，， ，，

(1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

目前，環(huán)境噪聲已成為社會普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題，環(huán)境噪聲影響的糾紛也越來越多。隨著城市發(fā)展，供電的負(fù)荷密度越來越大，變電站的可供電半徑越來越小，遼寧部分變電站處于人口稠密區(qū)，變電站內(nèi)各種電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲不可避免地會對附近的居民及環(huán)境產(chǎn)生影響,變電站噪聲擾民及投訴事件也急劇增多[1]。噪聲不僅危害人的聽覺系統(tǒng)，使人耳聾疲憊，而且還會加速機(jī)械結(jié)構(gòu)的老化，影響設(shè)備、儀表等的精度和使用壽命[2]。為了使變電站的噪聲水平下降到居民能夠承受的范圍，世界各國都在進(jìn)行研究，以日本為例，Kumamoto大學(xué)經(jīng)試驗(yàn)研究出一種振動(dòng)抑制法[3]，采用某種控制來減少變壓器高壓側(cè)電壓對鐵芯的影響，從而抑制鐵芯的振動(dòng)，以達(dá)到減低變壓器噪聲的目的。1947年H.F.奧爾森首次提出有源降噪[4]，它是利用電子線路和擴(kuò)聲設(shè)備產(chǎn)生與噪聲的相位相反的聲音來抵消原有的噪聲而達(dá)到降噪目的的一種技術(shù)。從國內(nèi)外文獻(xiàn)查看結(jié)果可以看出：當(dāng)前，國內(nèi)外對輸變電工程噪聲特性及影響的研究正不斷深入，輸電線路可聽噪聲、高壓變電站噪聲以及特高壓換流站噪聲的研究已取得階段性成果，但是輸變電設(shè)施噪聲的研究往往偏重于對單個(gè)噪聲源進(jìn)行降噪。從電網(wǎng)環(huán)境噪聲影響防治工作的角度，國內(nèi)外關(guān)于變電站整體對周圍聲環(huán)境的影響以及噪聲污染治理措施研究較少,目前尚無關(guān)于遼寧電網(wǎng)噪聲污染全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及變電站噪聲特性的系統(tǒng)分析的相關(guān)文獻(xiàn)。

本文以220 kV變電站實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對遼寧地區(qū)61座典型變電站站界噪聲排放現(xiàn)狀以及分布規(guī)律進(jìn)行分析研究，從中找出噪聲污染分布特性，為變電站噪聲污染防護(hù)措施的制定、輸變電工程的合理設(shè)計(jì)及綜合治理變電站噪聲污染提供相關(guān)科學(xué)參考。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

根據(jù)變電站的電壓等級和變電站所在地聲環(huán)境功能區(qū)兩個(gè)方面來選擇變電站，其中變電站所在地聲環(huán)境功能區(qū)是依照《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-2008)來確定。本文選取了遼寧地區(qū)的61個(gè)具有代表性的變電站作為研究對象，變電站電壓等級為220 kV，變電站所在區(qū)域涵蓋了中心區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)等，220 kV變電站噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)覆蓋率為29%。

1.2 檢測方法及布點(diǎn)

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)和《高壓交流變電站可聽噪聲測量方法》(DL/T1327-2014)要求，聲環(huán)境監(jiān)測應(yīng)在無雨雪、無雷電天氣，風(fēng)速應(yīng)低于5 m/s的情況下進(jìn)行，測試噪聲時(shí)傳聲器應(yīng)加防風(fēng)罩，雨、雪、雷電天氣或風(fēng)速超過5 m/s應(yīng)暫停測試。測試原則如下：

(1)監(jiān)測點(diǎn)位應(yīng)在站界四周均勻布點(diǎn)，每側(cè)不應(yīng)少于2個(gè)測點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)噪聲測量差值應(yīng)不大于3 dB(A)，若大于3 dB(A)應(yīng)加密布點(diǎn)；

