特高壓換流站噪聲控制設計研究

魯 偉，高 湛，張 華，關林坤

(中國電力工程顧問集團中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

0 引言

1997年3月，《中華人民共和國環境噪聲污染防治法》正式施行，這對工程設計和建設等方面提出了更為嚴格的要求。2008年10月，GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》和GB 3096—2008《聲環境質量標準》正式施行，為換流站和變電站的廠界噪聲排放限值和聲環境評價提出了具體要求[1-2]。

在我國建成投運的±500 kV換流站工程中，各種電氣設備運行時產生的噪聲會導致廠界及站區周圍環境噪聲水平增高，有的工程因噪聲超標對站區附近居民造成了干擾。然而，這種噪聲超標后再進行治理的工程，限制條件較多、治理難度較大、治理費用較高。

相比于±500 kV換流站工程，±800 kV特高壓換流站工程設備的電壓等級更高、額定電流更大、幾何高度更高，導致設備本體噪聲更大、傳播范圍更廣、噪聲影響更顯著。因此，在特高壓換流站工程建設初期開展噪聲分析和控制研究工作顯得尤為重要,該工作有利于降低噪聲治理的難度、減小投資、獲得最佳的治理效果，做到經濟建設高質量發展和生態環境高水平保護的和諧統一。

1 特高壓換流站噪聲控制標準

特高壓換流站進行噪聲分析和控制方案設計前，需要先明確相應的噪聲控制標準。

對于已獲得環評批復文件的工程，應按批復的噪聲控制標準執行。對于尚未獲得環評批復文件的新建工程，噪聲控制標準可參考環評報告的建議。對于尚未獲得環評批復文件的擴建工程，可參考前期工程環評批復文件或本期擴建工程環評報告的建議執行。

若無環評報告，廠界噪聲可暫執行GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類標準(白天60dB(A)，晚上50dB(A))；站外聲環境噪聲可暫執行GB 3096—2008《聲環境質量標準》2類標準(白天60dB(A)，晚上50dB(A))；站外敏感點噪聲執行1類標準(白天55dB(A),晚上45dB(A))。待收到環評報告或環評批復文件后，再按相關噪聲控制標準執行。

2 特高壓換流站噪聲控制設計流程

目前，國內常運用噪聲計算軟件SoundPLAN和Cadna針對特高壓換流站進行噪聲控制設計，其主要流程為：

a.明確換流站噪聲控制標準；b.建立噪聲計算模型；c.噪聲計算及廠界和敏感點處噪聲評價；d.噪聲控制方案設計；e.更新噪聲計算模型；f.噪聲計算及廠界和敏感點處噪聲評價，重復上述步驟d～f，直至滿足噪聲控制標準。

由此可見，噪聲計算和控制方案設計的基礎是噪聲計算模型的建立。

2.1 地形模型的建立

在建立地形模型時，需要根據站址區域環境特征(是否有敏感點)和環評報告確定噪聲評價范圍(一般以建設項目邊界向外200 m為評價范圍)[3]，從而確定地形模型的范圍。

對于位于地形平坦地區的工程，可將地形模型簡化為平面，以提高計算效率、節約機時。對于位于地形起伏較大地區的工程，應將根據勘測資料導入軟件建立地形模型。

2.2 幾何模型的建立

特高壓換流站的布置通常有閥廳背靠背布置和閥廳一字形布置兩種形式。在進行總平面布置時，從噪聲控制的角度，優化布置站內主要噪聲源，從源頭上抑制噪聲向廠界和站外傳播，以降低噪聲控制的難度和成本[4]。

1)閥廳背靠背布置的特高壓換流站將24臺換流變壓器分成4組，每2組面對面，全部布置在閥廳之間，詳見圖1。閥廳背靠背布置將閥廳作為天然聲屏障，形成范圍較大的聲影區，抑制了換流變噪聲向站外敏感點和交流濾波器場方向的傳播，阻止了換流變和交流濾波器場設備噪聲相互疊加[5]，有效地減小了站內噪聲對廠界和站區周圍環境的影響，降低了噪聲控制的難度；

圖1 閥廳背靠背布置

2)閥廳一字形布置的特高壓換流站將24臺換流變壓器分成4組，一字形布置，詳見圖2。閥廳一字形布置將閥廳作為天然聲屏障，形成范圍較大的聲影區，抑制了換流變噪聲向直流場及該側站外方向的傳播；

