換流站對周圍環境的影響及景觀融合設計研究

1 引言

換流站建設中，除了考慮換流站基礎功能的正常實現外，還需探討環境保護措施， 避免因換流站的運行而對周邊環境造成影響。 為此，首先需系統性地預測換流站對周邊環境的影響，再根據環保理念探討優化措施，最大限度減小換流站所造成的不良影響。

2 工程概況

某換流站站址內地形起伏， 存在高度約為30 m 的山包，站址以樹木居多，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、車庫和綜合泵房聯合建筑、10 kV 及380 V 配電室、一次備品備件庫、閥備品備件庫、二次備品備件庫和備用橋抗室、110 kV GIS 室、專用品倉庫等，建筑物總建筑面積為50 600 m2[1]。

3 換流站對環境的影響

3.1 電磁感應影響

電磁環境是存在于給定場所的所有電磁現象的總和，能量轉化為電磁波在空間內傳播，這種現象被稱為電磁輻射。 當前，我國輸電系統的電源工作頻率以50 Hz 為主，在0～300 Hz的極低頻標準內，不同于高頻電流所伴生的電、磁場出現的轉換現象及波阻抗關系，其生成的磁場與電場互不干擾，不會以電磁波形式向外界空間散播能量。 綜上，在工頻電磁場為電磁感應影響，在高頻電磁場為電磁輻射影響。 城市換流站對環境影響的因子主要為工頻電場、工頻磁場和無線電干擾[2-3]。

3.2 無線電干擾

無線電干擾以無線電噪聲是否為干擾源做評判， 無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象有關。

3.3 噪聲

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

4 電磁污染的防護

4.1 減小地面場強

在輸電線的設計中，要盡可能減小地面場強，依據經驗，導線高度設計在10～15 m 時，減小地面場強效果顯著，當高度繼續抬高，場強降低效率出現明顯下降；以超高壓雙回路輸電線布置而言， 同相序時地面場強最高， 逆相序時地面場強最低。 縱觀國外，日、美兩國減小輸電線下方場強的核心措施為逆相序布置雙回路輸電線。 此外，考慮到節約線路走廊，對輸電線的導線布置設計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， 一類通過將電場封閉于金屬屏蔽體中，并接地消除其外表面所產生的感應電流，達到減小外界弱電裝置及人體受到的電場影響， 在380 kV SF6 氣體封閉組合電器換流站的電磁場測試中， 因全金屬封閉筒將電場屏蔽，現場已檢測不出有效值；另一類，則通過將弱電裝置設置于金屬機殼內部，電荷在金屬機殼外，金屬機殼內物品不會被影響，而達到免受電場影響的效果，此類措施應當將換流站內所有維護、 檢測與操控一次設備的自動化裝置配置于金屬機殼內部，同時安裝接地線，對于零散安置在就地開關柜上的自動化設備，需確保其抗電磁干擾級別為Ⅳ級。

5 防無線電干擾的措施

5.1 保持一定的防護間距

輸電線路的路徑確認工作，應嚴格依照相關規定進行，確保與換流站附近的收音臺、導航臺等具備足夠的防護間距，若遇無法優化的問題，需及時與當地規劃部門協商，對輸電線路的路徑進行調整，或將造成影響的通信、信號線及輸電線換為電纜。

5.2 增大輸電線直徑

工頻電磁場因自身特性衰減迅速， 一般不對無線電造成影響，通常輸電線路干擾無線電及電視為電暈放電因素。 電暈放電所產生的電流頻率在0.1～100 MHz，一般對中波調幅收音臺影響較大。 為盡可能規避電暈現象，輸電線設計中，應增大輸電線直徑，確保導線半徑、等值半徑不小于引發電暈放電現象的半徑。

5.3 選用干擾水平低的設備

考慮到電容器設備中串聯的空心電抗器運行時生成的漏磁會導致計算機屏幕出現顫動與模糊， 換流站內主控室和電容器室的設計位置不應相鄰或是處于上下兩層， 以降低電磁場對計算機顯示器的干擾。 另外，為進一步預防漏磁的影響，還需選取鐵芯電抗器或低電阻值的電感電阻型限流器。 在配置弱電點裝置的建筑周遭設置金屬屏蔽網以削弱進入其內的電磁波能量，進而達到減少干擾作用。 依據實踐經驗，金屬屏蔽網的孔洞越多，越密集，屏蔽效果通常越好。

6 降噪措施

6.1 控制噪聲源

換流站所產生的噪聲大部分來自斷路器、 變壓器及軸流風機，主要分為斷路器運作過程的沖擊噪聲，變壓器工作時的持續交流噪聲以及軸流風機運行時的機械振動噪聲， 當下控制噪聲措施通常為安裝低噪聲的組件。（1）配置SF6 氣體封閉開關組合電器設備。 （2）配置自冷變壓器。 傳統變壓器噪聲通常由鐵芯與風扇產生， 雖然通過降低鐵芯磁通密度可削弱噪聲，但會導致鐵芯尺寸增加，而使用自冷方式，卸載變壓器輔助風扇，噪聲可得到有效控制。 當下，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）優化軸流風機。軸流風機噪聲源主要來自葉輪旋轉、風道及外表殼共振、分離渦旋的生成。 在進行設備技術協議簽訂時，可基于換流站相關噪聲控制標準，對風機制造商提出優化風機葉輪機構、改善電動機轉速的要求。

