基于Cadna/A軟件的500kV變電站主變聲源預測模型研究

潘明九

摘要： 為分析研究適于預測變電站主變噪聲的模型，本文對某一典型500kV變電站主變噪聲進行了現場采樣，并采用不同模型在Cadna/A軟件中對主變噪聲影響進行預測。結果表明，500kV主變采用C1模型（即5個面聲源建模，并在面聲源內部增加一個建筑物），實測值與Cadna/A軟件預測值之間的差異較小。由此可見，該模型更適用于預測500kV主變近場區噪聲影響。

Abstract： In order to select the best model for predicting the main transformer noise of 500 kV transformer substation， the noises of a typical 500 kV substation were sampled and different prediction models of main transformer noise were built by software of Cadna/A. As the results shown， the measured values were closest to the prediction results of Model C1， which was built by 5 area sound sources and a building inside. Thus， Model C1 was more suitable to predict the influence of 500 kV main transformer noise in the near field region.

關鍵詞： Cadna/A；主變；噪聲；預測；變電站

Key words： Cadna/A；main transformer；noise；prediction；transformer substation

中圖分類號：X827 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）09-0104-03

0 引言

隨著電網的發展和城鎮區域的擴大，新建的變電站周圍出現居民住宅等噪聲敏感建筑物的現象有增加的趨勢[1]，變電站噪聲影響愈來愈受到公眾關注。因此，在變電站項目的規劃設計、環境影響評價等過程中[2，3]，噪聲預測顯得愈加重要。

Cadna/A軟件是一套基于ISO 9613標準方法[4]、利用WINDOWS作為操作平臺的噪聲模擬和控制軟件，廣泛適用于多種噪聲源的預測、評價、工程設計和研究[5]，也是目前國內在變電站設計、環評過程中應用最廣的噪聲預測軟件之一[6]。

然而，由于所采用預測模型的不同，在變電站噪聲預測過程中，各設計或環評單位時常因為預測結果的差異產生爭議。為此，本文對某一典型500kV變電站主變噪聲進行了現場采樣，采用不同模型對主變噪聲影響進行預測，并與實測結果進行對比，擬選取更適于預測500kV變電站主變噪聲的模型。

1 預測模型

1.1 模型A

采用單個面聲源建模，即平行于地面的一個面聲源，詳見圖1。

該面聲源大小和高度可參照《特高壓輸電工程變電（換流）站可聽噪聲預測計算及影響評價技術規范》[7]中1000kV變電站站用變壓器推薦值，即面積28m2（4m×7m），高度2m。另外，也可按主變實際幾何參數進行設置，一般高度取主變的幾何中心高度。根據上述的兩種的面聲源大小和高度輸入方式，則衍生出兩種子模型：①模型A1的尺寸參考站用變推薦值；②模型A2的尺寸選用實際參數。

1.2 模型B

根據文獻[8]，500kV主變采用多個面聲源建模，包括平行于地面的一個面聲源以及四個側面的垂直面聲源（見圖2）。S1為平行于地面的面聲源，S2～S4分別為四個側面的垂直面聲源。

根據各面聲源及垂直面聲源大小和高度，衍生出兩種子模型：①模型B1可按主變實際幾何參數進行設置，一般高度取主變頂端的高度；②模型B2則采用修正過的幾何參數，即只考慮主變主要發聲的部分，不包含冷卻片和油枕，一般垂直于防火墻方向上的主變長度取實際的1/2，平行于防火墻方向上的主變長度取實際的4/5，高度取實際的2/3。

1.3 模型C

模型C是在模型B的基礎上，面聲源內部增加一個建筑物（見圖3）。建筑物的大小和高度可按主變實際幾何參數進行設置。面聲源敷設于建筑物表面，但考慮到Cadna/A軟件默認無法識別聲源設置于建筑物表面的情況，因此將面聲源與建筑物表面之間需保持一定距離（≤0.05m）。

根據各面聲源及垂直面聲源大小和高度，衍生出兩種子模型：①模型C1可按主變實際幾何參數進行設置；②模型C2則采用修正過的幾何參數，具體同模型B2。

1.4 模型D

《環境影響評價技術導則 聲環境》[2]的工業噪聲預測計算模式提出，在一定條件下，面源可用處于中心位置的點聲源表示。模型D是在模型B的基礎上，將圖2中的5個面聲源用處于面中心位置的點聲源表示。

