隔聲屏障在變電站降噪中的應用

彭 飛，陳凌琦，石雪梅，萬 磊

(國網安徽省電力有限公司建設分公司，安徽 合肥 230071)

500 kV超高壓變電站作為省區電網骨干網架，其負荷大、數量多且多為露天變電站，在區域聯網供電方面具有重要作用，僅安徽省境內就有30余座500 kV變電站。電氣設備運行產生的噪聲會無遮擋地傳播，給變電站廠界、臨近居民帶來一定的環境污染；許多住宅等噪聲敏感建筑物臨近露天變電站，噪聲對附近居民影響明顯，容易引發噪聲污染導致的環境矛盾，這已成為電網被投訴的焦點之一[1]。目前，針對變電站噪聲污染問題，主要的降噪措施有：優化平面位置(包括改造變電站)；優化設備選型；降噪改造聲源設備；控制聲源傳播途徑等。

為滿足環境保護要求，降低變電站噪聲對附近敏感點的影響，某工程需采取必要措施進行降噪。考慮到該工程為新建變電站，平面布置、設備選型、設備改造、聲源傳播途徑對變電站周圍噪聲環境影響較大，但聲源設備降噪由于改造效果有限，并且易對運行設備造成影響[2]，暫不考慮聲源設備降噪改造措施。本文將重點研究聲源傳播途徑控制措施，其中，在廠界處設置隔聲屏障是非常有效的噪聲控制措施。在變電站圍墻上方設置隔聲屏障，可大幅度降低站內噪聲對周圍環境的污染。本文利用 Cadna/A 軟件，以某 500 kV變電站為例，探討變電站隔聲屏障的參數設計和隔聲效果，為省內乃至全國的500 kV變電站的噪聲治理提供參考。

1 變電站概況和噪聲源特性

1.1 變電站概況和平面布置

以目前在建的阜三500 kV變電站新建工程為例，站址位于安徽省阜陽市阜南縣，總占地面積3.7 km2，圍墻內面積3.42 km2，圍墻總長776 m，高2.3 m。本期新建1 000 MVA 主變壓器2組、500 kV出線間隔4個、220 kV出線間隔8個、2×60 MW低壓電抗器2組；終期規模包括1 000 MVA主變壓器4組、500 kV出線間隔8個、220 kV出線間隔16個、3×60 MW低壓電抗器4組、1×60 MW低壓電容器4組。500 kV區域采用國內先進的復合式氣體絕緣組合電器(Hybrid Gas Insulated Switchgear, 簡稱HGIS) 設備方案，220 kV區域采用國內先進的氣體絕緣全封閉組合電器(Gas Insulated Switchgear, 簡稱GIS) 設備方案。變電站的平面布置如圖1所示。站址涉及一處聲源敏感目標，位于變電站東北側，為一戶苗木看護房，1層平頂板房。

圖1 變電站本期/遠期規模效果

廠界噪聲評價范圍在廠界外1 m處，環境噪聲評價范圍在圍墻外200 m內。變電站站界執行GB 12348—2008[3]中的2類環境標準要求，即晝間≤60 dB(A)，夜間≤50 dB(A)。運行前新建阜三500 kV變電站站址處晝間噪聲測試值為42.5～43.8 dB(A)，夜間噪聲測試值為 39.5～40.8 dB(A)，滿足聲環境GB 3096—2008[4]中的2類標準要求。變電站附近噪聲敏感目標處晝間噪聲測試值為44.1 dB(A)，夜間噪聲測試值為42.7 dB(A)，滿足GB 3096—2008[4]中的2類標準要求。

1.2 噪聲源特性

變電站內主要聲源有主變壓器和油浸式低壓電抗器，主變壓器采用單相自耦式主變。聲環境影響預測，一般采用聲源的倍頻帶聲功率級、A聲功率級或靠近聲源某一位置的倍頻帶聲壓級、A聲級來預測計算距聲源不同距離處的聲級。該變電站聲源均為室外聲源，擬采用聲功率級來預測計算距聲源不同距離處的聲級。

2 數值分析

采用通用噪聲預測軟件Cadna/A[5]進行建模分析，研究在圍墻上安裝隔聲屏障來降低噪聲的效果。

2.1 源強簡化和聲源分布效果

根據技術導則[6-7]，可將本工程主變壓器簡化為垂直于地面的面聲源，聲源高度4.2 m，聲功率級95.5 dB(A) ；油浸式低壓電抗器簡化為點聲源，聲源高度1.9 m，聲功率級96.5 dB(A),聲源分布效果如圖2所示。其中，主變壓器本期規模為2號、4號主變，遠期規模1～4號主變；電抗器本期規模為4、5、6、10、11、12號，遠期為1～12號。

圖2 聲源分布效果

主變壓器設計尺寸為7.5 m×7.1 m× 4.2 m，油浸式低壓電抗器尺寸為6.6 m×4.2 m×3.7 m。主變壓器防火墻長12.5 m，高8.2 m；低壓電抗器防火墻長11 m，高5.6 m；主控樓高4.7 m；圍墻高度2.3 m。變電站圍墻外200 m噪聲評價范圍內涉及1處噪聲敏感目標， 即變電站東北側的苗木看護房。因此，采取廠界噪聲達標措施前，面向居民點的東北、東南廠界噪聲預測點高度為圍墻上方0.5 m處，即預測高度2.8 m，其余兩側廠界噪聲預測點以及居民點預測點高度為1.5 m，網格點高度為1.5 m；采取廠界噪聲達標措施后，廠界噪聲預測點、居民點預測點及網格點高度均為1.5 m。

