1 000 kV特高壓變電站聲環境影響仿真研究

李雪亮，徐振，周英，王飛，朱庚富，趙剛

1.山東電力研究院，山東 濟南 250021

2.國電環境保護研究院，江蘇南京 210031

3.常州機電職業技術學院，江蘇常州 213164

4.山東電力集團公司，山東濟南 250001

1 000 kV特高壓變電站聲環境影響仿真研究

李雪亮1，徐振2*，周英3，王飛4，朱庚富2，趙剛2

1.山東電力研究院，山東 濟南 250021

2.國電環境保護研究院，江蘇南京 210031

3.常州機電職業技術學院，江蘇常州 213164

4.山東電力集團公司，山東濟南 250001

1 000 kV特高壓輸變電工程是跨區域電網互聯服務的重要項目之一。特高壓變電站變壓器、電抗器等設備的運行噪聲對站外聲環境有重大影響，為避免項目投運后的噪聲污染，在項目設計時即考慮站內降噪措施和站外聲環境影響。針對大型變電站/換流站降噪技術組合，使用Cadna/A軟件對三個噪聲控制方案進行聲環境仿真分析。模擬結果顯示，常規措施下特高壓變電站夜間廠界噪聲超標距離超過200 m，廠界外受影響區域面積約301 000 m2，附近村莊夜間聲級顯著增高。采用電抗器Box-in技術，可使廠界外噪聲超標區域降至常規設計的1/4以下;進一步采用變壓器Box-in技術后，特高壓變電站可以實現廠界噪聲達標，附近村莊夜間聲級增高量在1 dB(A)以內。

特高壓變電站;聲環境;仿真;降噪

我國能源基地主要集中在山西、陜西、內蒙古、四川、云南等地，與京津唐、華東等主要能源消費區域相距較遠，能源跨區域轉移距離超過2 000 km［1-2］。建設合理的能流通道，將能源基地生產的電力進行跨區域轉移，對促進西部經濟發展、緩解東部能源壓力和環境壓力有重要意義，因此特高壓輸變電工程成為跨區域電網互聯服務的選項之一［2］。

特高壓變電站/換流站的變壓器、電抗器等設備運行時，會產生以中低頻為主的噪聲(圖1)，主要集中在 63～500 Hz頻帶［3-5］。中低頻噪聲傳播距離遠，容易引起人的煩惱［6-8］，是特高壓變電站/換流站運行時重要環境影響因素之一［1，9］。

圖1 某變壓器運行噪聲頻譜分析示意Fig.1 The noise spectrum analysis of a operating transformer

與常規電壓等級變電站相比，特高壓變電站/換流站設備電壓等級高、容量大，站內設備噪聲源的數量、噪聲等級均有大幅增加。在我國特高壓變電站/換流站建設史上，多次出現項目投運后須噪聲治理的局面［10-14］，因此有必要在項目設計前期即考慮站內降噪措施和站外聲環境影響。目前，特高壓變電工程的聲環境仿真分析主要集中在換流站方面［10，12，15-18］，少量針對特高壓變電站的模擬探討借助于 SoundPLAN軟件［19-20］。Cadna/A 與 SoundPLAN軟件功能相近，二者預測結果相差1 dB(A)以內，且Cadna/A 軟件略保守［15，18］，因此筆者嘗試以Cadna/A軟件對特高壓變電站常用降噪措施進行仿真分析，以期為更合理地進行項目設計、建設和環境影響評估提供依據。

1 研究方法

1.1 研究對象概況

以山東省擬建的某1 000 kV特高壓變電站為例，該站征地面積為488 m×413 m，擬選站址周邊為平地，晝夜間環境噪聲背景值分別為41.5和38.7 dB(A)(測量儀器為AWA6270+)(圖2);擬選站址廠界東北側約310 m處有村莊P，村莊P處晝夜間環境噪聲背景值分別為43.6和39.1 dB(A)。

