張國(guó)華，齊建召，李永桂

（河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050031）

Cadna／A軟件在1 000kV變電站隔聲屏障設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張國(guó)華，齊建召，李永桂

（河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050031）

介紹隔聲屏障聲學(xué)原理及Cadna／A軟件，以天津南1 000kV交流特高壓變電站設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，采用Cadna／A軟件對(duì)該變電站不同高度的隔聲屏障降噪效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，將Cadna／A軟件的預(yù)測(cè)結(jié)果與繞射損失理論公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，認(rèn)為Cadna／A軟件計(jì)算的插入損失比理論公式計(jì)算的插入損失稍高，在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合變電站實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)Cadna／A仿真預(yù)測(cè)軟件計(jì)算的插入損失進(jìn)行修正。

Cadna／A；1 000kV變電站；噪聲；隔聲屏障

根據(jù)《中華人民共和國(guó)環(huán)境噪聲污染防治法》的規(guī)定，建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境噪聲污染防治設(shè)施必須與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投產(chǎn)使用。建設(shè)項(xiàng)目在投入生產(chǎn)或者使用之前，其環(huán)境噪聲污染防治設(shè)施必須經(jīng)原審批環(huán)境影響報(bào)告書(shū)的環(huán)境保護(hù)行政主管部門(mén)驗(yàn)收；達(dá)不到國(guó)家規(guī)定要求的，該建設(shè)項(xiàng)目不得投入生產(chǎn)或者使用。

為了降低1 000kV變電站噪聲對(duì)附近敏感點(diǎn)的影響，在廠界處設(shè)置隔聲屏障是一種常見(jiàn)的噪聲控制措施［1］。對(duì)降噪效果影響最大的因素是隔聲屏障高度，在隔聲屏障高度設(shè)計(jì)中可以采用繞射損失理論公式（以下簡(jiǎn)稱“理論公式”）進(jìn)行計(jì)算。但理論公式計(jì)算僅僅針對(duì)單個(gè)噪聲源，若噪聲源較多時(shí)，需對(duì)理論公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行疊加，工作量較大。并且理論公式不能同時(shí)考慮地面、空氣等因素對(duì)噪聲的影響。采用Cadna／A［2］噪聲預(yù)測(cè)模擬軟件進(jìn)行隔聲屏障設(shè)計(jì)則可以避免理論公式計(jì)算的問(wèn)題。

1 隔聲屏障聲學(xué)原理

噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障時(shí)，將沿著三條路徑傳播：一部分越過(guò)聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)，一部分穿透聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn)，一部分在聲屏障面上產(chǎn)生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)出的聲波沿這3條路徑傳播的聲能量分配。聲波在這3條路徑上的能量分配見(jiàn)圖1。

圖1 聲波傳播路徑

受聲點(diǎn)處的聲波有一部分來(lái)自聲屏障頂部的繞射，越過(guò)聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)的聲能量比沒(méi)有聲屏障時(shí)的直達(dá)聲能量小，直達(dá)聲與繞射聲的聲級(jí)之差，稱為繞射聲衰減。繞射聲衰減隨著繞射路徑的增大而增大，是噪聲源、受聲點(diǎn)與聲屏障三者幾何關(guān)系和頻率的函數(shù)，是決定聲屏障插入損失的主要物理量。受聲點(diǎn)處的另一部分能量來(lái)自于從聲源發(fā)出的聲波透過(guò)聲屏障傳播到受聲點(diǎn)的透射聲。穿透聲屏障的聲能量取決于聲屏障的面密度、聲波的入射角及頻率。聲屏障的隔聲能力用傳聲損失來(lái)評(píng)價(jià)。傳聲損失越大，透射的聲能量越小；反之，傳聲損失越小，則透射的聲能量越大。透射的聲能量可能會(huì)減少聲屏障的插入損失，透射引起的插入損失降低量稱為透射聲修正量。通常在聲學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要求插入損失與透射聲修正量差值≥10dB，此時(shí)透射的聲能量可以忽略不計(jì)。

