陳　倆， 陳　雙， 許　超， 張　瑩

(1.國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，武漢　430077；2. 中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣州　510663)

· 環(huán)境噪聲 ·

500kV變電站噪聲特性及控制

陳倆1， 陳雙2， 許超1， 張瑩1

(1.國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，武漢430077；2. 中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣州510663)

對(duì)多座500 kV變電站的主要設(shè)備噪聲和站界噪聲進(jìn)行測(cè)試，統(tǒng)計(jì)分析500kV變電站噪聲水平分布特性、頻譜特性以及衰減特性，指出變電站噪聲的主要頻段范圍(1/3倍頻程)并提出相應(yīng)的控制措施。

變電站; 變壓器; 低頻噪聲; 倍頻帶聲壓級(jí); 噪聲控制

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,電力基礎(chǔ)設(shè)施投資明顯加大,電網(wǎng)建設(shè)有了飛躍的發(fā)展，超高壓電網(wǎng)甚至是特高壓電網(wǎng)逐漸成為了未來的發(fā)展趨勢(shì)。因此，高電壓等級(jí)變電站的噪聲所帶來的危害也開始引起人們的重視。

1　變電站噪聲的危害

從物理學(xué)角度而言，噪聲就是在振幅和頻率上完全無規(guī)律的一種震蕩的聲音。但是從噪聲污染及環(huán)境保護(hù)的角度看，凡是人們不需要的，并且使人厭煩，對(duì)生產(chǎn)和生活都有礙的聲音稱為噪聲。其危害最直接的表現(xiàn)就是影響人們的日常工作和正常睡眠。有研究表明，長時(shí)間接觸強(qiáng)烈噪聲還會(huì)影響孕婦的健康和胎兒的發(fā)育[1，2]。此外，根據(jù)有關(guān)部門調(diào)查，在噪聲級(jí)在70dB(A)的環(huán)境中，談話就會(huì)感到困難；在85dB(A)、90dB(A)的環(huán)境中工作30年，耳聾的可能性分別為8%、18%[3]。

然而，噪聲危害中，又以低頻噪聲的危害最為特殊。所謂低頻噪聲是指中心頻率在500Hz(倍頻程)以下的聲音[4]；也有科學(xué)研究人員將低頻噪聲定義為頻率在20Hz～250Hz之間的聲音[5]。低頻噪聲以其聲波長、衰減慢、穿透性強(qiáng)等特性，使得人們對(duì)低頻噪聲煩惱度的反映高于同一響度條件下的其他噪聲[6]。變電站的噪聲危害就主要來自于低頻噪聲。

2　測(cè)試對(duì)象與測(cè)點(diǎn)布置

為了研究高電壓等級(jí)變電站的噪聲特性，此次測(cè)試共選取了19座500kV變電站作為測(cè)試對(duì)象。分別在每座變電站的主變、高壓電抗器以及站界圍墻四周布置噪聲測(cè)點(diǎn)共591個(gè)，進(jìn)行等效連續(xù)A聲級(jí)測(cè)試。其中主變測(cè)點(diǎn)為182個(gè)，高抗測(cè)點(diǎn)為148個(gè)，站界測(cè)點(diǎn)為261個(gè)。

此外，選取其中4座站界圍墻外場(chǎng)地空曠的變電站進(jìn)行站界噪聲衰減測(cè)試，測(cè)試時(shí)以圍墻為0m，在 1m、10m、20m、30m、40m、50m等位置布點(diǎn)，進(jìn)行等效連續(xù)A聲級(jí)測(cè)試及1/3倍頻程噪聲頻譜測(cè)試，頻率分布范圍為20Hz～20kHz。同時(shí)，對(duì)該4座變電站的主變、高抗、及站界進(jìn)行1/3倍頻程噪聲頻譜測(cè)試。

3　測(cè)試結(jié)果及分析

3.1500kV變電站主要設(shè)備及站界噪聲水平分布

對(duì)所有變電站的591個(gè)噪聲測(cè)點(diǎn)的等效連續(xù)A聲級(jí)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以每5dB(A)劃分一個(gè)噪聲水平區(qū)間，統(tǒng)計(jì)噪聲值在該區(qū)間內(nèi)的測(cè)點(diǎn)數(shù)占對(duì)應(yīng)總測(cè)點(diǎn)數(shù)的百分比，并列入表1中，以直觀反應(yīng)出500kV變電站主變、高抗及站界的噪聲水平分布特性。

