基于無(wú)功補(bǔ)償裝置的220 kV 戶內(nèi)變電站噪聲分析

費(fèi) 彬，闕云飛，陳璞金，孔令風(fēng)，周 翼，林 炬*

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司無(wú)錫供電分公司，江蘇 無(wú)錫 214000；2.江蘇輻環(huán)環(huán)境科技有限公司，南京 210019；3.江蘇通凱生態(tài)環(huán)境科技有限公司，南京 210019）

在電力供應(yīng)系統(tǒng)中利用無(wú)功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)、降低供電變壓器及輸電線路的損耗。使用無(wú)功補(bǔ)償可以提高系統(tǒng)的供電效率，改善供電環(huán)境。無(wú)功補(bǔ)償在整個(gè)供電系統(tǒng)中起著非常重要的作用。合理地選擇補(bǔ)償裝置,可以最大限度地減少電網(wǎng)的損耗,提高供電質(zhì)量[1-3]。無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVG）是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償[4-5]。SVG 由3 個(gè)基本功能模塊構(gòu)成：檢測(cè)模塊、控制運(yùn)算模塊及補(bǔ)償輸出模塊[6-8]。裝置組成有控制柜的主要器件開(kāi)關(guān)器, 主要為起動(dòng)主回路的投切；緩沖器件，為起動(dòng)模塊充電時(shí)的母線緩沖；存在數(shù)據(jù)采集器件，起到開(kāi)關(guān)量、模擬量采集；控制箱，作用為起動(dòng)數(shù)據(jù)處理；邏輯控制器，起到邏輯控制的作用；人機(jī)界面，可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與顯示及對(duì)波形進(jìn)行記錄；二次電源系統(tǒng)，對(duì)電源進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定；功率柜的主要器件有功率單元，根據(jù)信號(hào)級(jí)聯(lián)成特定幅值及相位的電壓；強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，對(duì)模塊單元強(qiáng)制冷卻；電抗器柜的主要器件是電抗器，實(shí)現(xiàn)無(wú)功電源源的并網(wǎng)并對(duì)電流濾波[9]。其工作時(shí)冷卻方式分為風(fēng)冷和水冷2 種。風(fēng)冷式SVG 主要是利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫，噪聲的主要來(lái)源為風(fēng)機(jī)本身運(yùn)行聲音和風(fēng)道的震動(dòng)噪音；水冷式SVG 主要是利用循環(huán)泵散熱降溫，噪聲的主要來(lái)源是泵的運(yùn)行產(chǎn)生。

SVG 廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電中，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等存在波動(dòng)性、隨機(jī)性和可調(diào)度性差的特點(diǎn)[10]。SVG 能夠彌補(bǔ)風(fēng)電場(chǎng)不能提供無(wú)功功率，且要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率的問(wèn)題。另外風(fēng)能隨機(jī)性大，采用有功功率控制，會(huì)給電網(wǎng)有功的實(shí)時(shí)平衡帶來(lái)困難。SVG 設(shè)備的設(shè)計(jì)較為便捷，安裝方式靈活。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償能夠滿足風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的無(wú)功-電壓要求，在風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)解列的情況下，仍然能夠提供電壓支撐能力。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)相對(duì)集中的區(qū)域，可以提供大范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備，提高系統(tǒng)安全性，降低調(diào)度要求。光伏電站配置無(wú)功補(bǔ)償裝置可提高光伏輸送容量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并防止電壓崩潰[11]。此次，SVG 設(shè)備與先前的利用情況不同，江蘇無(wú)錫地區(qū)某變電站加裝SVG 的附近為居民居住區(qū)，研究SVG 對(duì)周?chē)幼…h(huán)境的影響較少。

SVG 將被增設(shè)在現(xiàn)有的江蘇無(wú)錫某地區(qū)的變電站中，用來(lái)提升主網(wǎng)的送電能力，保證無(wú)錫地區(qū)負(fù)荷的正常用電需要，可解決局部地區(qū)冬季和夏季電力負(fù)荷缺口問(wèn)題。因此，有必要考慮會(huì)帶來(lái)較大噪聲的SVG 給附近高層住宅的居民或廠界外環(huán)境帶來(lái)的影響。