(2)測點(diǎn)應(yīng)選在站界外1 m，高度1.2 m以上、距任一反射面距離不小于1 m的位置，當(dāng)站界有圍墻且周圍有受影響的噪聲敏感建筑物時(shí)，測點(diǎn)應(yīng)選在站界外1 m、高于圍墻0.5 m以上的位置；

(3)各點(diǎn)測量次數(shù)不小于3次、每次測量時(shí)間間隔不大于5 min。監(jiān)測該點(diǎn)的晝間和夜間1 min等效連續(xù)A聲級dB(A)作為噪聲的評價(jià)依據(jù)。

布點(diǎn)根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-2008)和《電力變壓器一第10部分：聲級測定》(GB/T 1094.10-2003)規(guī)范確定。本次監(jiān)測的220 kV變電站數(shù)量眾多，每個(gè)站點(diǎn)在站界四周布設(shè)10個(gè)聲環(huán)境測試點(diǎn)位。每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位選擇在站界外1 m，高度1.2 m以上、距任一反射面距離不小于1 m的位置。

1.3 測試儀器

主要的測試儀器如表1。

表1主要測試儀器及功能列表

序號儀器名稱設(shè)備型號設(shè)備編號功能1溫濕度計(jì)310011203642測量環(huán)境溫濕度2空盒氣壓表DYM32824測量環(huán)境大氣壓力3數(shù)字風(fēng)速表Testo43541866測量環(huán)境風(fēng)速4噪聲分析儀NL-42031071測量環(huán)境噪聲及頻譜分析

2 檢測依據(jù)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 檢測依據(jù)

變電站噪聲測試檢測依據(jù)見表2。

表2檢測和評定依據(jù)

檢測內(nèi)容檢測依據(jù)結(jié)果評定依據(jù)站界噪聲GB 12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1327-2014高壓交流變電站客廳噪聲測量方法GB 12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)

2.2 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-2008)中各類標(biāo)準(zhǔn)適用區(qū)域的說明，本文涉及到的變電站所在地涵蓋了中心區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)等。具體數(shù)值見表3。

表3工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放限值/dB(A)

序號聲環(huán)境功能區(qū)類別晝間夜間00504011554522605033655544a70554b7060

3 結(jié)果與分析

測試期間，大氣壓100.1～100.3 kPa，環(huán)境溫度為18～25℃，相對濕度為42%～53%，風(fēng)速為0.8～2.3 m/s，滿足噪聲測試要求[5]，待測變電站正常運(yùn)行。

3.1 變電站噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與分析

遼寧省在運(yùn)210座220 kV變電站，開展變電站站界噪聲監(jiān)測61座，220 kV變電站噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)覆蓋率為29%，根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》和《高壓交流變電站可聽噪聲測量方法》要求，對220 kV變電站站界開展了晝間和夜間1 min等效連續(xù)A聲級測量。為了更加清晰的體現(xiàn)220 kV變電站個(gè)體站界噪聲水平以及所測61座220 kV變電站總體站界噪聲水平，對所監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，如圖1。

圖1 晝間220 kV變電站噪聲水平分布情況

本文在220 kV變電站站界共采集1 220個(gè)數(shù)據(jù)，其中晝間數(shù)據(jù)610個(gè)，夜間數(shù)據(jù)610個(gè)。從圖1可以看出，晝間220 kV變電站站界噪聲監(jiān)測數(shù)值主要分布在55 dB(A)以下，占總測點(diǎn)的98.9%。分布測點(diǎn)最多的是[0，45]dB(A)區(qū)間，占總測點(diǎn)數(shù)的44.7%。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地觀測，晝間站界噪聲最大值為68.6 dB(A)，所在變電站臨近市內(nèi)繁華路段，人車混雜，背景值偏高，所以導(dǎo)致個(gè)別臨路測點(diǎn)受周圍噪聲影響較大，噪聲監(jiān)測結(jié)果明顯偏高。晝間站界噪聲最小值為31.8 dB(A)，所在變電站距公路較遠(yuǎn)，人煙稀少，受周圍噪聲影響較小。通過220 kV變電站噪聲水平分布情況一定程度上能夠代表220 kV變電站站界晝間的噪聲水平。