表1　500kV變電站主要設(shè)備及站界噪聲水平區(qū)間分布

從表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以直觀看出500kV變壓器的噪聲水平主要集中在70～80dB(A)之間；而高壓電抗器的噪聲水平主要集中在65～75dB(A)之間。受其影響，有34%的站界測(cè)點(diǎn)其噪聲水平超過了50dB(A)，高于我國工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放限值2類標(biāo)準(zhǔn)夜間限值[7]。根據(jù)變電站平面布置圖分析，這些超標(biāo)測(cè)點(diǎn)主要是受高抗和500kV線路的電暈放電的影響。這是因?yàn)楦呖沟奈恢靡话愣荚谧冸娬镜倪M(jìn)出線附近，使得其對(duì)站界噪聲的影響尤其突出。

3.2500kV變電站主要設(shè)備及站界噪聲頻譜特性

對(duì)選取的4座變電站中的主要設(shè)備(主變、高抗)及站界采用1/3倍頻程進(jìn)行噪聲頻譜測(cè)量，頻率范圍為20Hz～20kHz。主變與站界典型噪聲頻譜分布圖分別見圖1和圖2。

圖1　500kV變電站B主變?cè)肼曨l譜分布Fig.1　500kV substation B transformer noise spectrum

圖2　500kV變電站D站界噪聲頻譜分布Fig.2　500kV substation D boundary noise spectrum

從所測(cè)得的各頻譜分布圖中選取聲壓最高的3個(gè)頻段，再從所選取的高聲壓頻段中統(tǒng)計(jì)出出現(xiàn)次數(shù)最多的3個(gè)頻段的中心頻率列入表2中。從表2中可以看出變電站中主要設(shè)備及站界的噪聲均以低頻噪聲為主。對(duì)主變和高抗的噪聲值貢獻(xiàn)最大的頻段為50～315Hz；對(duì)站界噪聲值貢獻(xiàn)最大的頻段為20～100Hz。

變壓器和高抗噪聲主要來自于其運(yùn)行時(shí)的電磁噪聲和機(jī)械噪聲。其中電磁噪聲主要是由磁致伸縮引起的鐵心振動(dòng)，使鐵心隨著勵(lì)磁電流頻率的變化而周期性的產(chǎn)生振動(dòng)引起的。有研究表明，電磁性噪聲屬中低頻噪聲，而風(fēng)冷機(jī)械噪聲屬中高頻噪聲[8]。變壓器和高抗的噪聲主要是其運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁噪聲引起的，因此變壓器和高抗的噪聲屬中低頻噪聲。

因?yàn)榈皖l噪聲其衰減慢，穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)，使得變電站內(nèi)主變、高抗以及電暈等各種噪聲疊加傳播至站界后，最終也以低頻噪聲的形式出現(xiàn)。

表2　500kV變電站主要設(shè)備及站界噪聲頻譜特性統(tǒng)計(jì)

注：表中帶“/”表示其兩邊的中心頻率出現(xiàn)的次數(shù)一樣多。

3.3500kV變電站站界噪聲衰減特性

選取站界4個(gè)方位中噪聲最大，受其它干擾最小的一面圍墻進(jìn)行站界噪聲的衰減測(cè)試。 為了盡可能地排除交通、人為作業(yè)等環(huán)境噪聲的干擾，衰減測(cè)試在深夜進(jìn)行。同時(shí)，為了使數(shù)據(jù)有針對(duì)性，在測(cè)試結(jié)果中除了選取等效A聲級(jí)進(jìn)行衰減分析外，還選取了站界噪聲3個(gè)主要頻段的聲壓級(jí)(中心頻率分別為31.5Hz、50Hz、100Hz)進(jìn)行對(duì)比分析，其典型衰減曲線見圖3。從衰減曲線圖中可以看出，對(duì)于等效A聲級(jí)測(cè)試結(jié)果，其站界噪聲從1m測(cè)點(diǎn)到10m測(cè)點(diǎn)有較大的衰減，這主要是變電站站界圍墻所起的隔聲作用；而10m之后則無明顯衰減趨勢(shì)，這主要是因?yàn)槭艿江h(huán)境本底噪聲的影響，當(dāng)變電站的噪聲衰減到一定程度時(shí)便淹沒于環(huán)境本底噪聲中，因此測(cè)試結(jié)果不再有明顯衰減。