圖2 閥廳一字形布置

3)交流濾波器場集中布置并遠離站前區，交流濾波器場噪聲經過更遠距離的衰減后，減小了對站前區的影響[6]。便于集中采用降噪措施，降低費用；

4)500 kV GIS配電裝置室布置在換流站一側，作為天然聲屏障，有效地抑制噪聲向該側廠界的傳播，使該側廠界和附近敏感點噪聲更容易達標。

2.3 圍墻模型的建立

設置和加高圍墻、設置圍墻上聲屏障是特高壓換流站常用的噪聲控制方案。圍墻的布置對上述措施的噪聲控制效果有著較大影響。

通常而言，特高壓換流站圍墻由總圖專業根據總平面布置確定，為減少用地、節約投資、滿足電力工程項目建設用地指標要求，一般將邊坡布置在圍墻外側、圍墻靠近站內布置。然而，位于地形起伏較大地區的工程，常常存在較高的挖方邊坡，此時若仍將挖方邊坡布置在圍墻外側(此時圍墻布置在挖方邊坡坡腳)，挖方邊坡坡頂以外區域的環境噪聲有時難以達標。此時，宜將圍墻布置在挖方邊坡坡頂，該方案可擴大相同高度圍墻和聲屏障的聲影區范圍、提高降噪效果。

通常而言，墻體反射損失系數為0.27、吸聲系數為0.02；隔聲屏障反射損失系數為4.0，吸聲系數為0.7。

2.4 聲源模型的建立

特高壓換流站主要噪聲源有換流變壓器及其冷卻風扇、平波電抗器、橋臂電抗器、交流濾波電抗器和電容器、直流濾波電抗器和電容器、閉式冷卻塔、空冷器、調相機變壓器等[7-8]。

在可研和初步設計階段，相關設備并未招標，此時聲源模型的建立可根據DL/T 5526—2017《換流站噪聲控制設計規程》[9]和相關工程經驗預估設備噪聲水平作為計算輸入。需要注意的是，工藝專業在編寫技術規范書時，設備的噪聲水平要求不宜高于噪聲計算的輸入，否則應按技術規范書的要求重新復核噪聲控制方案。

對于含遠期設備設備的工程，設計本期降噪措施時，宜考慮遠期設備的影響，本期建設時，對于總高度不高的圍墻或聲屏障可一次性建成，對于總高度較高的區域，在本期噪聲達標的前提下建設框架圍墻并預留遠期加設聲屏障的條件。

3 ±1 100 kV古泉換流站噪聲計算

±1 100 kV古泉換流站是國家電網公司構建“全球能源互聯網”、建設堅強電網的創新引領工程的重要組成部分，是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最遠、技術水平最高的特高壓直流輸電工程。

根據國家環保部關于±1 100 kV古泉換流站的環評批復文件[10]，±1 100 kV古泉換流站廠界噪聲應符合GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類標準，同時確保換流站周圍居民區噪聲符合GB 3096—2008《聲環境質量標準》相應功能區要求。由于換流站設備晝間和夜間發出的噪聲聲級相同，因此換流站廠界環境噪聲限值白天、晚上均按50dB(A)控制。±1 100 kV古泉換流站總平面布置及周圍敏感點分布詳見圖3。

圖3 站總平面布置及周圍敏感點分布圖

3.1 設備噪聲源及主要建筑物高度

設備噪聲源及主要建筑物高度詳見表1和表2。

表1 設備噪聲源聲功率級及高度

表2 主要建筑物高度

3.2 不采取降噪措施時的噪聲計算

用噪聲預測軟件SoundPLAN對±1 100 kV古泉換流站進行噪聲計算，首先計算不采取任何降噪措施時的噪聲分布，詳見圖4。

圖4 未采取降噪措施時噪聲分布圖

由圖4可知，廠界噪聲最大為66～68dB(A)，超過GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類夜間50dB(A)的限值標準；廠界外噪聲超過GB 3096—2008《聲環境質量標準》2類夜間50dB(A)的限值標準；交流濾波器場附近的噪聲基本在70～72dB(A)左右，直流場附近噪聲在64～66dB(A)左右；而最嚴重的換流變壓器附近區域的噪聲超過了80dB(A)，綜合樓附近噪聲最大達到70～72dB(A)。如不采取降噪措施，其噪聲對站內運行人員和周圍環境影響都較大。

