山區大型變電站噪聲預測優化方法

嚴青 張超

摘要：我國大型山區變電站噪聲預測存在地形處理粗糙、噪聲預測耗時長、聲源簡化程度大等問題，為解決這些問題，提出了三種噪聲預測優化方法，包括基于土石方平衡圖的地形分區修正技術、構建噪聲接受點進行噪聲計算、對大型變電站將主要聲源簡化為體聲源。通過應用噪聲預測優化方法，可有效解決山區大型變電站預測過程中存在的問題，縮短噪聲預測耗時，提高噪聲預測的準確率。

關鍵詞：大型變電站;山區;地形修正;噪聲預測;優化

中圖分類號：X839 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）12-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.061

Refining methods of noise prediction of large-scale substations in mountain regions

Yan Qing1，Zhang Chao2

（1.Sichuan Electric Power Design&Consulting Co.，Ltd.，Chengdu Sichuan 610041，China;

2.Environmental Engineering Assessment Centre of Tibet，Lhasa Tibet 850000，China）

Abstract：In order to tackle the problems in noise prediction of domestic large-scale substations in mountain regions such as inaccuracy of contour disposal， time-consuming noise calculation and being oversimplified of sources，three refining methods were proposed，including partition correction technique based on earthwork balance diagram，building noise receivers and simplifying main sources as volume sources.It reveals that he problems can be tackled effectively by applying the refining methods， which， moreover，will shorten the time of noise prediction and promote accuracy rate of prediction.

Key Words：Large-scale substations;Mountain regions;Terrain correction;noise prediction;Refining methods

噪聲預測是制定噪聲污染防治措施的重要依據和手段，對于220kV及以下電壓等級的變電站，占地面積較小，地形往往較平坦，噪聲預測時僅需要進行簡單的場地平整便可開展后續的聲源設置、網格計算等步驟。但是對于500kV及以上電壓等級的變電站或換流站，占地面積較大，站址處地形不平坦，尤其是位于山區時，地形地貌更復雜，簡單的場地平整不能完全構造出局部特殊地形。同時大型變電站面積較大、聲源較多、地形復雜，網格計算速度較慢，尤其是當計算多個工況時，耗時更長，如對一個位于山區的±800kV換流站進行噪聲預測及方案制定時，其整套流程耗時甚至可達3～5d。大型變電站通常仍按照低電壓等級變電站的聲源簡化方式進行預測，未考慮聲源的實體大小，無法反映真實的噪聲傳播情況。

鑒于以上問題，本文基于Cadna/A軟件，從噪聲預測的全過程出發，提出了位于山區大型變電站的噪聲預測優化方法。

1 大型變電站的地形處理優化方法

以一個位于山區、地形復雜的500kV變電站為例，根據變電站的土石方平衡圖，變電站進行站內平整后，站外存在多處局部位置地勢高于或低于站內地坪，故需要修筑填方邊坡[1]、加筋擋土墻[2]或挖方邊坡等設施，且各處邊坡的放坡系數等參數均不一致，尤其是在圖1中的位置1處，站內地坪和站外邊坡之間高差達5m，局部三維圖、平面圖分別見圖2、圖3，其余位置高差均低于5m。若按照Cadna/A中的常規地形處理方式，即“Fit DTM to Object”，則會將整個變電站的四周進行統一規則的邊坡處理，勢必會造成處理后的邊坡簡化程度較大，與土建工程設置的實際邊坡情況不一致。

根據賈凡等人研究，站外地勢高低對噪聲預測有著重要的影響[3-4]，當站外地勢低于站內時，會增大噪聲向外傳播的能量衰減;而當站外地勢高于站內時，則可將站外地勢高處作為天然屏障，則圍墻與天然屏障之間存在一個多次反射混響區，在這個區域噪聲會增強。因此對變電站進行統一規則的邊坡處理，則會導致噪聲預測結果偏離實際情況，造成預測誤差，進而影響噪聲控制措施的有效性。

為解決上述問題，本次提出基于土石方平衡圖的地形分區修正技術，具體來說包括以下幾個步驟：（1）通過土石方平衡圖，獲取站外邊坡的連續地形高程數據;（2）以其中一處邊坡規則的區域為基準（如本例中的變電站北側），利用“Fit DTM to Object”工具進行首次場地統一平整，設置規則邊坡的放坡系數;（3）根據各個局部區域邊坡的實際高程數據建立地形線（Contour line），并按照土建工程的實際邊坡情況逐個修正邊坡。