然而對(duì)于低頻段的聲壓級(jí)(31.5Hz、50Hz、100Hz)，無論是1m～10m段，還是10m～50m段均無明顯的衰減趨勢(shì)。除了無法排除的環(huán)境本底噪聲的影響外，變電站低頻噪聲的穿透性與慢衰減特性也可見一斑。

圖3　500kV變電站C站界噪聲衰減特性Fig.3　Attenuation characteristics of 500kV substation C boundary noise

4　變電站噪聲的控制

500kV變電站因其電壓等級(jí)較高，高噪聲設(shè)備較多，對(duì)環(huán)境的影響與危害較大。因此，對(duì)變電站的噪聲控制必須貫穿于工程項(xiàng)目的可研、環(huán)評(píng)、設(shè)計(jì)、施工、環(huán)保驗(yàn)收以及運(yùn)行維護(hù)的全過程中。

對(duì)新建變電站，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段從站址選擇、總平面布置、選用低噪聲設(shè)備等多方面進(jìn)行預(yù)防控制。對(duì)已運(yùn)行變電站的降噪改造，應(yīng)在滿足不影響設(shè)備正常運(yùn)行及維護(hù)的基礎(chǔ)上，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度提出相應(yīng)的降噪措施及施工方案。

4.1新建變電站噪聲控制

新建變電站的噪聲控制，應(yīng)在項(xiàng)目可行性研究和環(huán)境影響評(píng)價(jià)階段，充分考慮站址、布局方式、設(shè)備類型及布置等因素，并采取必要的隔聲、消聲等降噪措施。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對(duì)可研和環(huán)評(píng)階段制定的降噪措施及相關(guān)降噪要求予以落實(shí)。在項(xiàng)目施工階段，嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)評(píng)和設(shè)計(jì)階段制定的噪聲控制措施和要求。

4.1.1站址的選擇

為減少變電站對(duì)周邊噪聲敏感建筑物的環(huán)境影響，降低引發(fā)環(huán)境糾紛的風(fēng)險(xiǎn)，減小環(huán)保拆遷，應(yīng)盡量將站址布局在聲環(huán)境質(zhì)量要求較低的區(qū)域，如4類、3類及2類聲環(huán)境功能區(qū)[9]。

4.1.2變電站的布局設(shè)計(jì)及優(yōu)化

500kV變電站的布局應(yīng)根據(jù)其本身的特點(diǎn)、所在地聲環(huán)境功能區(qū)類別及其周邊噪聲敏感建筑物的情況確定變電站的總體布局方式。應(yīng)盡量將站內(nèi)變壓器、電抗器等設(shè)備布置在站址中央?yún)^(qū)域或遠(yuǎn)離站外噪聲敏感建筑物區(qū)域，并在設(shè)備外側(cè)設(shè)置防火墻，同時(shí)對(duì)防火墻的隔聲效果進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。盡可能將控制樓等高大建筑物布置在主要噪聲設(shè)備與站外噪聲敏感建筑物之間，將其作為主要噪聲源的第一道聲屏障，以減少變電站噪聲對(duì)周邊環(huán)境的影響。

如果變電站不同方位執(zhí)行的聲環(huán)境功能區(qū)類型不同，可酌情考慮將主要噪聲設(shè)備布局在聲環(huán)境要求較低的方位。例如，緊靠交通干線的變電站，距離道路一定距離的區(qū)域執(zhí)行4a類聲環(huán)境功能區(qū)限值要求[9]，因此可酌情將主要噪聲設(shè)備布局在該方位。

4.1.3設(shè)備選型

由于主變、高抗等高噪聲設(shè)備均以低頻噪聲為主，傳播遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，在其傳播過程中進(jìn)行噪聲控制難度較大，只有通過對(duì)聲源的直接控制是才是控制變電站噪聲的根本措施，因此變電站的設(shè)備選型就顯得尤為關(guān)鍵。