圖2 某1 000 kV特高壓變電站主要設備布置Fig.2 The principal facilities of 1 000 kV substation

1.2 主要設備噪聲源

該特高壓變電站運行噪聲源主要來自主變壓器、高壓電抗器、并聯低壓電抗器等大型聲源設備，根據相關示范工程實測資料，1 000 kV主變壓器、高壓電抗器聲級分別為 78.6～79.6 dB(A)［21］、79.0 dB(A)［22］，對該站仿真分析設定的設備聲源聲級如表1所示。

表1 某1 000 kV特高壓變電站主要設備聲源聲級Table 1 Noise origins by principal facilities in 1 000 kV substation

1.3 噪聲控制方案

特高壓變電站/換流站聲環境保護措施主要有設備本體降噪技術、隔聲技術、有源消聲法等三類，其中有源消聲法在國內變電站鮮有應用經驗［3-4］。設備本體降噪技術措施可由采購方對生產廠家提出約束性要求來確定［23］，如采用優質硅鋼片等可降低噪聲 4～5 dB(A)［3］。

特高壓變電站/換流站常規的隔聲技術為在變壓器和高壓電抗器兩側設置防火防爆墻，墻體主要起障礙物作用。隨著大型變電站/換流站噪聲治理工作的展開，應用較多的治理措施為:變壓器加裝通風式聲屏障、采用電抗器Box-in技術，理論降噪量分別可達10～15 dB(A)［12-14，20，24-25］和 15～25 dB(A)［10］。實踐表明，聲屏障對近距離降噪效果明顯，但對遠距離噪聲削減幅度較小［14-15］，而 Box-in技術的降噪效果相當于直接降低聲源的聲功率級［15］，對降低廠界外的噪聲影響更有效。因此，隨著對站外聲環境保護的日益重視，換流站開始采用Box-in 技術對變壓器降噪［11，26-27］，但在特高壓變電站中鮮有實施案例。

實測結果顯示，采用變壓器、高壓電抗器Boxin 技術可降噪 20.1～21.8 dB(A)［15，22］，略低于設計指標(表2)。針對特高壓變電站噪聲防治措施的發展情況，筆者設置了三個仿真分析組合:常規的方案A、已開展實踐的方案B和有應用前景的方案C(表3和圖3)。

表2 Box-in技術吸收及傳遞損失頻譜［15］Table 2 The absorption and transitive loss by the Box-in structure

表3 某1 000 kV特高壓變電站噪聲控制方案Table 3 Noise control schemes in 1 000 kV substation

圖3 噪聲控制措施實例Fig.3 The examples of noise control measures

1.4 聲環境影響仿真方法

按某1 000 kV特高壓變電站內主要設備噪聲源噪聲水平、分布情況、噪聲控制方案，使用Cadna/A(DataKustik GmbH，Ver.3.72)軟件進行聲環境仿真分析，柵格尺寸為5 m×5 m，預測面積1 050 m×820 m。按幾何尺寸，主變壓器等聲源設定為垂直面聲源，4×JLHN58K-1600導線設定為線聲源，建筑物(包括防火防爆墻)設定為障礙物(圖4)。因Cadna/A軟件無室內聲源模塊，采用Box-in技術時可降低聲源的相應聲功率級對模型進行簡化［15］。變電站為24 h連續運行，噪聲源穩定，晝夜廠界噪聲排放水平相對一致，噪聲衰減只考慮防火防爆墻、圍墻、主控樓等主要建筑物的隔聲及阻擋效果;站內場地一般鋪砂石或水泥硬化，不考慮地面吸收及綠化樹木的聲屏障衰減;站址處及周邊為平地，不考慮地形的衰減影響。

廠界環境噪聲影響評判采用GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》中2類聲環境功能區要求標準，廠界外環境敏感區(村莊P)的聲環境影響評判采用GB 3096—2008《聲環境質量標準》中2類聲環境功能區要求標準。

圖4 某1 000 kV特高壓變電站3D模型示意Fig.4 The 3D model of 1 000 kV substation

2 結果與分析

2.1 方案A

工程投運后，廠界噪聲為48.0～62.0 dB(A)(表4和圖5)。由表4可知，大部分受聲點夜間不能滿足GB 12348—2008中2類聲環境功能區要求，南側和北側部分受聲點晝間不能滿足GB 12348—2008中2類聲環境功能區要求，夜間廠界噪聲最大超標距離約為250 m(表5)。環境敏感區(村莊P)晝間和夜間聲環境預測值分別為47.0和45.4 dB(A)(表6)，滿足GB 3096—2008中2類聲環境功能區要求。

