換流站對(duì)周圍環(huán)境的影響及景觀融合設(shè)計(jì)研究

1 引言

換流站建設(shè)中，除了考慮換流站基礎(chǔ)功能的正常實(shí)現(xiàn)外，還需探討環(huán)境保護(hù)措施， 避免因換流站的運(yùn)行而對(duì)周邊環(huán)境造成影響。 為此，首先需系統(tǒng)性地預(yù)測(cè)換流站對(duì)周邊環(huán)境的影響，再根據(jù)環(huán)保理念探討優(yōu)化措施，最大限度減小換流站所造成的不良影響。

2 工程概況

某換流站站址內(nèi)地形起伏， 存在高度約為30 m 的山包，站址以樹(shù)木居多，局部存在少量耕地。 本工程建筑物包括主控樓、閥廳（2 座）、輔控樓、綜合樓、500 kV GIS 室1、500 kV GIS室2、500 kV 繼電器小室、車庫(kù)和綜合泵房聯(lián)合建筑、10 kV 及380 V 配電室、一次備品備件庫(kù)、閥備品備件庫(kù)、二次備品備件庫(kù)和備用橋抗室、110 kV GIS 室、專用品倉(cāng)庫(kù)等，建筑物總建筑面積為50 600 m2[1]。

3 換流站對(duì)環(huán)境的影響

3.1 電磁感應(yīng)影響

電磁環(huán)境是存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和，能量轉(zhuǎn)化為電磁波在空間內(nèi)傳播，這種現(xiàn)象被稱為電磁輻射。 當(dāng)前，我國(guó)輸電系統(tǒng)的電源工作頻率以50 Hz 為主，在0～300 Hz的極低頻標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，不同于高頻電流所伴生的電、磁場(chǎng)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換現(xiàn)象及波阻抗關(guān)系，其生成的磁場(chǎng)與電場(chǎng)互不干擾，不會(huì)以電磁波形式向外界空間散播能量。 綜上，在工頻電磁場(chǎng)為電磁感應(yīng)影響，在高頻電磁場(chǎng)為電磁輻射影響。 城市換流站對(duì)環(huán)境影響的因子主要為工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)和無(wú)線電干擾[2-3]。

3.2 無(wú)線電干擾

無(wú)線電干擾以無(wú)線電噪聲是否為干擾源做評(píng)判， 無(wú)線電噪聲的生成通常與換流站中輸變電線路上電暈與絕緣子放電現(xiàn)象有關(guān)。

3.3 噪聲

換流站噪聲源頭通常有多種，諸如變壓器運(yùn)作噪聲、電抗器工作噪聲、通風(fēng)裝置散熱噪聲等。 其中，音級(jí)為等效A 聲級(jí)的有變壓器[65～73 dB（A）]與風(fēng)機(jī)[65～70dB（A）]。

4 電磁污染的防護(hù)

4.1 減小地面場(chǎng)強(qiáng)

在輸電線的設(shè)計(jì)中，要盡可能減小地面場(chǎng)強(qiáng)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)線高度設(shè)計(jì)在10～15 m 時(shí)，減小地面場(chǎng)強(qiáng)效果顯著，當(dāng)高度繼續(xù)抬高，場(chǎng)強(qiáng)降低效率出現(xiàn)明顯下降；以超高壓雙回路輸電線布置而言， 同相序時(shí)地面場(chǎng)強(qiáng)最高， 逆相序時(shí)地面場(chǎng)強(qiáng)最低。 縱觀國(guó)外，日、美兩國(guó)減小輸電線下方場(chǎng)強(qiáng)的核心措施為逆相序布置雙回路輸電線。 此外，考慮到節(jié)約線路走廊，對(duì)輸電線的導(dǎo)線布置設(shè)計(jì)工作需首先考慮三角布置。