6.2 控制傳播途徑

當換流站建設地噪聲控制要求嚴格時， 應額外在噪聲傳播途徑中進行吸音、隔音及消音處理：（1）選取優質鋼隔聲門，配置在變壓器運輸門，或使用磚墻將運輸通道砌封，在變壓室下端的進風口配置隔音板；（2）對軸流風機中配置適宜消音器及吸音管道，控制排風口噪聲；（3）對配置風機降溫的10 kV開關柜中主變進線、母分等高電流柜，選取適宜功率風機，或在柜中直接進行吸音處理；（4）摒棄機械排風方式，對變壓器室采用自然通風。 變壓器室提升至地面1～1.5 m 處，在底部裝設鋼絲網窗用于進風，設置防火調節閥于屋頂外墻處，在頂部自然通風，達到控制變壓器室溫度的同時，顯著降低噪聲。

7 景觀融合設計

7.1 建筑立面的設計

換流站建筑立面為對稱式結構，開設規律性長窗，在增加建筑采光量的同時以墻面虛實的設計手法營造建筑立面的韻律感，彰顯建筑的美學價值。 外裝飾材料的選擇較為考究，為打造建筑的時代感，選用的是簡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，使建筑呈現出強烈的立體感。 兼顧周邊街區環境，細致優化建筑的色彩和形體風格，以便建筑融入周圍環境中。 建筑立面造型在具有大氣穩重特征的同時又給人以親切感，在造型簡約的同時又給人以耐人尋味的建筑美學價值，且能夠與周邊環境呼應，促進建筑景觀融合。

7.2 通風設計

進行通風系統設計時， 必須充分考慮整體建筑體系與相應設備發熱量大的特點，對通風系統進行統籌合理布置。 電氣設備房間的通風采用機械軸流風機通風和自然通風的方法，以通風的方式維持室內溫度的合理性， 為電氣設備的運行創設良好的條件。 換流站供暖采用設備供暖的方式，即變頻空調和電暖器， 主控室和10 kF 電容器室均有3 臺變頻柜式空調機。 變壓器依靠自然進風，GIS 室運行階段采取機械通風的方法， 電容器室和10 kV 配電室綜合應用自然通風和機械通風方式，保證通風的有效性。

7.3 換流站內的綠化設計

根據空間分布狀況采取綠化措施，新建換流站周邊存在空地，適宜進行綠化。 種植植物則需要適應四季氣候，所以，站區多考慮種植秋冬季不落葉植物，如柏樹、油松以實現景觀四季常青。 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、外觀設計分析

7.4.1 形體簡潔明快的設計手法

建筑形式的設計結合建筑功能進行， 按照功能分區的方式組織建筑的設計工作，協調好各功能空間的關系，保證各功能空間可有效使用的同時增強空間之間的聯系。 協調規劃主控制區、配電裝置區及生產輔助區的流線，建立功能分區的聯動關系。 新建主控樓建筑空間設計同時考慮到形體簡潔明快、空間緊湊適用、功能布局合理多項要求，并在確保變電站建筑的功能可正常實現的同時還要考慮到建筑對周邊環境的影響。 例如，為降低變電站對當地景觀的影響，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，從市內道路側望景觀時，變電站融入其中，不突兀，達到和諧統一效果。

7.4.2 功能空間設計合理

對于建筑設計工作，應秉持高度的人性化理念，科學調節結構跨度，確保人對建筑具有良好空間感受。 建筑北立面為對稱式形體構造， 在滿足建筑空間功能有效性的同時以對稱的方式增強建筑形體的穩重感，但同時頗具活潑悅動的特色，建筑特色的兼容性較好。 工業使用性質是換流站建筑設計中不容忽視的內容，從使用需求來看，建筑內部的電氣設備尺寸普遍偏大，所處空間需足夠寬敞，以便電氣設備的穩定運行，在此方面的設計中重點關注的是室內空間的物理環境、 房間凈高度。 以統籌兼顧的方式開展設計工作，確保建筑形體要素、特征、組織方式構成均科學可行，在保證各功能空間具有聯動性的同時，盡可能避免彼此在運行過程中的干擾，以保證各空間中各類設施的各項功能均得到有效的發揮。

7.5 新型建筑環保材料的應用

為強化換流站建筑的保溫隔熱效果，采用的是酚醛保溫板。傳統泡沫保溫板遇火易燃燒，用久會收縮，保溫性能差。 而酚醛保溫板具有均勻的閉孔結構，導熱系數低，僅為0.023 W/（m·K），絕熱性能好，優于傳統泡沫保溫板。 尤其是在冬季，可減少室內熱量的散失，維持室內溫度的穩定性，減輕對暖通空調設備的依賴程度，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超過常規的二道防水設防方式，在隔絕水對建筑結構的侵蝕后，保證建筑結構的穩定性，提升建筑的耐久性。 冬季外界冷空氣易經由建筑空隙進入內部，門窗與墻體的空隙是主要的通道，因此著重對門窗進行設計優化，以提升門窗的密封性為基本要求開展設計工作。 外窗采用的是Low-Ewe 斷橋鋁合金窗，發揮出保溫隔熱的特性，以便維持室內溫度的合理性。 門框、窗框與墻體間存在空隙時，將給冷空氣的進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 結語