表4 某1 000 kV特高壓變電站廠界噪聲預測Table 4 Industrial enterprises noise at boundary by 1000 kV substation dB(A)

圖5 某1 000 kV特高壓變電站夜間噪聲預測等聲線示意(方案A)Fig.5 The predicted isophonic contours of 1 000 kV substation(Scheme A)

表5 某1 000 kV特高壓變電站廠界噪聲最大超標距離Table 5 The over standard distances of industrial enterprises noise by 1 000 kV substation m

表6 環境敏感區(村莊P)噪聲預測值Table 6 Environmental noises of the noise-sensitive area(village P) dB(A)

方案A投資少，但項目建成后需向規劃部門申請較大范圍的噪聲規劃控制區域，站外大范圍土地利用功能將受到制約。

2.2 方案B

工程投運后，廠界噪聲為44.7～61.2 dB(A)(表4和圖6)。由表4可知，大部分受聲點夜間不能滿足GB 12348—2008中2類聲環境功能區要求，夜間廠界噪聲最大超標距離約100 m(表5)，南側部分廠界晝間不能滿足GB 12348—2008中2類聲環境功能區要求。村莊P晝間和夜間聲環境預測值分別為 45.6和 43.4 dB(A)(表6)，滿足 GB 3096—2008中2類聲環境功能區要求。

圖6 某1 000 kV特高壓變電站噪聲預測等聲線示意(方案B)Fig.6 The predicted isophonic contours of 1 000 kV substation(Scheme B)

方案B在特高壓變電站示范工程中已采用，其噪聲規劃控制范圍比方案A小，對站外聲環境的保護有一定效果。

2.3 方案C

工程投運后，廠界噪聲為34.5～47.2 dB(A)(表4和圖7)。由表4可知，所有廠界滿足 GB 12348—2008中2類聲環境功能區要求。村莊P晝間和夜間聲環境預測值分別為43.8和39.7 dB(A)(表6)，滿足GB 3096—2008中2類聲環境功能區要求。

目前方案C在換流站噪聲整治中已開始采用，該方案大大降低了廠界噪聲，對降低工程環境影響極為有利，建議在特高壓變電站中推廣應用。

3 討論

圖7 某1 000 kV特高壓變電站噪聲預測等聲線示意(方案C)Fig.7 The predicted isophonic contours of 1 000 kV substation(Scheme C)

某1 000 kV特高壓變電站擬選站址廠界與聲環境敏感區最近距離約310 m(村莊P)，由圖5～圖7可知，特高壓變電站高壓電抗器的噪聲影響區域和影響程度大。因此，建議在設計時應把高壓電抗器布置在遠離敏感區端，并根據實際情況設置一定范圍噪聲控制區，有利于降低特高壓變電站對村莊P的聲環境影響。

3.1 廠界噪聲

以GB 12348—2008中2類聲環境功能區要求標準考核，方案C滿足要求;方案A和方案B夜間廠界噪聲最大超標距離分別約為250和100 m，根據圖5和圖6計算出廠界外超標面積分別約為301 000和65 000 m2。從廠界外限制使用功能的土地面積分析，方案C無限制，方案B約為方案A的21.6%。因此，方案C優于方案A和方案B。方案B需設置的噪聲控制區相對較小，多數情況下能獲得地方政府同意［9］，具有一定可行性。

3.2 站外聲環境敏感區保護

以GB 3096—2008中2類聲環境功能區要求標準考核，村莊P處環境噪聲預測值均能滿足要求。由表6可知，實施方案A、方案B和方案C時，村莊P處環境噪聲夜間增高值分別為6.3、4.3和0.6dB(A)。根據HJ 2.4—2009《環境影響評價技術導則聲環境》，方案A使村莊P聲級顯著增高〔＞5 dB(A)〕，方案B使村莊P聲級較明顯增高〔3～5 dB(A)〕，方案 C使村莊 P聲級增加很小〔＜3 dB(A)〕。因此，從聲環境保護角度考慮，方案C明顯較優，方案B略優于方案A。

