基于Cadna/A軟件的500 kV陸上集控中心噪聲影響研究

汪昱昆

(上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434)

1 引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城市化進(jìn)程的不斷加快，用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)，電網(wǎng)大容量高壓交直流電網(wǎng)的建設(shè)成為必然[1～4]，目標(biāo)是形成全國(guó)統(tǒng)一的聯(lián)網(wǎng)工程，從而實(shí)現(xiàn)在全國(guó)范圍內(nèi)的資源優(yōu)化置。隨著高壓集控中心的大量建設(shè)，其電氣設(shè)備產(chǎn)生的噪聲也明顯增大，對(duì)周?chē)h(huán)境的影響愈發(fā)明顯，其噪聲影響越來(lái)越引起建設(shè)單位、環(huán)保部門(mén)和公眾的關(guān)注，已成為急待解決的環(huán)境問(wèn)題[5～7]。這必然導(dǎo)致需要提高變電站噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化集控中心噪聲控制設(shè)計(jì)。 結(jié)合國(guó)內(nèi)某500 kV高壓集控中心的工程特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，基于Cadna/A噪聲預(yù)測(cè)軟件對(duì)集控中心一期及二期站界噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析，結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果和噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)，提出了合理的噪聲治理措施。

2 Cadna/A噪聲預(yù)測(cè)軟件

本次評(píng)價(jià)噪聲預(yù)測(cè)采用聲場(chǎng)仿真軟件Cadna/A，該軟件由德國(guó)DataKustik 公司編制。該軟件主要依據(jù)ISO9613、RLS-90、Schall03等標(biāo)準(zhǔn)，并采用專業(yè)領(lǐng)域認(rèn)可的方法進(jìn)行修正，計(jì)算精度經(jīng)德國(guó)環(huán)保局認(rèn)證。該軟件適用于工業(yè)設(shè)施、公路、鐵路與輸變電設(shè)施等多種聲源的影響、評(píng)價(jià)、工程設(shè)計(jì)與控制對(duì)策研究。在我國(guó)，已取得環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心的認(rèn)證(國(guó)環(huán)評(píng)估中心文[2001]7號(hào))。

3 工程概況

集控中心場(chǎng)址所在區(qū)域地貌形態(tài)簡(jiǎn)單，地形較為起伏，高程在3～8 m間，場(chǎng)地地貌類型單一，地勢(shì)相對(duì)平坦，但場(chǎng)區(qū)局部軟土發(fā)育，綜合評(píng)價(jià)場(chǎng)地穩(wěn)定性一般，適宜陸上集控中心的建設(shè)活動(dòng)。

一期工程主要包括：新增1臺(tái)容量為85 MVA的220 kV三相自耦變壓器、2臺(tái)59 MVar的220 kV高壓電抗器、自耦變壓器35 kV側(cè)母線處裝設(shè)2套±17 Mvar的集裝箱式無(wú)功補(bǔ)償裝置。

二期工程主要內(nèi)容包括：新增2臺(tái)容量均為900 MWA的500 kV三相自耦變壓器、500 kV戶內(nèi)配電裝置、220 kV戶內(nèi)配電裝置、2臺(tái)50 MVar及3臺(tái)55 MVar的220 kV戶內(nèi)高壓電抗器、自耦變壓器35 kV側(cè)母線處裝設(shè)7套±40 MVar的集裝箱式無(wú)功補(bǔ)償裝置。

4 噪聲預(yù)測(cè)

4.1 預(yù)測(cè)方法

本工程集控中心所在區(qū)域聲功能區(qū)為2類區(qū)，因一期工程主變及電抗器等尚未投入運(yùn)行，故本次廠界噪聲預(yù)測(cè)考慮對(duì)陸上集控中心所有噪聲源(一期噪聲源+二期噪聲源)進(jìn)行建模，即按二期與一期工程電氣設(shè)施投運(yùn)后的整體規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)，以廠界外1 m、地面以上1.5 m處的貢獻(xiàn)值作為廠界噪聲的預(yù)測(cè)值。

本次聲環(huán)境敏感目標(biāo)處預(yù)測(cè)值考慮將噪聲現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)值與陸上集控中心所有噪聲源在聲環(huán)境敏感目標(biāo)距地面1.5 m處的貢獻(xiàn)值相疊加，以此作為本工程投運(yùn)后聲環(huán)境敏感目標(biāo)處的噪聲預(yù)測(cè)值。

4.2 預(yù)測(cè)參數(shù)選取

本工程運(yùn)行期噪聲源主要是主變壓器、電抗器、無(wú)功補(bǔ)償水冷散熱器等電氣設(shè)備以及一期主變壓器與電抗器運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲等。根據(jù)設(shè)計(jì)文件提供的主變外形尺寸等，推算二期500 kV主變及220 kV電抗器的聲功率級(jí)分別約為98.5 dB(A)和85.7 dB(A)。二期5臺(tái)220 kV電抗器均采取室內(nèi)單獨(dú)布置，電抗器室東側(cè)為卷簾門(mén)。

根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》(HJ2.4-2009)中附錄A噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算模式，室內(nèi)聲源可采用等效室外聲源聲功率級(jí)進(jìn)行計(jì)算。

4.2.1 室內(nèi)聲源等效室外聲源聲功率級(jí)計(jì)算方法

室內(nèi)聲源靠近卷簾門(mén)處產(chǎn)生的聲壓級(jí)。

電抗室內(nèi)靠近卷簾門(mén)處產(chǎn)生的聲壓級(jí)計(jì)算公式如下：

(1)