4.2 采取靜電屏蔽措施

靜電的屏蔽措施通常分為兩類， 一類通過(guò)將電場(chǎng)封閉于金屬屏蔽體中，并接地消除其外表面所產(chǎn)生的感應(yīng)電流，達(dá)到減小外界弱電裝置及人體受到的電場(chǎng)影響， 在380 kV SF6 氣體封閉組合電器換流站的電磁場(chǎng)測(cè)試中， 因全金屬封閉筒將電場(chǎng)屏蔽，現(xiàn)場(chǎng)已檢測(cè)不出有效值；另一類，則通過(guò)將弱電裝置設(shè)置于金屬機(jī)殼內(nèi)部，電荷在金屬機(jī)殼外，金屬機(jī)殼內(nèi)物品不會(huì)被影響，而達(dá)到免受電場(chǎng)影響的效果，此類措施應(yīng)當(dāng)將換流站內(nèi)所有維護(hù)、 檢測(cè)與操控一次設(shè)備的自動(dòng)化裝置配置于金屬機(jī)殼內(nèi)部，同時(shí)安裝接地線，對(duì)于零散安置在就地開(kāi)關(guān)柜上的自動(dòng)化設(shè)備，需確保其抗電磁干擾級(jí)別為Ⅳ級(jí)。

5 防無(wú)線電干擾的措施

5.1 保持一定的防護(hù)間距

輸電線路的路徑確認(rèn)工作，應(yīng)嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，確保與換流站附近的收音臺(tái)、導(dǎo)航臺(tái)等具備足夠的防護(hù)間距，若遇無(wú)法優(yōu)化的問(wèn)題，需及時(shí)與當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門協(xié)商，對(duì)輸電線路的路徑進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒃斐捎绊懙耐ㄐ拧⑿盘?hào)線及輸電線換為電纜。

5.2 增大輸電線直徑

工頻電磁場(chǎng)因自身特性衰減迅速， 一般不對(duì)無(wú)線電造成影響，通常輸電線路干擾無(wú)線電及電視為電暈放電因素。 電暈放電所產(chǎn)生的電流頻率在0.1～100 MHz，一般對(duì)中波調(diào)幅收音臺(tái)影響較大。 為盡可能規(guī)避電暈現(xiàn)象，輸電線設(shè)計(jì)中，應(yīng)增大輸電線直徑，確保導(dǎo)線半徑、等值半徑不小于引發(fā)電暈放電現(xiàn)象的半徑。

5.3 選用干擾水平低的設(shè)備

考慮到電容器設(shè)備中串聯(lián)的空心電抗器運(yùn)行時(shí)生成的漏磁會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)屏幕出現(xiàn)顫動(dòng)與模糊， 換流站內(nèi)主控室和電容器室的設(shè)計(jì)位置不應(yīng)相鄰或是處于上下兩層， 以降低電磁場(chǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)顯示器的干擾。 另外，為進(jìn)一步預(yù)防漏磁的影響，還需選取鐵芯電抗器或低電阻值的電感電阻型限流器。 在配置弱電點(diǎn)裝置的建筑周遭設(shè)置金屬屏蔽網(wǎng)以削弱進(jìn)入其內(nèi)的電磁波能量，進(jìn)而達(dá)到減少干擾作用。 依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，金屬屏蔽網(wǎng)的孔洞越多，越密集，屏蔽效果通常越好。

6 降噪措施

6.1 控制噪聲源

換流站所產(chǎn)生的噪聲大部分來(lái)自斷路器、 變壓器及軸流風(fēng)機(jī)，主要分為斷路器運(yùn)作過(guò)程的沖擊噪聲，變壓器工作時(shí)的持續(xù)交流噪聲以及軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械振動(dòng)噪聲， 當(dāng)下控制噪聲措施通常為安裝低噪聲的組件。（1）配置SF6 氣體封閉開(kāi)關(guān)組合電器設(shè)備。 （2）配置自冷變壓器。 傳統(tǒng)變壓器噪聲通常由鐵芯與風(fēng)扇產(chǎn)生， 雖然通過(guò)降低鐵芯磁通密度可削弱噪聲，但會(huì)導(dǎo)致鐵芯尺寸增加，而使用自冷方式，卸載變壓器輔助風(fēng)扇，噪聲可得到有效控制。 當(dāng)下，具有低噪特性的自冷變壓器已然10 kV 換流站主變壓器的首選。 （3）優(yōu)化軸流風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)噪聲源主要來(lái)自葉輪旋轉(zhuǎn)、風(fēng)道及外表殼共振、分離渦旋的生成。 在進(jìn)行設(shè)備技術(shù)協(xié)議簽訂時(shí)，可基于換流站相關(guān)噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)風(fēng)機(jī)制造商提出優(yōu)化風(fēng)機(jī)葉輪機(jī)構(gòu)、改善電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的要求。