1 Cadna/A 預(yù)測(cè)

1.1 Canda/A 介紹

Cadna/A 系統(tǒng)是由德國(guó)DataKustik 公司開(kāi)發(fā)，基于ISO 9613-2：1996《戶外聲傳播的衰減的計(jì)算方法》、利用WINDOWS 作為操作平臺(tái)的噪聲模擬和控制軟件[12-13]。Cadna/A 軟件廣泛適用于多種噪聲源的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、工程設(shè)計(jì)和研究，以及城市噪聲規(guī)劃等工作，其中包括工業(yè)設(shè)施、公路和鐵路、機(jī)場(chǎng)及其他噪聲設(shè)備。Cadna/A 軟件計(jì)算原理源于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的ISO 9613-2：1996《戶外聲傳播的衰減的計(jì)算方法》。軟件中對(duì)噪聲物理原理的描述、聲源條件的界定、噪聲傳播過(guò)程中應(yīng)考慮的影響因素及噪聲計(jì)算模式等方面與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的有關(guān)規(guī)定完全相同。我國(guó)公布的GB/T 17247.2—1998《聲學(xué) 戶外聲傳播的衰減 第2部分：一般計(jì)算方法》，等效采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的ISO9613-2：1996《戶外聲傳播的衰減的計(jì)算方法》。Cadna/A 軟件的計(jì)算方法和我國(guó)聲傳播衰減的計(jì)算方法原則上是一致的。

Cadna/A 軟件自身的特點(diǎn)非常適用于工業(yè)設(shè)施、道路和變電站等多種聲源的噪聲預(yù)測(cè)中。近年來(lái)，我國(guó)也正在加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)措施，特別是對(duì)于噪聲治理方面。要求各部門(mén)人員合理、科學(xué)地開(kāi)展噪聲檢測(cè)工作。該軟件已經(jīng)通過(guò)了國(guó)家環(huán)保部環(huán)境工程評(píng)估中心的認(rèn)證，能夠作為變電站噪聲影響預(yù)測(cè)應(yīng)用研究的可信賴的軟件[14]。其中對(duì)于變電站噪聲預(yù)測(cè)運(yùn)用了軟件的一般工業(yè)噪聲預(yù)測(cè)模塊。在進(jìn)行噪聲預(yù)測(cè)時(shí)，可直接導(dǎo)入需要計(jì)算的相關(guān)輸變電項(xiàng)目的總平面布置示意圖。并需要在計(jì)算中充分考慮聲源的幾何衰減率及各類(lèi)障礙物（建筑物）的阻隔，并通過(guò)合適的網(wǎng)格計(jì)算得到相關(guān)的等聲值曲線圖。通過(guò)該軟件可形象地將預(yù)測(cè)噪聲通過(guò)圖形來(lái)表示。并且可在軟件中設(shè)置相關(guān)的、可操作的噪聲防護(hù)設(shè)施，然后再通過(guò)快速地預(yù)測(cè)得到是否達(dá)標(biāo)的情況[12]。

1.2 變電站平面布置情況

江蘇無(wú)錫某220 kV 戶內(nèi)型變電站呈矩形布置，長(zhǎng)約95 m，寬約62 m。其變電站主控樓北側(cè)設(shè)有3 間電容器室，共設(shè)有8 臺(tái)電容器。變電站采用電纜進(jìn)線方式，現(xiàn)設(shè)有1#～3#共3 臺(tái)主變。具體站內(nèi)布置如圖1 所示。

圖1 江蘇無(wú)錫某220 kV 變電站平面布置圖

1.3 變電站噪聲分析

該220 kV 變電站在現(xiàn)有情況下主要的噪聲源[15]為變電站北側(cè)布置的8 臺(tái)電容器產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲，以及位于變電站中部的3 臺(tái)主變發(fā)出的噪聲。在加裝了SVG 后主要噪聲源是風(fēng)機(jī)散熱或循環(huán)泵產(chǎn)生噪聲及現(xiàn)有變電站噪聲進(jìn)行疊加后產(chǎn)生的。變電站內(nèi)的主要實(shí)體（主控通信室、消防室等）建筑物在預(yù)測(cè)時(shí)已考慮噪聲影響，該220 kV 變電站廠界圍墻高2.3 m。根據(jù)DL/T 1518—2016《變電站噪聲控制技術(shù)導(dǎo)則》和GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，聲源預(yù)測(cè)見(jiàn)表1，聲源的分布示意如圖2 和圖3 所示。