在設(shè)備選型過程中，應(yīng)將噪聲指標(biāo)作為衡量設(shè)備性能的重要參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)許可的條件下，盡可能選用噪聲(聲功率級(jí))低的設(shè)備，同時(shí)在安裝過程中，采取必要的隔振降噪措施。此外，鑒于自冷和風(fēng)冷的噪聲差別較大，在滿足技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性合理的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用自冷式設(shè)備。

4.2在運(yùn)變電站噪聲控制

在運(yùn)變電站噪聲治理首先應(yīng)對(duì)變電站噪聲進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和監(jiān)測(cè)，掌握站內(nèi)主要噪聲源的強(qiáng)度及特性，分析引起噪聲超標(biāo)的原因。若因系統(tǒng)原因引起(如諧波、直流偏磁等)，則進(jìn)行諧波治理(如安裝無源濾波裝置或有源濾波裝置等)或者抑制中性點(diǎn)直流電流(包括在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)電阻，限制直流電流的大小；在輸電線上裝設(shè)串聯(lián)電容補(bǔ)償，阻斷直流的通路；在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)電容，阻斷直流電流等3種方法[10]。這主要針對(duì)換流站與變電站合建的情況)。若是非系統(tǒng)原因引起，則結(jié)合變電站的布置形式和周圍環(huán)境狀況制定詳細(xì)的降噪技術(shù)方案。

4.2.1聲環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

為了詳細(xì)了解變電站噪聲現(xiàn)狀，使變電站的噪聲治理工作能夠“對(duì)癥下藥”，在制定降噪技術(shù)方案之前必須進(jìn)行聲環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。聲環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查內(nèi)容包括變電站所在地的聲環(huán)境功能區(qū)類別和應(yīng)執(zhí)行的噪聲標(biāo)準(zhǔn)；變電站的規(guī)模、電壓等級(jí)、負(fù)荷及主要噪聲設(shè)備等基本情況；變電站噪聲超標(biāo)情況以及噪聲敏感建筑物分布(名稱、數(shù)量、方位、距離等)以及變電站設(shè)備布置平面圖、站址所在地的地形圖。

現(xiàn)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括設(shè)備噪聲、廠界噪聲、敏感建筑物的噪聲及其他關(guān)鍵區(qū)域(如單獨(dú)測(cè)量設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)噪聲)等。為全面了解其噪聲特性，不但要進(jìn)行聲壓級(jí)測(cè)試，還要進(jìn)行噪聲頻譜測(cè)試。

4.2.2降噪方案設(shè)計(jì)

變電站降噪方案的設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)噪聲超標(biāo)情況，結(jié)合噪聲源的特點(diǎn)及周圍環(huán)境狀況，制定多個(gè)降噪方案，并對(duì)各種降噪方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理性分析，通過比選得到最優(yōu)方案。

由于500kV變電站主要為戶外站，對(duì)于其主要設(shè)備噪聲需根據(jù)噪聲產(chǎn)生原因及噪聲特性，采取聲源控制或傳播途徑控制兩種方法來降低噪聲。聲源控制包括設(shè)備改造或更換等；傳播途徑控制包括設(shè)置隔聲屏障、加裝隔聲罩及隔振裝置等。

(1)聲源控制

在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先采取控制聲源的降噪措施。對(duì)變壓器、電抗器、風(fēng)機(jī)等因設(shè)備老化、設(shè)備故障等原因引起的噪聲問題，宜優(yōu)先考慮改造或更換設(shè)備以降低噪聲。

對(duì)于本體噪聲過大(如變壓器因服役期長引起電磁噪聲過大)的設(shè)備，當(dāng)采取降噪措施的成本相對(duì)較高時(shí)，可考慮更換設(shè)備。對(duì)于冷卻裝置(如變壓器的冷卻風(fēng)扇等)噪聲過大的設(shè)備，可考慮改進(jìn)冷卻方式，或采用低噪聲設(shè)備。

(2)聲屏障

設(shè)置聲屏障是戶外變電站主設(shè)備噪聲控制最常用的一種措施。聲屏障結(jié)構(gòu)包括磚墻、鋼、復(fù)合結(jié)構(gòu)等多種類型，可單獨(dú)設(shè)置在噪聲源附近，也可結(jié)合廠界圍墻來設(shè)置。

