足要求，減小噪聲對站內(nèi)運(yùn)行人員和周圍環(huán)境的影響及危害，750 kV變電站主要采取以下降噪措施:(1)選用低噪聲設(shè)備; (2)優(yōu)化導(dǎo)線選型;(3)優(yōu)化金具;(4)優(yōu)化總平面布置;(5)在主要噪聲源前設(shè)隔聲、吸聲裝置;(6)從建筑設(shè)計和布局上考慮減少噪聲的方案;(7)結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮降噪措施。通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，選擇合適的降噪措施，可以為創(chuàng)造綠色環(huán)保和環(huán)境友好型變電站提供良好的前提條件，提高變電站整體的聲環(huán)境水平。

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(編輯:蔣毅恒)