2.2 相對位置關系

主要噪聲源與廠界、敏感目標之間的相對位置關系如表1所示。

2.3 預測結果

本期規模運行噪聲等級線圖(降噪前)如圖3所示。

在降噪措施實施前，變電站本期規模下，東北側、西北側廠界的噪聲超過GB 12348—2008[3]中的2類標準要求； 阜三變電站終期規模下，東北側、東南側、西北側廠界噪聲不滿足GB 12348—2008[3]中的2類標準要求，詳見表2。因此，需要采取降噪措施，廠界外超標范圍內無居民住宅。

變電站終期規模運行噪聲等級線圖(降噪前)

表1 主要噪聲源與廠界、敏感目標的相對位置關系 m

表2 降噪措施前后廠界點、敏感點噪聲對比表 dB(A)

圖3 本期規模運行噪聲等級線圖(降噪前)

如圖4所示。在降噪措施實施前，變電站投運后在本期規模、終期規模下，周圍噪聲敏感目標處的噪聲預測值均滿足GB 3096—2008[4]中的2類標準要求。

圖4 變電站終期規模運行噪聲等級線圖(降噪前)

3 降噪措施和效果評價

3.1 降噪措施

根據分析可知，噪聲源和隔聲屏障設計對變電站降噪效果影響較大。針對上述影響因素提出以下降噪措施。

(1)提高設備制造水平，降低各設備運行噪聲值，500 kV主變壓器總聲功率級不得高于95.5 dB(A)，油浸式低壓電抗器總聲功率級不得高于96.5 dB(A)。

(2)加高變電站超標廠界區域圍墻及設置隔聲屏障，其中：1～2段圍墻+隔聲屏障總高4.5 m(聲屏障2.0 m)，長370 m；3～4段圍墻+隔聲屏障總高4.5 m(聲屏障2.0 m)，長100 m。聲屏障的隔聲量≥20 dB(A)。降噪措施平面布置示意圖見圖5。

圖5 變電站降噪措施平面布置示意

3.2 降噪結果

采取降噪措施后，變電站廠界噪聲及噪聲敏感目標噪聲預測結果見表2，本期規模下噪聲預測等級線圖(降噪后)見圖6，遠期規模下噪聲預測等級線圖(降噪后)見圖7。

圖6 本期規模噪聲預測等級線圖(降噪后)

圖7 遠期規模噪聲預測等級線圖(降噪后)

3.3 可行性評價

將降噪前后變電站廠界、敏感點噪聲值分別進行對比可知，采用了加高圍墻+聲屏障的降噪措施后，廠界、敏感點的噪聲值均有所下降，最大降噪達16.2 dB(A)。在降噪后，變電站廠界噪聲達標，噪聲敏感點處聲環境質量達標，即采用加高圍墻+聲屏障的降噪方法是可行有效的。

4 方案實施

采用在聲源朝向敏感點一側廠界圍墻安裝隔聲屏障的治理方式，聲屏障平面總長度為468.75 m，圍墻上方高度2 m。聲屏障具體立面構成見圖8。屏障主體結構由下法蘭預埋件、鋼結構框架及吸隔聲模塊3部分組成。

圖8 聲屏障立面

(1)預埋件。預埋件采用250 mm×300 mm×10 mm鋼板上焊接4根M20規格長度600 mm的螺栓，螺栓底部折彎成U型，鋼板安裝平面與柱頂標高相同。

(2)鋼框架。屏障立柱采用熱軋HW125×125型鋼制作，柱腳焊接250 mm×300 mm×20 mm厚鋼板法蘭(可開條形孔避免安裝時與下法蘭的錯位)，立柱中心跨度可選3 500 mm或1 750 mm。根據當地情況，選擇各立柱柱腳和柱頂拉結連梁，以保證結構的穩定性，連梁亦采用型鋼制作。所有鋼構件表面均進行防腐處理。

(3)吸隔聲模塊。吸隔聲模塊采用噴塑工藝制作，屏障整體采用插片式結構，采用螺栓固定。模塊采用平面吸聲模塊，模塊性能如下：隔聲結構，在125～4 000 Hz頻段的1/3倍頻程中心頻率的隔聲量均大于15 dB，計權隔聲量大于25 dB(A)；吸聲結構，在100～5 000 Hz頻段的1/3倍頻程中心頻率平均吸聲系數均大于0.8。

聲屏障實施效果如圖9所示。

圖9 聲屏障效果圖

5 結語

本文利用Cadna/A軟件精確并快速計算擬建變電站廠界噪聲貢獻值，確定擬建項目噪聲防治措施，確保了噪聲達標。通過采用優化設備選型、主變壓器和電抗器側防火墻設計、圍墻上增加隔聲屏障等降噪措施可以滿足噪聲控制要求。在隔聲屏障模擬時，通過分析降噪前后本期、遠期規模下的變電站噪聲預測等級線分布，明確了隔聲屏障方案可有效降噪，充分滿足廠界和敏感目標的噪聲控制標準要求，達到了環保要求。隔聲屏障的方案實施可為后續新擴建變電站工程實際應用提供借鑒。