6.2 控制傳播途徑

當(dāng)換流站建設(shè)地噪聲控制要求嚴(yán)格時(shí)， 應(yīng)額外在噪聲傳播途徑中進(jìn)行吸音、隔音及消音處理：（1）選取優(yōu)質(zhì)鋼隔聲門，配置在變壓器運(yùn)輸門，或使用磚墻將運(yùn)輸通道砌封，在變壓室下端的進(jìn)風(fēng)口配置隔音板；（2）對(duì)軸流風(fēng)機(jī)中配置適宜消音器及吸音管道，控制排風(fēng)口噪聲；（3）對(duì)配置風(fēng)機(jī)降溫的10 kV開(kāi)關(guān)柜中主變進(jìn)線、母分等高電流柜，選取適宜功率風(fēng)機(jī)，或在柜中直接進(jìn)行吸音處理；（4）摒棄機(jī)械排風(fēng)方式，對(duì)變壓器室采用自然通風(fēng)。 變壓器室提升至地面1～1.5 m 處，在底部裝設(shè)鋼絲網(wǎng)窗用于進(jìn)風(fēng)，設(shè)置防火調(diào)節(jié)閥于屋頂外墻處，在頂部自然通風(fēng)，達(dá)到控制變壓器室溫度的同時(shí)，顯著降低噪聲。

7 景觀融合設(shè)計(jì)

7.1 建筑立面的設(shè)計(jì)

換流站建筑立面為對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，開(kāi)設(shè)規(guī)律性長(zhǎng)窗，在增加建筑采光量的同時(shí)以墻面虛實(shí)的設(shè)計(jì)手法營(yíng)造建筑立面的韻律感，彰顯建筑的美學(xué)價(jià)值。 外裝飾材料的選擇較為考究，為打造建筑的時(shí)代感，選用的是簡(jiǎn)潔但不失高雅的大理石。 建筑窗框的線條連接，弱化建筑體量感，使建筑呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的立體感。 兼顧周邊街區(qū)環(huán)境，細(xì)致優(yōu)化建筑的色彩和形體風(fēng)格，以便建筑融入周圍環(huán)境中。 建筑立面造型在具有大氣穩(wěn)重特征的同時(shí)又給人以親切感，在造型簡(jiǎn)約的同時(shí)又給人以耐人尋味的建筑美學(xué)價(jià)值，且能夠與周邊環(huán)境呼應(yīng)，促進(jìn)建筑景觀融合。

7.2 通風(fēng)設(shè)計(jì)

進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)， 必須充分考慮整體建筑體系與相應(yīng)設(shè)備發(fā)熱量大的特點(diǎn)，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌合理布置。 電氣設(shè)備房間的通風(fēng)采用機(jī)械軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)和自然通風(fēng)的方法，以通風(fēng)的方式維持室內(nèi)溫度的合理性， 為電氣設(shè)備的運(yùn)行創(chuàng)設(shè)良好的條件。 換流站供暖采用設(shè)備供暖的方式，即變頻空調(diào)和電暖器， 主控室和10 kF 電容器室均有3 臺(tái)變頻柜式空調(diào)機(jī)。 變壓器依靠自然進(jìn)風(fēng)，GIS 室運(yùn)行階段采取機(jī)械通風(fēng)的方法， 電容器室和10 kV 配電室綜合應(yīng)用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)方式，保證通風(fēng)的有效性。

7.3 換流站內(nèi)的綠化設(shè)計(jì)

根據(jù)空間分布狀況采取綠化措施，新建換流站周邊存在空地，適宜進(jìn)行綠化。 種植植物則需要適應(yīng)四季氣候，所以，站區(qū)多考慮種植秋冬季不落葉植物，如柏樹(shù)、油松以實(shí)現(xiàn)景觀四季常青。 在建筑物之間的空隙處種植綠化，使建筑之間有綠色的景觀。 沿道路兩側(cè)建有綠化帶，配合種植四季常青灌木植物。