2 Cadna／A軟件介紹

Cadna／A噪聲預(yù)測(cè)模擬軟件可以模擬研究廠界處不同高度隔聲屏障對(duì)高壓電抗器噪聲的降噪效果，是一套經(jīng)環(huán)保部環(huán)境工程評(píng)估中心認(rèn)證的噪聲模擬和預(yù)測(cè)軟件，該軟件理論基礎(chǔ)與HJ 2.4－2009《環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則——聲環(huán)境》要求一致，預(yù)測(cè)結(jié)果可靠。

Cadna／A系統(tǒng)是一套基于ISO 9613標(biāo)準(zhǔn)方法、利用WINDOWS作為操作平臺(tái)的噪聲模擬和控制軟件。Cadna／A軟件廣泛適用于多種噪聲源的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、工程設(shè)計(jì)和研究。軟件界面輸入采用電子地圖或圖形直接掃描，定義圖形比例按需要設(shè)置。對(duì)噪聲源的輻射和傳播產(chǎn)生影響的物體進(jìn)行定義，簡(jiǎn)單快捷。按照各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果和編制輸出文件圖形，顯示噪聲等值線圖和彩色噪聲分布圖。Cadna／A軟件流程設(shè)計(jì)合理，功能齊全，用戶界面友好，操作方便，易于掌握使用。從聲源定義、參數(shù)設(shè)定、模擬計(jì)算到結(jié)果表述與評(píng)價(jià)構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換和源、構(gòu)建物與受體點(diǎn)的確定，具有多種數(shù)據(jù)輸入接口和輸出方式。特別是三維彩色圖形輸出方式使預(yù)測(cè)結(jié)果更加可視化和形象化。

3 Cadna／A軟件的應(yīng)用

以天津南1 000kV交流特高壓變電站設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，高壓電抗器的聲功率較高，離聲源1m處的噪聲值為80dB，且聲源距離廠界較近，若不采取降噪措施，廠界噪聲將超標(biāo)。高壓電抗器外形尺寸為7.2m×3.9m×5m（長(zhǎng)×寬×高），高抗外邊緣距離廠界約20m，根據(jù)噪聲相關(guān)的環(huán)評(píng)導(dǎo)則，可將高抗簡(jiǎn)化為離地高度為5m的點(diǎn)聲源進(jìn)行研究。

3.1 預(yù)測(cè)模型的建立

該預(yù)測(cè)模型擬研究在廠界處安裝隔聲屏障來(lái)降低高抗噪聲對(duì)廠界的影響，按照GB 12348－2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)測(cè)點(diǎn)的要求，測(cè)點(diǎn)設(shè)在圍墻外1m，離地高度為1.2m處。噪聲預(yù)測(cè)模型見(jiàn)圖2。

圖2 噪聲預(yù)測(cè)模型

以下主要研究預(yù)測(cè)不同高度隔聲屏障的降噪效果，為了便于研究，本預(yù)測(cè)模型不考慮隔聲屏障本體的透射損失。預(yù)測(cè)模型的參數(shù)假設(shè)如下：高抗噪聲源為100Hz的單頻發(fā)聲，廠界隔聲屏障的高度分別設(shè)置為1.2m、2m、2.5m、3m、3.5m、4 m、4.5m、5m、5.5m、6m。

3.2 基于Cadna／A噪聲預(yù)測(cè)軟件的計(jì)算結(jié)果

以下采用Cadna／A軟件建立模型來(lái)預(yù)測(cè)隔聲屏障的降噪效果，同時(shí)將預(yù)測(cè)結(jié)果與理論公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比來(lái)驗(yàn)證本模型建立的科學(xué)性及預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。

Cadna／A軟件中的三維模型見(jiàn)圖3，噪聲源設(shè)置為80dB。當(dāng)不設(shè)置隔聲屏障時(shí)，由于距離衰減，高抗噪聲傳播到廠界處為60.3dB。

圖3 Cadna／A三維預(yù)測(cè)模型和無(wú)屏障噪聲分布

按照廠界隔聲屏障的高度：1.2m、2m、2.5m、3 m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m，對(duì)廠界噪聲結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。不同高度隔聲屏障廠界噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同高度屏障廠界噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果

不同高度隔聲屏障插入損失預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同高度屏障插入損失預(yù)測(cè)結(jié)果

4 Cadna／A軟件應(yīng)用效果分析

為驗(yàn)證Cadna／A軟件是降噪效果，采用了Cadna／A仿真預(yù)測(cè)軟件計(jì)算與繞射損失理論公式計(jì)算2種計(jì)算方式比對(duì)的方式。