修正完成后，可通過三維視圖（見圖2）和截面視圖（Vertical grid，見圖4）查看各邊坡情況。

為避免在這個區域測量噪聲造成超標，通常建議將圍墻設置在天然屏障位置。由圖3、圖4可知，圍墻和邊坡之間存在噪聲反射增強區，為避免在圍墻外1m處設置噪聲監測點引起噪聲超標，通常建議將圍墻設置在挖方邊坡處，但在本例中，圍墻和邊坡之間的區域較狹窄，若將圍墻設置在邊坡處，則圍墻基礎勢必會超出征地紅線，故本例圍墻不具備設置在邊坡上的條件，但圖5中的某換流站則將圍墻設置在挖方邊坡上。

2 大型變電站的噪聲計算優化方法

2.1 縮短噪聲預測耗時

對于500kV及以上電壓等級的變電站而言，尤其是換流站，站內聲源類型和數量較多，如某500kV變電站的聲源見圖6，某±800kV換流站的聲源見表1。

對于大型變電站來說，由于站址處地形因素復雜、起伏較大、聲源較多、變電站占地面積較大、站內障礙物較多等因素綜合影響，導致變電站網格預測的速度較慢，制定噪聲控制措施的耗時長。而制定噪聲控制措施的首要問題是確定導致超標的聲源和出現超標的區域，以便有針對性地從源頭處或從噪聲傳播途徑上采取措施[5]。為此，本次提出縮短噪聲計算耗時的方法，具體如下：（1）在未采取任何噪聲控制措施條件下進行建模，預測站界及站外敏感目標處的噪聲，初步掌握站內外噪聲分布情況;（2）在站界（圍墻外1m處）均勻布置或在超標區域適當加密布置噪聲接受點（見圖7），計算各接受點的噪聲值，針對其中的超標接受點，找到各聲源對超標點位的貢獻量，進而對其中影響較大的聲源或其傳播途徑采取降噪措施[6];（3）采取相應的措施（如聲屏障措施）后，重新計算各接受點的噪聲值，若仍有超標現象，則繼續對噪聲控制措施進行調整，直至各接受點噪聲達標;（4）待各接受點噪聲達標后，設置網格計算區域，計算大區域范圍內的噪聲等聲級線分布情況，若計算結果顯示仍有局部區域存在超標現象，則進行相應的微調。上述預測方法的優點在于，避免了重復對大區域進行噪聲等聲級線網格計算，在噪聲控制措施調整過程中僅計算各噪聲接受點的噪聲值，計算程序相對簡單，極大地縮短了大型變電站各工況的噪聲計算耗時。

2.2 變電站聲源簡化設置方法

對于110kV、220kV變電站來說，站內主要聲源為主變、高抗等，聲源平面尺寸及高度通常不超過10m，且變電站占地面積較小，近聲場區域較小，因此噪聲預測時可將聲源簡化設置為點源或面源。但是對于500kV及以上電壓等級的變電站、換流站而言，一體式主變、換流變等設備尺寸往往超過15m，且為滿足遠距離輸送的要求，會在靠近圍墻處設置多組高壓電抗器[7]，故近聲場區域較大，鑒于近聲場中體聲源較面聲源、點聲源衰減慢[8]，故對大型變電站，應將主要聲源簡化設置為與實體設備相當的體聲源，更符合實際聲傳播規律。

3 結語

本文針對山區大型變電站噪聲預測過程中出現的問題，提出了基于土石方平衡圖的地形分區修正技術，能構造與土建工程相一致的邊坡，通過構建噪聲接受點進行噪聲計算，能極大地縮短噪聲計算耗時，為使近聲場、遠聲場的噪聲分布情況更符合實際聲傳播規律，對大型變電站應將主要聲源簡化設置為體聲源。通過應用上述噪聲預測優化方法，可有效解決山區大型變電站預測過程中存在的問題，縮短噪聲預測耗時，提高噪聲預測的準確率。

參考文獻

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[8]嚴青，佟如意，何清懷，等.500kV變電站簡化噪聲源衰減特性研究[J].四川電力技術，2018，41（2）：60-62.

收稿日期：2020-10-10

作者簡介：嚴青（1988-），女，工程師，碩士研究生，研究方向為環境污染防治、環境影響評價。