7.4 新建建筑空間形體、外觀設(shè)計(jì)分析

7.4.1 形體簡(jiǎn)潔明快的設(shè)計(jì)手法

建筑形式的設(shè)計(jì)結(jié)合建筑功能進(jìn)行， 按照功能分區(qū)的方式組織建筑的設(shè)計(jì)工作，協(xié)調(diào)好各功能空間的關(guān)系，保證各功能空間可有效使用的同時(shí)增強(qiáng)空間之間的聯(lián)系。 協(xié)調(diào)規(guī)劃主控制區(qū)、配電裝置區(qū)及生產(chǎn)輔助區(qū)的流線，建立功能分區(qū)的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。 新建主控樓建筑空間設(shè)計(jì)同時(shí)考慮到形體簡(jiǎn)潔明快、空間緊湊適用、功能布局合理多項(xiàng)要求，并在確保變電站建筑的功能可正常實(shí)現(xiàn)的同時(shí)還要考慮到建筑對(duì)周邊環(huán)境的影響。 例如，為降低變電站對(duì)當(dāng)?shù)鼐坝^的影響，在建筑立面需使用與周遭山體一致的黃褐色，并栽種綠植于其上，從市內(nèi)道路側(cè)望景觀時(shí)，變電站融入其中，不突兀，達(dá)到和諧統(tǒng)一效果。

7.4.2 功能空間設(shè)計(jì)合理

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)工作，應(yīng)秉持高度的人性化理念，科學(xué)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)跨度，確保人對(duì)建筑具有良好空間感受。 建筑北立面為對(duì)稱式形體構(gòu)造， 在滿足建筑空間功能有效性的同時(shí)以對(duì)稱的方式增強(qiáng)建筑形體的穩(wěn)重感，但同時(shí)頗具活潑悅動(dòng)的特色，建筑特色的兼容性較好。 工業(yè)使用性質(zhì)是換流站建筑設(shè)計(jì)中不容忽視的內(nèi)容，從使用需求來(lái)看，建筑內(nèi)部的電氣設(shè)備尺寸普遍偏大，所處空間需足夠?qū)挸ǎ员汶姎庠O(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，在此方面的設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注的是室內(nèi)空間的物理環(huán)境、 房間凈高度。 以統(tǒng)籌兼顧的方式開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，確保建筑形體要素、特征、組織方式構(gòu)成均科學(xué)可行，在保證各功能空間具有聯(lián)動(dòng)性的同時(shí)，盡可能避免彼此在運(yùn)行過(guò)程中的干擾，以保證各空間中各類設(shè)施的各項(xiàng)功能均得到有效的發(fā)揮。

7.5 新型建筑環(huán)保材料的應(yīng)用

為強(qiáng)化換流站建筑的保溫隔熱效果，采用的是酚醛保溫板。傳統(tǒng)泡沫保溫板遇火易燃燒，用久會(huì)收縮，保溫性能差。 而酚醛保溫板具有均勻的閉孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)低，僅為0.023 W/（m·K），絕熱性能好，優(yōu)于傳統(tǒng)泡沫保溫板。 尤其是在冬季，可減少室內(nèi)熱量的散失，維持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性，減輕對(duì)暖通空調(diào)設(shè)備的依賴程度，降低電能消耗。 建筑防水選擇的是高分子防水卷材，此類材料的防水性能遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)的二道防水設(shè)防方式，在隔絕水對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的侵蝕后，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提升建筑的耐久性。 冬季外界冷空氣易經(jīng)由建筑空隙進(jìn)入內(nèi)部，門窗與墻體的空隙是主要的通道，因此著重對(duì)門窗進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以提升門窗的密封性為基本要求開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。 外窗采用的是Low-Ewe 斷橋鋁合金窗，發(fā)揮出保溫隔熱的特性，以便維持室內(nèi)溫度的合理性。 門框、窗框與墻體間存在空隙時(shí)，將給冷空氣的進(jìn)入和噪聲的向外傳播提供通道， 為此用硅膠條或其他的彈性材料做填堵處理，保證密封性。

8 結(jié)語(yǔ)