當對站址周邊的聲環境有特殊保護要求時，即以GB 12348—2008和GB 3096—2008中1類聲環境功能區要求標準考核，方案C的大部分廠界能實現達標排放，局部圍墻加裝隔聲屏后即可滿足要求，該方案使項目選址、運行具有較大環境容量。

3.3 站內工作場所聲環境保護

由圖5～圖7可知，特高壓變電站工作人員在站內巡視時，方案A、方案B和方案C職業接觸的穩態噪聲值均小于85 dB(A)，滿足GBZ 2.2—2007《工作場所有害因素職業接觸限值第2部分:物理因素》要求。三個方案中，特高壓變電站主控樓外噪聲值分別為62.8、62.4和53.5 dB(A)，考慮到混凝土磚墻體有20 dB(A)以上的隔聲作用［28］，主控樓內能滿足GBZ 1—2010《工業企業設計衛生標準》工效限值55 dB(A)的要求。

分析表明，三個方案對工作人員的聲環境影響能滿足相關標準要求。

4 結論

(1)按常規設計，某1 000 kV特高壓變電站對周邊區域聲環境影響較大，使站外大范圍土地的使用功能受到限制，約310 m外的聲環境敏感區聲級顯著增高。

(2)如特高壓變電站示范工程采用電抗器Box-in技術，某1 000 kV特高壓變電站站外廠界噪聲超標區域約為常規設計的1/4以下，噪聲敏感區聲級增高值降為5 dB(A)以內。

(3)采用已在換流站使用的變壓器Box-in技術后，某1 000 kV特高壓變電站廠界噪聲能實現達標排放，聲環境敏感區聲級增高值降為1 dB(A)以內。當對站址周邊的聲環境有特殊保護要求時(1類聲環境功能區)，方案C的大部分廠界能實現達標排放，局部圍墻加裝隔聲屏后即可滿足要求。

綜上所述，從節約土地資源、加強環境保護角度出發，主變壓器、電抗器全面采用Box-in技術對特高壓變電站的噪聲防治是最優的。

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The Simulation of Acoustic Environment Impact in 1 000 kV Extra-high Voltage Substation

LI Xue-liang1，XU Zhen2，ZHOU Ying3，WANG Fei4，ZHU Geng-fu2，ZHAO Gang2
1.Shandong Electric Research Institute，Jinan 250021，China
2.State Power Environmental Protection Research Institute，Nanjing 210031，China
3.Changzhou Institute of Mechatronic Technology，Changzhou 213164，China
4.Shandong Electric Power Corporation，Jinan 250001，China

The 1 000 kV extra-high voltage electricity transmission and transformation project is one of most important projects in the services of interregional electricity supply.The extra-high voltage substation will obviously impact the outside acoustic environment by the running of transformers and reactors and other facilities.Therefore，it is necessary to take measures to reduce the noise impact on the outside acoustic environment in project design phase.Applying frequently-used techniques of acoustic insulation in large substations and converter stations，three schemes were programmed with Cadna/A to find out effects of noise reduction by the simulation of the acoustic environment outside and inside the substation.The results showed that in normal conditions，the distance of station boundary noise exceeding the standard limits would be over 200 m，the project would cause nighttime noises of neighboring village to increase obviously，and the impacted neighboring area was more than 301 000 m2.If the reactors added the Box-in structure，the restricted land area exceeding the standard limit outside the substation would decrease by more than 75%.When both the transformers and reactors used the Box-in structure，theboundary noise of extra-high voltage substation could meet the standard，and the increment of nighttime noise in neighboring villages was less than 1 dB(A).

extra-high voltage substation;acoustic environment;simulation;noise reduction

X593

A

10.3969/j.issn.1674-991X.2012.03.041

1674-991X(2012)03-0264-07

2011-12-23

李雪亮(1965—)，男，高級工程師，碩士，主要從事電力、電網規劃，電網項目管理，電力供需分析預測，電力環境保護研究，lixl0312@163.com

*通訊作者:徐振(1981—)，男，博士，主要從事森林生態和生態水文、電力環境保護研究，alex_xuzhen@163.com