圖2 某220kV 變電站安裝風(fēng)冷式SVG 下聲源分布示意圖

圖3 某220kV 變電站安裝水冷式SVG 下聲源分布示意圖

表1 江蘇無(wú)錫某220 kV 變電站主要噪聲聲源

1.4 變電站周?chē)Ｗo(hù)目標(biāo)分析

戶內(nèi)變電站需要根據(jù)現(xiàn)有的建筑情況選擇屋面天窗等作為室外聲源來(lái)模擬對(duì)外部環(huán)境的影響[16]。考慮加裝SVG 的變電站位于居民區(qū)住宅區(qū)附近，距變電站南側(cè)最近27 m 處有一棟34 層的居民住宅，距西側(cè)最近20 m 處有一間高度為4 m 的房屋，并在距離變電站西側(cè)最近17 m 處也有一棟34 層的居民建筑，具體情況如圖4 所示。

圖4 變電站周?chē)闆r

2 加裝SVG 后的噪聲分析

現(xiàn)有的3 臺(tái)變壓器位于變電站南側(cè)，1#與2#主變相距5.7 m，2#與3#主變相距5.6 m，3#主變距離西側(cè)墻體約3.3 m，1#主變相距主控樓東側(cè)墻體2.3 m。主變周?chē)荚O(shè)有建筑墻體，可以相應(yīng)減少噪聲的影響。由于主變?cè)O(shè)在變電站底部而電容器位于變電站區(qū)北側(cè)，可以分別將兩者視為面聲源進(jìn)行預(yù)測(cè)。SVG 裝備后主要由風(fēng)機(jī)或循環(huán)泵引發(fā)噪聲，可以將其視為點(diǎn)聲源。該變電站的主要噪聲源強(qiáng)見(jiàn)表1。

先考慮該變電站加裝風(fēng)冷式SVG 的情況，且SVG加裝在先前預(yù)留的電容器室內(nèi)。根據(jù)噪聲預(yù)測(cè)可知該220 kV 變電站在加裝SVG 后北側(cè)部分區(qū)域夜間噪聲無(wú)法滿足GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)要求，具體噪聲情況如圖5 所示。

由圖5 可知，變電站北側(cè)存在電容器和風(fēng)冷式SVG的噪聲影響，初始最大噪聲可超過(guò)60 dB（A）。北側(cè)存在圍墻（2.3 m）有減弱噪聲的作用，但在廠界外的部分區(qū)域噪聲已超過(guò)了50 dB（A），并且靠近廠界的大部分噪聲在45～50 dB（A）。對(duì)于變電站西側(cè)受SVG 影響的高層居民建筑最高可達(dá)41 dB（A），最大噪聲范圍值集中出現(xiàn)在9層以上建筑樓層。變電站南側(cè)主要受主變的影響，最大噪聲可達(dá)51 dB（A），戶內(nèi)變電站的建筑和南側(cè)圍墻的作用，噪聲在廠界外最大噪聲僅41 dB（A），離變電站較遠(yuǎn)的4 m 住宅不受其影響[17]，噪聲值在35 dB（A）以下。

圖5 加裝風(fēng)冷式SVG 裝置的噪聲等聲級(jí)線圖

若該變電站加裝水冷式SVG，加裝SVG 的位置不變。通過(guò)Cadna/A 預(yù)測(cè)分析，該220 kV 戶內(nèi)變電站的廠界四周晝間、夜間噪聲排放值可以滿足GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)要求。該變電站在加裝水冷式SVG 情況下的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖6 所示。

由圖6 可知，由于南側(cè)主變的影響噪聲最大可超過(guò)50 dB（A），但經(jīng)過(guò)2.3 m 圍墻的阻隔和旁側(cè)建筑物的阻擋，在廠界外噪聲僅40 dB（A）左右，未超過(guò)GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》2 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中晝間60 dB（A）和夜間50 dB（A）的限值。北側(cè)受水冷SVG 和電容器的影響，最大噪聲值可達(dá)53 dB（A），但在廠界外噪聲范圍在40 dB（A）左右。對(duì)于變電站西側(cè)受SVG 影響的高層居民建筑最高可達(dá)40 dB（A），最大噪聲范圍值也集中出現(xiàn)在9 層以上建筑樓層，但可以滿足GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中2 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2 種類(lèi)型的SVG 對(duì)西側(cè)居民樓的影響見(jiàn)表2。

表2 各樓層在不同類(lèi)型SVG 下的噪聲情況

圖6 加裝水冷式SVG 裝置的噪聲等聲級(jí)線圖

由表2 可知，2 種SVG 的噪聲對(duì)低層住戶的影響較小，對(duì)高層住戶的影響較大，其中風(fēng)冷式SVG 對(duì)高層的影響比水冷式SVG 對(duì)高層的影響要大。為了進(jìn)一步驗(yàn)證預(yù)測(cè)的正確性，監(jiān)測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)了揚(yáng)州市某110 kV 戶外風(fēng)電場(chǎng)升壓站加裝了風(fēng)冷式SVG 的廠界外1 m 四周的噪聲情況。該變電站廠界外噪聲的監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 揚(yáng)州市某110 kV 風(fēng)電升壓站廠界外1 m 噪聲情況