4.1 隔聲屏障繞射損失理論公式計(jì)算

點(diǎn)聲源繞射聲衰減的計(jì)算如下：

以100Hz為頻率計(jì)算模型中不同高度隔聲屏障的繞射損失，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同高度屏障繞射損失計(jì)算表

4.2 兩種計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析

為研究隔聲屏障對(duì)點(diǎn)聲源的降噪效果，采用了Cadna／A仿真預(yù)測(cè)軟件計(jì)算與理論公式計(jì)算，進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)果的比較見(jiàn)圖4。

從圖4中可知，由于Cadna／A仿真預(yù)測(cè)軟件考慮了地面吸收、大氣吸收等因素對(duì)噪聲的衰減，在屏障高度相同的情況下，Cadna／A仿真預(yù)測(cè)軟件計(jì)算的插入損失比理論公式計(jì)算的插入損失稍高。當(dāng)屏障高度為2m以下時(shí)，Cadna／A仿真預(yù)測(cè)軟件計(jì)算的插入損失比理論公式計(jì)算的插入損失高約2.5dB，當(dāng)屏障高度為2～3.5m 時(shí)，Cadna／A仿真預(yù)測(cè)軟件計(jì)算的插入損失比理論公式計(jì)算的插入損失高約2dB，當(dāng)屏障高度大于3.5m時(shí)，Cadna／A仿真預(yù)測(cè)軟件計(jì)算的插入損失比理論公式計(jì)算的插入損失高約1dB。在實(shí)際應(yīng)用中，還需結(jié)合變電站實(shí)際案例檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)Cadna／A仿真預(yù)測(cè)軟件計(jì)算的插入損失進(jìn)行修正。

5 結(jié)束語(yǔ)

按照相關(guān)規(guī)范對(duì)噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)要求，噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在圍墻外1m，離地高度1.2m處。1 000kV變電站的圍墻高度一般不小于2m，按100Hz單頻發(fā)聲計(jì)算結(jié)果，圍墻已有約8dB的插入損失，若在圍墻處安裝6m高的隔聲屏障，則插入損失會(huì)增加7dB，總插入損失約15dB。采用隔聲屏障的噪聲控制方式，很難獲得超過(guò)15dB的降噪量。在天津南1 000kV交流特高壓變電站設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，廠界隔聲屏障設(shè)計(jì)高度為6.0m，能夠確保廠界噪聲滿足GB12348－2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中的2類標(biāo)準(zhǔn)。在特高壓變電站噪聲控制設(shè)計(jì)中，可以按照噪聲源與廠界的位置關(guān)系，根據(jù)需要的降噪量設(shè)計(jì)廠界處屏障的高度。高度設(shè)計(jì)合理的隔聲屏障，可實(shí)現(xiàn)最少的投資滿足噪聲控制目標(biāo)。

［1］萬(wàn)保權(quán)，謝輝春，樊 亮，等.特高壓變電站的電磁環(huán)境及電暈控制措施［J］.高壓電技術(shù)，2010，36（01）：109-115.

［2］齊 飛，余 寒，華 偉.Cadna／A在江蘇500kV變電站噪聲環(huán)境預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（04）：06-07.

本文責(zé)任編輯：楊秀敏

Application of Cadna／A Software in 1 000kV Substation Sound Insulation Barrier Design

Zhang Guohua，Qi Jianzhao，LI Yonggui
（Hebei Electric Power Design ＆ Research Institute，Shijiazhuang 050031，China）

This paper describes the acoustic principle of sound barrier and the Cadna／A software，in the design project of Tianjin south 1 000kV AC substation，different height noise barrier effect is predicted by Cadna／A software，the Cadna／A software prediction results were compared with the loss theoretical formula calculation results，that the Cadna／A software results are a slightly higher than the theoretical formula results，in the practical application，the Cadna／A simulation prediction software need to correct combined with the actual measurement data.

Cadna／A；1 000kV substation；noise；sound barrier

TM631.1

B

1001-9898（2015）03-0008-03

2015-03-02

張國(guó)華（1981－），男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、噪聲控制設(shè)計(jì)研究工作。