交流特高壓試驗(yàn)線段可聽噪聲測量及特性分析

查顯光，楊景剛，張子陽，鄔雄，張廣州

（1.江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司，江蘇南京211103；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，湖北武漢430074）

與超高壓輸電線路相比，1000kV特高壓遠(yuǎn)距離輸電線路具有電壓高、導(dǎo)線大（截面大、多分裂）、鐵塔高、線路走廊寬、輸送容量大等特點(diǎn)，相比之下線路的可聽噪聲問題也更為嚴(yán)重，尤其是壞天氣下的可聽噪聲水平，輸電線路的可聽噪聲問題已經(jīng)成為決定輸電線路結(jié)構(gòu)、影響其環(huán)境友好型的關(guān)鍵問題之一。

1 輸電線路可聽噪聲產(chǎn)生機(jī)理

按不同頻率分量所表現(xiàn)出的特征，交流輸電線路的可聽噪聲可以分為兩部分[1]：寬頻帶噪聲和頻率為工頻倍數(shù)的純音。寬頻帶噪聲(無規(guī)噪聲)是由導(dǎo)線表面正極性流注放電產(chǎn)生的雜亂無章的脈沖所引起。寬頻帶噪聲屬于中高頻噪聲，頻率范圍通常集中在400 Hz～10 kHz[2]。這種放電產(chǎn)生的突發(fā)脈沖具有一定的隨機(jī)性，聽起來像破碎聲、“吱吱”聲或“咝咝”聲，與一般環(huán)境噪聲有著明顯區(qū)別。無規(guī)噪聲疊加的方法是其功率密度線性相加，聲壓級(jí)等于每個(gè)個(gè)別噪聲聲壓級(jí)的平方和的平方根。房屋對(duì)無規(guī)噪聲有較好的屏蔽效能，通常認(rèn)為無規(guī)噪聲每30 m的衰減值在1 dB(A)左右[3]。

所謂交流聲(純聲)，是由于電壓周期性變化，使導(dǎo)線附近帶電離子往返運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的"嗡嗡"聲。對(duì)于交流輸電線路，隨著電壓正負(fù)半波的交變，導(dǎo)線先后表現(xiàn)為正電暈極和負(fù)電暈極，由電暈在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的正離子和負(fù)離子被導(dǎo)線以2倍工頻排斥和吸引，在每半周內(nèi)使空氣壓力變換方向2次。因此，這種噪聲的頻率是工頻的倍數(shù)，對(duì)應(yīng)100 Hz的分量最為明顯，對(duì)應(yīng)不同的導(dǎo)線相數(shù)和導(dǎo)線特性，100 Hz分量值會(huì)比200 Hz值大5～20 dB。

交流聲(純聲)疊加的方法則與它們的相位有關(guān)。如果2個(gè)交流聲同相，則聲壓級(jí)相加；如果它們反相，則合成聲級(jí)為兩者之差。純聲隨距離的增加衰減甚微，可以傳播較遠(yuǎn)，且房屋對(duì)純聲的屏蔽效果較差。因此，距離輸電線路較遠(yuǎn)的地區(qū)，主要考慮純聲對(duì)居民可能造成的影響[4]。

2 特高壓交流試驗(yàn)線段可聽噪聲測試

2.1 可聽噪聲測試方案

交流特高壓試驗(yàn)線段的電磁環(huán)境測試研究是國網(wǎng)特高壓交流試驗(yàn)基地的主要任務(wù)之一。試驗(yàn)線段的測試路徑中的地形條件較為復(fù)雜，基本呈梯田狀分布：自第二基桿塔附近起，檔距中央地表高程依次降低。根據(jù)目前的地形條件，選取了2條滿足測試條件的測試路徑（如圖1所示）。各測量路徑的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 測量路徑相關(guān)參數(shù)

測試儀器和測試方法均滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL 501—1992《架空送電線路可聽噪聲測量方法》的相關(guān)要求。對(duì)試驗(yàn)線段的A計(jì)權(quán)可聽噪聲水平及試驗(yàn)線段的橫向衰減特性進(jìn)行了測量。測試時(shí)間段一般選擇在上午10～12時(shí)，下午15～17時(shí)和晚上22～24時(shí)之間進(jìn)行。

2.2 單回試驗(yàn)線段可聽噪聲水平

2.2.1 單回試驗(yàn)線段背景噪聲水平

選取了測量路徑1的遠(yuǎn)端(遠(yuǎn)離線路的一側(cè))、路徑2的始端作為線路背景噪聲的測點(diǎn)。對(duì)試驗(yàn)線段未帶電時(shí)的背景噪聲進(jìn)行了多次測量，測量結(jié)果偏差很小，背景噪聲水平基本維持在34 dB左右。

以下為某次實(shí)測結(jié)果。其中白天天氣情況為多云，有風(fēng)，溫度為12～16℃，相對(duì)濕度為54%～62%；夜間天氣情況為陰天，微風(fēng)，溫度為8～11℃，相對(duì)濕度為88%～95%。

（1）白天背景噪聲水平。選擇測量路徑2，線路北側(cè)，距離線路北邊相15 m處的測點(diǎn)為測點(diǎn)1和測量路徑1的始端作為測點(diǎn)2。圖2和圖3分別為該測點(diǎn)在2 min時(shí)間內(nèi)的背景噪聲水平和背景噪聲典型頻譜分布圖。