由表3 可以看出，揚(yáng)州市該地區(qū)的110 kV 升壓站廠界外噪聲范圍在43～63 dB（A），而該升壓站未采用隔音墻等設(shè)施時(shí)，風(fēng)冷式SVG 會(huì)給站區(qū)某側(cè)帶來(lái)較大噪聲。綜合以上可知，噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果符合實(shí)際情況，加裝SVG 后某側(cè)噪聲會(huì)受到較大影響。

3 治理措施分析

由預(yù)測(cè)結(jié)果可知，水冷式SVG 相比于風(fēng)冷式SVG，對(duì)周?chē)a(chǎn)生的噪聲影響較小。因此，在居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研設(shè)計(jì)和行政辦公為主要功能的區(qū)域，優(yōu)先考慮在變電站內(nèi)加裝水冷式SVG，使周?chē)h(huán)境符合GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

噪聲污染防治措施主要從3 方面進(jìn)行控制：噪聲源，傳播途徑和接受者。噪聲源控制可考慮吸聲、隔聲裝備，使用油浸自冷式的變壓器。噪聲傳播途徑上控制改變機(jī)器設(shè)備的安裝方向和位置。盡量不要建在居民生活的密集區(qū)內(nèi)，要與居民生活區(qū)保持一定的距離。對(duì)接受者的防護(hù)主要考慮減少人員在噪聲環(huán)境中的暴露時(shí)間外，可采取各種個(gè)人防護(hù)措施，如進(jìn)行耳塞、耳罩的佩戴等。在考慮到環(huán)境和成本等要求，一些必須裝備風(fēng)冷式SVG 的站區(qū)在原本圍墻符合典型設(shè)計(jì)的條件下，可選擇相應(yīng)措施來(lái)有效降低SVG 帶來(lái)的噪聲影響。在現(xiàn)有變電站的典型設(shè)計(jì)背景下，控制噪聲手段較多的是阻斷聲源的傳播路徑來(lái)降低對(duì)附近保護(hù)目標(biāo)的影響。最常見(jiàn)的是在變電站區(qū)內(nèi)設(shè)置隔聲屏障[18-19]。設(shè)置隔聲屏障在站內(nèi)，主要是將其放置在靠近主要噪聲源的附近和在站區(qū)的圍墻上加裝適當(dāng)高度的隔聲屏障。隔聲屏障越接近噪聲源強(qiáng)處，屏障能夠阻隔聲波傳播的效果也就越好。在具體的變電站工程中應(yīng)根據(jù)其總平面布置、聲源位置和圍墻等情況確定聲屏障的設(shè)置位置和屏障的寬度和高度。

江蘇無(wú)錫某220 kV 變電站通過(guò)預(yù)測(cè)可知，在加裝風(fēng)冷式SVG 的變電站北側(cè)存在噪聲區(qū)域不符合GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，可在北側(cè)加高圍墻以求符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求[20]。經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)當(dāng)北側(cè)圍墻加高至2.8 m 時(shí)，可以符合廠界處噪聲GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中2 類(lèi)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。變電站北側(cè)圍墻加高后的噪聲預(yù)測(cè)等聲級(jí)線圖如圖7 所示。

圖7 變電站北側(cè)圍墻加高至2.8 m 的等聲級(jí)線圖

由圖7 可知，通過(guò)在變電站原本北側(cè)圍墻的基礎(chǔ)上增加0.5 m 高度，變電站北側(cè)廠界外1 m 處噪聲范圍在45～49 dB（A），符合GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中2 類(lèi)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 結(jié)論

本文針對(duì)江蘇無(wú)錫某地區(qū)220 kV 戶內(nèi)變電站，利用Cadna/A 軟件分別對(duì)加裝2 種類(lèi)型的SVG 的變電站噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)，在加裝SVG 時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用水冷式來(lái)減少噪聲對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。在實(shí)際工程中選用風(fēng)冷式SVG 時(shí)應(yīng)考慮降噪需求，一次性加高某側(cè)受噪聲影響處的圍墻以達(dá)到噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求，減少環(huán)保糾紛。本文中所提及的SVG 隨著電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，將會(huì)有越來(lái)越多的變電站運(yùn)用，因此所提及的措施具有一定的實(shí)際參考價(jià)值。