(3)隔聲罩

隔聲罩是通過將噪聲源封閉起來以隔斷噪聲傳播的降噪措施，其隔聲效果較好。變電站主設(shè)備所采用的半封閉型隔聲罩降噪量一般可達(dá)到10～20dB(A)，而全封閉型隔聲罩降噪量可達(dá)15～30dB(A)。

由于變壓器、電抗器等主設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，因此隔聲罩需設(shè)置通風(fēng)散熱裝置。隔聲罩的隔聲量取決于隔聲材料和通風(fēng)散熱裝置的組合效果。隔聲罩的具體聲學(xué)設(shè)計(jì)包括確定隔聲罩的設(shè)計(jì)目標(biāo)值、隔聲罩通風(fēng)量、隔聲罩位置和幾何尺寸、通風(fēng)方式、通風(fēng)通道的消聲設(shè)計(jì)、隔聲罩插入損失估算和隔聲罩設(shè)計(jì)的調(diào)整。

在特高壓變電站中，高壓電抗器降噪采用的Box-in技術(shù)，本質(zhì)上是一種帶通風(fēng)散熱裝置的隔聲罩。此技術(shù)也可應(yīng)用于換流變的降噪設(shè)計(jì)[11]。利用換流站閥廳墻體、防火墻，在換流變壓器前部、頂部設(shè)置吸聲隔聲屏障，將換流變壓器完全密閉在屏障里面。該方案可有效降低噪聲量30 dB(A)以上[12]。

(4)隔振裝置

距離變壓器、電抗器等主設(shè)備噪聲源較近的噪聲敏感建筑物，不僅受空氣傳播噪聲的影響，還會(huì)受到結(jié)構(gòu)(振動(dòng))傳播噪聲的影響。因此，當(dāng)噪聲敏感建筑物與變壓器、電抗器等主要設(shè)備噪聲源之間距離較近時(shí)，建議采取隔振措施。加裝隔振裝置對(duì)低頻結(jié)構(gòu)噪聲具有較好的抑制作用，一般可降低噪聲1～5dB(A)。

(5)消聲器

變電站通風(fēng)風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力性噪聲可以通過在風(fēng)機(jī)進(jìn)(出)風(fēng)口加裝消聲器的方法控制。對(duì)于冷卻風(fēng)扇噪聲占主導(dǎo)的變壓器，也可在冷卻風(fēng)扇的通風(fēng)口加裝消聲器，以達(dá)到降低噪聲的目的。消聲器一般可取得10～25dB(A)的降噪效果。

通風(fēng)消聲器的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)噪聲特性、消聲量、空氣動(dòng)力性能以及設(shè)備的防潮、耐高溫等特殊要求進(jìn)行確定。

5　結(jié)　語

變電站的噪聲污染已成為繼電磁污染之后變電站最為突出的一個(gè)環(huán)境問題。因其噪聲頻率低，波長長，穿透性強(qiáng)，衰減慢等特點(diǎn)，給變電站的噪聲治理工作帶來了很大的困難。因此，變電站的噪聲控制應(yīng)堅(jiān)持預(yù)防為主，防治結(jié)合的原則。

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Study on the Characteristics and Control of 500kV Substation Noise

CHEN Lia1,CHEN Shuang2, XU Chao1, ZHANG Ying1

(1.StateGridHubeiElectricPowerResearchInstitute,HubeiWuhan430077,China;2.GuangdongElectricPowerDesignInstitute,Guangzhou510663,China)

According to the noise test of main equipment and boundary at 500kV substation, the characteristics of the noise distribution, spectrum and attenuation were analyzed in this paper. Meanwhile, the main noise frequency range (1/3 octave) of the substation was pointed out, and proposed corresponding noise control measures.

substation; transformer; low frequency noise; sound pressure level in octave bands; noise control

2014-10-27

陳倆(1981-)，男，福建漳州人，2006年畢業(yè)于武漢大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。長期從事電網(wǎng)環(huán)保技術(shù)監(jiān)督及電廠相關(guān)環(huán)保技術(shù)服務(wù)工作。

X593

A

1001-3644(2015)02-0080-05