（2）夜間背景噪聲水平。圖4和圖5分別為該測點(diǎn)在2 min時(shí)間內(nèi)的背景噪聲水平和背景噪聲典型頻譜分布圖。

同一測點(diǎn)，白天的背景噪聲A計(jì)權(quán)平均值33 dB左右，晚上的背景噪聲A計(jì)權(quán)平均值35.5 dB左右。兩者頻譜分布均以100 Hz以下頻段占優(yōu)，夜間背景噪聲中高頻段頻譜分布較白天豐富，主要原因是受到夜間蟲鳴等其他噪聲的影響。

2.3 好天氣條件下的可聽噪聲水平

交流特高壓試驗(yàn)基地單回試驗(yàn)線段在好天氣條件下的可聽噪聲水平很低，在靠近基地側(cè)的3號(hào)桿塔處有較為穩(wěn)定的電暈放電，可聽到微弱的電暈放電聲。表2，3所示為好天氣條件下單回試驗(yàn)線段的多次測量結(jié)果的平均值，測量時(shí)電壓水平為1100kV，測試點(diǎn)分別選在中相下、邊相下以及距邊相導(dǎo)線對(duì)地投影外20 m處。

表2 好天氣條件下晝間測試結(jié)果

表3 好天氣條件下夜間測試結(jié)果

從測試結(jié)果來看，單回試驗(yàn)線段好天氣條件下的可聽噪聲水平較低，和背景環(huán)境噪聲基本持平。邊相導(dǎo)線對(duì)地投影20 m外的可聽噪聲水平維持在35 dB(A)左右。

2.4 雨天條件下的可聽噪聲水平

交流輸電線路雨天條件下的可聽噪聲水平是評(píng)價(jià)線路噪聲對(duì)周圍環(huán)境影響的主要因素。

選擇測量路徑2，距離線路北邊相60 m處的測點(diǎn)為背景噪聲測點(diǎn)。天氣情況為中雨(3.8mm/h)，無風(fēng)，溫度為18℃，相對(duì)濕度為95%。運(yùn)行電壓水平為1100kV。圖6、圖7分別為該測點(diǎn)在2 min時(shí)間內(nèi)的背景噪聲水平和背景噪聲典型頻譜分布圖。

此時(shí)的背景噪聲水平維持在49.8 dB(A)左右。和晴天條件下的背景噪聲頻譜相比，雨天條件下的背景噪聲頻譜中高頻段的聲級(jí)值水平明顯高于晴天水平。雨天試驗(yàn)線段可聽噪聲測量結(jié)果見表4。雨天的可聽噪聲頻譜見圖8。

表4 雨天試驗(yàn)線段可聽噪聲測量結(jié)果

雨天時(shí)，試驗(yàn)線段附近能夠聽到明顯交流嗡嗡聲，從圖8可以明顯的看出100 Hz及200 Hz純聲分量，且各頻段的聲級(jí)值都較高，電暈噪聲較晴天天氣明顯增大。從已經(jīng)獲得的測試數(shù)據(jù)來看，雨天條件下的可聽噪聲水平和降雨率的大小有一定的關(guān)系。其中在毛毛雨條件下，線路可聽噪聲給人的感覺最為明顯，背景噪聲和線路實(shí)測可聽噪聲值也相差最大，差值在15 dB左右。測量結(jié)果顯示，雨天的電暈噪聲比好天氣條件下大15～18 dB。

3 結(jié)束語

交流輸電線路的可聽噪聲與環(huán)境噪聲有著明顯區(qū)別：線路可聽噪聲在各個(gè)頻段的聲級(jí)值均高于環(huán)境噪聲，尤其在低頻段。環(huán)境噪聲在1 kHz后隨著頻率增高明顯衰減。輸電線路電暈產(chǎn)生的噪聲則不同，頻率很高(大于8 kHz)時(shí)才開始衰減。這樣，在環(huán)境噪聲較低的場合，電暈產(chǎn)生的高頻噪聲很容易分辨。正是這一特性，輸電線路電暈產(chǎn)生的可聽噪聲才給人在聽覺上一種異常感。與同一聲壓級(jí)下的交通噪聲相比，可聽噪聲更令人討厭。而且，在比普通公共噪聲低10 dB左右時(shí)，與睡眠者獲得的喚醒概率相同[5]。此外，由于輸電線路大多都是常年全天候運(yùn)行，因此輸電線路可聽噪聲具有持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)。

我國特高壓交流輸電線路可聽噪聲推薦限值為距邊相導(dǎo)線對(duì)地投影20 m處的聲級(jí)值不超過55 dB。測量路徑1和測量路徑2上距邊相對(duì)地投影20 m處的可聽噪聲值分別為；52.4 dB和52.7 dB，均小于55 dB的限值，控制在與500kV交流輸電線路一致的水平。

[1] SHWEHDI M H，F(xiàn)ARAG A S.Enviromental Effect on High Voltage AC Transmission Lines Audible Noise[C].IEEE transactions on PAS.

[2] KAZUO T.Hum Noise Performance of 6，8，10 Conductor Bundles for 1000kV Transmission Lines at the Akagi Test Site：A Comparative Study with Cage Data[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1991，6（4）.

[3] CHARTIERV L，STEARNS R D.Formulas for Predicting Audible Noise from Overhead High Voltage AC and DC Lines[J].IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1981，100（1）.

[4] 安德生.電力工業(yè)部武漢高壓研究所譯.345kV及以上超高壓輸電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：電力工業(yè)出版社出版，1981.

[5] CIGRE Working Group 38.04，Ultra High Voltage Technology，CIGRE，1994 Session[R].