根據各面聲源及垂直面聲源大小和高度，衍生出兩種子模型：①模型D1可按主變實際幾何參數進行設置；②模型D2則采用修正過的幾何參數，具體同模型B2。

2 噪聲現場采樣

本文選取采樣對象為某典型500kV變電站，采樣時，背景噪聲低于38dB（A）。噪聲現場采樣內容包括設備聲功率級及衰減特性測定兩部分。其中，聲功率級按《電力變壓器第10部分：聲級測定》[9]推薦的方法進行測定；衰減特性采樣點設置在①邊相主變北側平行于防火墻方向的中心軸線上，②邊相主變西側垂直于防火墻方向的中心軸線上。

3 聲學參數輸入

圖4給出了主變聲功率級測定結果，假定設備表面各質點輻射的噪聲強度相同，各面聲源（或點聲源）的聲功率級大小可根據其所在側面的面積大小，按式（1）進行計算。

各反射面吸聲系數等參數按《特高壓輸電工程變電（換流）站可聽噪聲預測計算及影響評價技術規范》中的建議值進行設定，即防火墻與圍墻吸聲系數為0.06，建筑物表面吸聲系數為0.21，不考慮地面反射（吸收系數為1）。

4 結果分析

圖5給出了采用各模型的預測值與實測值的對比結果。由圖5可知，實測結果受到聲波干涉等因素的影響，使得衰減趨勢呈一定起伏[10]。而模型預測結果是以物理模型為基礎的，因此衰減趨勢較為規則。

為了比較各模型的預測準確性，本文采用歐氏距離來描述實測值與各模型預測值之間的差異，見下式：

式中，ρ表示歐氏距離；Ri表示距防火墻某一距離上的實測值；Pi表示距防火墻相同距離上的預測值；n表示維數（平行于防火墻方向的中心軸線上，本文選用了不同距離上的10個值，因此n=10。垂直于防火墻方向的中心軸線上，本文選用了不同距離上的的6個值，因此n=6）。

按式（2），通過計算分別給出平行和垂直于防火墻方向的中心軸線上，實測值與各模型預測值之間的歐式距離，詳見表1。由表可知，平行和垂直于防火墻方向的中心軸線上，均是實測值與模型C1預測值的歐氏距離最小，說明兩組數據的差異最小，可見C1模型更適用于預測500kV主變近場區噪聲影響。

5 結論

針對各設計或環評單位在變電站噪聲預測過程中所采用預測模型的不一而同的情況，本文基于Cadna/A軟件對500kV變電站主變聲源預測模型開展了研究。結果表明，500kV主變采用C1模型（即多個面聲源建模，并在面聲源內部增加一個建筑物，詳見圖3），實測值與Cadna/A軟件預測值之間的差異較小。由此可見，C1模型更適用于預測500kV主變近場區噪聲影響。

參考文獻：

[1]林旗力，唐蕾，施華彪，等.500kV變電站噪聲控制措施比較研究[J].電力科技與環保，2013，29（6）：4-6.

[2]HJ 2.4-2009，環境影響評價技術導則 聲環境[S].2009.

[3]HJ 24-2014，環境影響評價技術導則 輸變電工程[S].2014.

[4]ISO 9613-2：1996， Acoustics - Attenuation of sound during propagation outdoors - Part 2： General method of calculation[S]. 1996.

[5]Busch T A， Nugent R E. A reduced-scale railway noise barriers insertion loss and absorption coefficients： comparison of field measurements and predictions[J]. Journal of Sound and Vibration， 2003， 267（3）： 749-759.

[6]李雪亮，徐振，周英，王飛，朱庚富，趙剛.1000kV特高壓變電站聲環境影響仿真研究[J].環境工程技術學報，2012，2（3）： 264-270.

[7]國家電網公司.特計劃〔2011〕79號，1000kV輸電工程變電（換流）站可聽噪聲預測計算及影響評價技術規范[S].2011.

[8]鄭玥.變電站噪聲人體主觀感受及其聲調控方法研究[D]. 浙江大學，2011.

[9]GB/T 1094.10-2003，電力變壓器第10部分：聲級測定[S]. 2003.

[10]周兵，陳興旺，翟國慶.1000kV特高壓變電站三相高抗相干聲能聲場分析[J].聲學與電子工程，2013（4）：49-51.

[11]GB/T 17247.2-1998，聲學 戶外聲傳播的衰減第2部分：一般計算方法[S].1998.