3.3 僅設置BOX-IN時的噪聲計算

由于±1 100 kV古泉換流站處于2類環境地區，且噪聲敏感點離廠界較近，根據以往工程經驗，針對±800 kV及以上換流變需采取設置BOX-IN(隔聲量20dB(A))的方式，即采用可拆卸式和帶有通風散熱消聲器的隔音室把換流變壓器本體封閉起來，冷卻風扇放在隔音室外面，可有效控制換流變噪聲的傳播。

由圖5可知，±1 100 kV古泉換流站換流變壓器采取BOX-IN后，500 kV交流濾波組北側和東側附近部分廠界噪聲為54～56dB(A)，1 000 kV交流濾波組北側及站址東側附近部分廠界噪聲為56～58dB(A),均超過了《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2類夜間50dB(A)的限值標準。因此僅對換流變采取BOX-IN降噪措施還不能滿足±1 100 kV古泉換流站噪聲達標的要求。

圖5 僅設置BOX-IN時噪聲分布圖

3.4 設置BOX-IN和隔聲屏障時的噪聲計算

為了使廠界和周圍環境噪聲達標，并盡量減小站內噪聲，在換流變設置BOX-IN的同時，還需要從控制傳播途徑上采取進一步的降噪措施。在廠界超標的區域加高圍墻和聲屏障，降噪措施詳見圖6。采取該降噪措施后的噪聲分布見圖7。

圖6 降噪措施示意圖

圖7 采取降噪措施后的噪聲分布圖

由圖7可知，±1 100 kV古泉換流站采取上述降噪措施后，廠界和周圍環境噪聲噪聲低于50dB(A)，滿足《工業企業廠界環境噪聲排放標準》和《聲環境質量標準》2類夜間50dB(A)限值的要求。

4 ±1 100 kV古泉換流站噪聲計算與實測對比

4.1 噪聲實測工況

2019年10月，對±1 100 kV古泉換流站廠界噪聲進行實測，噪聲接收點布置詳見圖8。測試當天的運行工況為：雙極四換流器大地回線方式運行，輸送功率 4 000 MW。1 000 kV 交流系統：所有開關運行、兩條交流出線運行；1 000 kV 交 流 濾 波 器 ：T614、T615、T621、T626交流濾波器運行；其余交流濾波器熱備用；500 kV交流系統：所有開關運行、六條交流出線運行；500 kV交流濾波器：5632、5633、5651、5652交流濾波器運行；其余交流濾波器熱備用。24臺換流變壓器全部投運，其BOX-IN的頂板和端板未安裝。

圖8 ±1 100 kV古泉換流站噪聲接收點布置圖

4.2 噪聲計算與實測對比

根據實測時的工況，建立相應的噪聲計算模型，模型中僅包含實際投運的主要設備(24臺換流變壓器、BOX-IN的頂板和端板未安裝、8組交流濾波器)，其余未投運的交流濾波器組和設備不予考慮。

表3中的對比結果表明，站區大部分接收點處噪聲計算值大于實測值，部分接收點處噪聲計算值小于實測值，其可能的原因：計算軟件的誤差；計算與實測兩種情況下接收點的定位存在一定的誤差；實測包含一定的背景噪聲和其他因素的干擾等。

表3 噪聲接收點處聲壓級dB(A)

綜合對比結果，噪聲計算與實測結果的噪聲分布和傳播趨勢基本一致。在一段區域內，最大噪聲計算值不小于實測值，因此，針對特高壓換流站進行噪聲計算和噪聲控制方案設計時，宜根據噪聲區域分布情況，在區域內進行包絡設計：即在區域內以噪聲計算的峰值不超過噪聲控制標準作為噪聲控制方案的設計依據。

5 結論

1)本文結合相關工程經驗，總結了特高壓換流站噪聲分析流程。

按照本文總結的噪聲分析流程，以±1 100 kV古泉換流站為工程背景，通過SoundPLAN軟件進行噪聲計算，并結合廠界噪聲實測數據，進行對比分析，得到如下結論：

噪聲計算與實測結果的噪聲分布和傳播趨勢基本一致。在一段區域內，最大噪聲計算值不小于實測值，根據噪聲計算結果進行噪聲控制方案設計時，宜根據噪聲區域分布情況，在區域內進行包絡設計。