式(1)中，Q為指向性系數(shù)，通常對(duì)無(wú)指向性聲源，聲源位于房間中心時(shí)，Q取1；R為房間常數(shù)；r為聲源到靠近卷簾門(mén)某點(diǎn)處的距離，m。

其中，電抗室房間常數(shù)計(jì)算公式如下：

(2)

電抗室平均吸聲系數(shù)α按下式計(jì)算

(3)

式(2)、(3)中，S為房間總表面積，m2；αi為相應(yīng)材料的吸聲系數(shù)；si為相應(yīng)材料的面積，m2。

根據(jù)資料可知，電抗室內(nèi)墻面北側(cè)、西側(cè)、南側(cè)及東側(cè)卷簾門(mén)上方采用吸聲材料，考慮其吸聲效果(α取0.6)；地面與頂部考慮其吸聲效果(α取0.06)。由平面布置圖可知，主變室內(nèi)表面積為785.1 m2，代入式(3)得α=0.40。進(jìn)而計(jì)算得主變室房間常數(shù)R=521.5。

陸上集控中心5個(gè)電抗器布置于5個(gè)電抗室房間中心，每個(gè)電抗室東側(cè)為卷簾門(mén)(單個(gè)面積7 m×7 m)，電抗到卷簾門(mén)的距離約為3.5 m，計(jì)算可得單個(gè)電抗器到卷簾門(mén)處(電抗室內(nèi))產(chǎn)生的噪聲聲壓級(jí)Lp1=67.2 dB(A)。

4.2.2 室外靠近卷簾門(mén)處聲壓級(jí)

電抗室外靠近卷簾門(mén)處聲壓級(jí)計(jì)算公式為：

Lp2(T)=Lp1(T)-(TLi+6)

(4)

將室內(nèi)聲源的聲壓級(jí)和透過(guò)面積換算成等效的室外聲源，按下式計(jì)算中心位置位于透聲面積(St)處的等效聲源的倍頻帶聲功率級(jí)：

Lw=Lp2(T)+10lgSt

(5)

電抗室東側(cè)卷簾門(mén)消聲量按5 dB(A)計(jì)，可得電抗室外處聲壓級(jí)Lp2(T)=56.2 dB(A)，等效的倍頻帶聲功率級(jí)Lw=73.1 dB(A)。

陸上集控中心主要噪聲源強(qiáng)如表1所示。

表1 集控中心主要噪聲源強(qiáng)一覽

陸上集控中心主要噪聲源與四周廠界距離見(jiàn)表2。

建筑物在聲學(xué)建模中起到聲屏障的作用，其高度直接影響聲學(xué)計(jì)算結(jié)果。陸上集控中心運(yùn)維樓、宿舍樓、220 kV配電裝置樓、500 k VGIS室、圍墻與防火墻等建筑物高度見(jiàn)表3。

表2 本工程主要噪聲源強(qiáng)距四周廠界距離

表3 本工程內(nèi)主要建筑物高度一覽

4.3 未采取降噪措施時(shí)的噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果

采取降噪措施前廠界噪聲預(yù)測(cè)等聲級(jí)曲線見(jiàn)圖1，廠界噪聲預(yù)測(cè)值見(jiàn)表4。

圖1 采取降噪措施前噪聲預(yù)測(cè)等聲級(jí)曲線圖

表4 采取措施前廠界噪聲排放預(yù)測(cè)結(jié)果 dB(A)

由表4可知，北廠界偏西處、北廠界偏東處、西廠界偏北處夜間噪聲預(yù)測(cè)值分別為54.5 dB(A)、53.8 dB(A)、53.1 dB(A)，超過(guò)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)2類標(biāo)準(zhǔn)4.5 dB(A)、3.8 dB(A)、3.1 dB(A)。因此，需要對(duì)陸上集控中心噪聲采取降噪措施，以保證廠界噪聲達(dá)標(biāo)。

5 采取的噪聲治理措施及效果

5.1 優(yōu)化平面布置

經(jīng)與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位溝通將布置于場(chǎng)地西北角戶外布置的電抗器置入室內(nèi)布置。

5.2 采取隔聲屏障措施

經(jīng)與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，在保證主變安全運(yùn)行的前提下，本報(bào)告采取對(duì)本工程主變周?chē)友b可拆卸式隔聲屏的降噪措施，具體描述見(jiàn)表5，隔聲屏障布置見(jiàn)圖2。采取降噪措施后，廠界噪聲預(yù)測(cè)建模圖見(jiàn)圖3，廠界噪聲預(yù)測(cè)等聲級(jí)曲線圖見(jiàn)圖4，廠界噪聲預(yù)測(cè)值見(jiàn)表6。

表5 隔聲屏障尺寸及材料

圖2 隔聲屏障布置

圖3 廠界噪聲預(yù)測(cè)建模

由表6可知，陸上集控中心四周廠界噪聲預(yù)測(cè)值可滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該擬建的500 kV高壓集控中心的噪聲源分析、噪聲分布預(yù)測(cè)結(jié)果分析及噪聲控制方案比選，集控中心采取“電抗器戶內(nèi)布置+安裝隔聲屏”控制方案后，一期、二期場(chǎng)地噪聲均能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。可見(jiàn)，在設(shè)計(jì)階段利用Cadna/A軟件對(duì)500 kV高壓集控中心噪聲影響進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，可以評(píng)價(jià)高壓集控中心噪聲的污染狀況，為建設(shè)項(xiàng)目的可行性提供相關(guān)的依據(jù)，并為環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供更多的技術(shù)支持。

圖4 采取降噪措施后噪聲預(yù)測(cè)等聲級(jí)曲線

表6 降噪措施后廠界噪聲排放預(yù)測(cè)結(jié)果 dB(A)