圖2 夜間220 kV變電站噪聲水平分布情況

從圖2可以看出，夜間220 kV變電站站界噪聲監(jiān)測數(shù)值主要分布在35～45 dB(A)之間，占總測點(diǎn)的83.8%。分布測點(diǎn)最多的是[40，45]dB(A)區(qū)間，占總測點(diǎn)數(shù)的56.5%。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地觀測，夜間站界噪聲最大值為53.9 dB(A)，由于其臨近公路且處于市區(qū)中心區(qū)域臨近繁華商業(yè)圈，導(dǎo)致臨路測點(diǎn)受周圍噪聲影響較大，噪聲監(jiān)測結(jié)果明顯偏高。晝間站界噪聲最小值為27.8 dB(A)，所在變電站距公路較遠(yuǎn)，人煙稀少，受周圍噪聲影響較小。通過220 kV變電站噪聲水平分布情況一定程度上能夠代表220 kV變電站站界夜間的噪聲水平。

變電站站界噪聲排放執(zhí)行GB12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》。站界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)與變電站所處的聲環(huán)境功能區(qū)域有關(guān)，詳見表3。 為了滿足供電需求，220 kV變電站分布較為廣泛，雖然大部分建設(shè)在鄉(xiāng)村區(qū)域、城郊區(qū)域，但是仍然不能完全避免城市中心地帶，還有部分站點(diǎn)建設(shè)在城鄉(xiāng)主干道旁邊，所以220 kV變電站所處的聲環(huán)境功能區(qū)比較多，大部分是屬于1類區(qū)和2類區(qū)，也有部分站點(diǎn)位于4a類區(qū)域。從圖3可以看出61座變電站有41座變電站站界噪聲滿足1類聲環(huán)境功能區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，17座變電站站界噪聲滿足2類聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，2座變電站站界噪聲滿足3類聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，1座變電站站界噪聲滿足4類聲環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 220 kV變電站聲環(huán)境功能區(qū)分布情況

一般情況，220 kV變電站站界外的聲環(huán)境功能區(qū)多為1類和2類，經(jīng)過查詢環(huán)評批復(fù)文件，所測61座220 kV變電站站界噪聲水平基本滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。個(gè)別臨路測點(diǎn)受周圍噪聲影響較大，噪聲監(jiān)測結(jié)果明顯偏高，但是其處于4a類聲環(huán)境功能區(qū)，所以不存在超出國家聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的情況。

3.2 典型變電站噪聲污染分布特性研究

通過本文所涉及的220 kV變電站的監(jiān)測結(jié)果來看，除少數(shù)位于市內(nèi)且站區(qū)較小(不能有效利用距離衰減噪聲)站點(diǎn)對周圍人們生活有影響外，大部分站界噪聲對人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鬏^小。然而，變電站可聽噪聲對站內(nèi)運(yùn)行人員帶來的職業(yè)衛(wèi)生問題卻不容忽視[6]。城市變電站在運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生噪聲，它們大部分不屬于高分貝的強(qiáng)噪聲，但絕大多數(shù)情況下這種低頻噪聲也會對人體產(chǎn)生慢性損傷[7]。

3.2.1 研究對象

本節(jié)選取的典型220 kV變電站為離市區(qū)較近的站點(diǎn)，同時(shí)，為了降低外界噪聲對本研究結(jié)果的干擾，考慮選取距離主要交通干道以及噪聲大的企業(yè)較遠(yuǎn)的站點(diǎn)進(jìn)行研究。

所選220 kV戶外變電站為雙母線帶旁路接線方式，分別與其他電廠和變電站系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)。變電站位于市郊，占地面積較大，聲波經(jīng)過長距離的幾何發(fā)散，可衰減約10～20 dB(A)；其次隨著距離的增加，變電站圍墻、主控樓等建筑物遮擋及草地吸收，可衰減約18～25 dB(A)。變電站簡化示意圖見圖4。

圖4 220 kV變電站示意圖

3.2.2 檢測方法與原則

監(jiān)測方法及原則綜合參考中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1327-2014《高壓交流變電站可聽噪聲測量方法》、DL/T 1050-2007《電力環(huán)境保護(hù)技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》、DL/T 799.3-2010《電力行業(yè)勞動(dòng)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范第3部分：生產(chǎn)性噪聲監(jiān)測》和現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測。

設(shè)備區(qū)監(jiān)測原則如下：

(1)應(yīng)滿足設(shè)備及人身安全的要求。

(2)變電站主要噪聲源產(chǎn)生的噪聲，在距設(shè)備1 m的間距進(jìn)行測量，為了了解噪聲特性，需作頻譜分析，常用倍頻程頻譜分析，測量中心頻率包括63 Hz、125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz、8 000 Hz時(shí)的聲級。必要時(shí)，可在變電站設(shè)備區(qū)選點(diǎn)進(jìn)行1/3倍頻程聲頻譜分析測量。

(3)測量儀器應(yīng)在大于設(shè)備水平距離1 m、距地面高度應(yīng)大于1.2 m、距任一反射面應(yīng)不小于1 m的位置。

(4)應(yīng)選在操作者作業(yè)處或巡檢路線上有代表性的地點(diǎn)。

3.2.3 測試儀器

測試儀器及功能見表1。

3.2.4 測量布點(diǎn)

該變電站噪聲監(jiān)測布點(diǎn)嚴(yán)格按照3.2.2的要求以及分布特性研究需求進(jìn)行布點(diǎn)。由于220 kV變電站電壓等級較低，且其主要噪聲貢獻(xiàn)源為站內(nèi)主變壓器。所以本節(jié)主要討論220 kV變電站變壓器的噪聲監(jiān)測結(jié)果，布點(diǎn)位置見圖4，圓形標(biāo)志為變壓器噪聲倍頻帶測量點(diǎn)位。該變電站右側(cè)為板油馬路，為研究不同地表材質(zhì)其噪聲隨著距離的變化規(guī)律提供了有利條件，向右箭頭(垂直于圍墻向外0～5 m區(qū)域)標(biāo)志為變壓器噪聲衰減規(guī)律測量點(diǎn)位。

3.2.5 結(jié)果與分析

測試期間，環(huán)境溫度為17.8℃，濕度為46.5%，風(fēng)速為1.17 m/s，大氣壓為99.7 kPa，自然環(huán)境適合噪聲監(jiān)測。由于變電站內(nèi)帶電導(dǎo)體縱橫交錯(cuò)，帶電設(shè)備和接地架構(gòu)多種多樣，變電站內(nèi)的噪聲無法準(zhǔn)確反映單臺設(shè)備噪聲水平，只能體現(xiàn)該設(shè)備所處區(qū)域的噪聲水平。

3.2.5.1 220 kV變電站主要設(shè)備頻譜特性

通過統(tǒng)計(jì)分析可以看出，典型220 kV變電站主要噪聲源是其變壓器。該變電站有2臺主變，分別對每臺主變的A相、B相、C相進(jìn)行倍頻程噪聲頻譜測量，其頻譜分布圖分別見圖5和圖6。

圖5 220 kV變電站1#主變噪聲頻譜分布

圖6 220 kV變電站2#主變噪聲頻譜分布

從圖5和圖6可以看出，典型220 kV變電站中主變壓器的噪聲在中心頻率為250 Hz、500 Hz、1 000 Hz的倍頻帶噪聲值均較大，呈現(xiàn)典型的中低頻噪聲特性。所測的6個(gè)測點(diǎn)在中心頻率250 Hz、500 Hz處均出現(xiàn)聲壓級最大值，66.7%的測點(diǎn)聲壓級最大值出現(xiàn)在中心頻率500 Hz處，33.3%的測點(diǎn)聲壓級最大值出現(xiàn)在中心頻率250 Hz處，均處于低頻區(qū)域。變壓器的主要噪聲來源于其運(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芯振動(dòng)，使鐵芯隨著勵(lì)磁電流頻率的變化而周期性的產(chǎn)生振動(dòng)引起的，其主要貢獻(xiàn)頻帶為基頻及其整數(shù)倍頻。機(jī)械噪聲主要由冷卻風(fēng)扇噪聲引起的，冷卻風(fēng)扇以500～4 000 Hz中高頻空氣動(dòng)力噪聲為主。從本次的頻譜分析可以看出，典型220 kV變電站的變壓器噪聲是本體噪聲以及冷卻風(fēng)扇的噪聲綜合作用的結(jié)果。有研究表明，傳統(tǒng)的消聲降噪技術(shù)可有效降低冷卻風(fēng)扇噪聲，但對變壓器本體噪聲的降噪效果欠佳[8]。同時(shí)，因?yàn)榈皖l噪聲衰減慢，穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)，使得變電站內(nèi)各種設(shè)備噪聲以及電暈噪聲疊加傳播至站界后，大多也以低頻噪聲的形式出現(xiàn)[9]。

3.2.5.2 220 kV變電站變壓器噪聲衰減規(guī)律

該變電站右側(cè)墻外是板油馬路，如圖4所示，分別測試#1主變壓器方向向西、東0～5 m區(qū)域。不同地表材質(zhì)其噪聲隨著距離變化的測試結(jié)果如圖7。

圖7 220 kV變電站周圍噪聲分布情況

采用聲功率級預(yù)測公式對變壓器主變噪聲衰減測試結(jié)果進(jìn)行分析

La=LW-b×lg(r)-8

式中La——距離噪聲源b處的升壓級/dB；

b——距離衰減系數(shù)；

r——距離噪聲源的直線距離/m。

分別用測試數(shù)據(jù)計(jì)算衰減系數(shù)，測試結(jié)果如表4所示。

表4衰變系數(shù)測試結(jié)果

距離/m011.522.533.544.55草坪 噪聲值/dB73.865.761.659.156.754.853.552.351.150.2衰變系數(shù)--23.922.322.923.122.622.422.522.3板油路噪聲值/dB73.86662.359.958.156.454.353.852.951.6衰變系數(shù)--19.919.619.319.720.219.919.720.3

通過計(jì)算結(jié)果可以看出同一地表形式衰變系數(shù)比較穩(wěn)定，說明測試數(shù)據(jù)與理論擬合度較高。經(jīng)計(jì)算在此氣候條件、工況下草地衰變系數(shù)平均值為22.7，板油路衰變系數(shù)為19.8。植被對噪聲的衰減效果較自然衰減效果好，在草坪影響下變壓器5 m外噪聲會降低1.4 dB左右。

4 結(jié)論與建議

(1)對遼寧省內(nèi)61座220 kV等級變電站進(jìn)行站界噪聲監(jiān)測，對比環(huán)評批復(fù)文件對站界噪聲的要求，本項(xiàng)目所監(jiān)測的220 kV變電站站界噪聲值基本滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)利用噪聲分析儀對典型220 kV變電站內(nèi)主變壓器的噪聲倍頻帶分析，結(jié)果顯示典型220 kV變電站中主變壓器的噪聲在中心頻率為250 Hz、500 Hz、1 000 Hz的倍頻帶噪聲值均較大，呈現(xiàn)典型的中低頻噪聲特性，變電站內(nèi)工作人員需做好重點(diǎn)防護(hù)來降低噪聲的影響。

(3)通過對該典型220 kV變電站不同地表材質(zhì)噪聲衰減規(guī)律的研究表明：植被對噪聲的衰減效果較自然衰減效果好。所以對于噪聲污染治理可以考慮設(shè)計(jì)植被隔離帶，能有效加快噪聲的衰減。