某500 kV 主變擴建工程噪聲預測及治理方案比選研究

懷陽陽，張婉晴，陳環宇，鄭凱銘

(中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130022)

0 引言

隨著我國城市化進程的快速發展及人民生活水平的提高，城區用電負荷迅猛增長。然而由于城市用地資源的緊缺，城市變電站選址的難度越來越大，有些變電站布點深入到城市比較中心的區域，造成部分變電站與居民住宅的距離較近[1]。變電站噪聲治理逐漸受到公眾、建設單位和環保部門的關注和重視，成為亟待解決的環境問題[2]。近年來，一些變電站出現過噪聲超標的現象，超標噪聲不僅存在影響附近居民正常生活的潛在危害，還對站內值守的員工造成持續噪聲污染[3]。因此，變電站噪聲治理愈發重要。

本文以我國廣西某500 kV 變電站主變擴建工程為例，開展噪聲預測，研究分析變電站擴建工程不同噪聲治理方案，并對其進行比選論證。

1 變電站概況及噪聲現狀

我國廣西某500 kV 變電站圍墻內占地面積約7.22 hm2，站內建有2 臺750 MVA 主變(#2、#3 主變)，每臺主變各安裝1 組60 Mvar電抗器及1 組60 Mvar 電容器，站內建有1 組120 Mvar 高壓電抗器、500 kV 配電裝置、220 kV 配電裝置、35 kV 配電裝置和主控樓等，主變每兩相間有一面防火墻，防火墻高8m，圍墻高2.5 m。一期工程于2017 年建成投產。

為了滿足當地“十四五”期間國民經濟用電快速發展的需求，需開展第3 臺主變擴建工程，擴建#1 主變(1×750 MVA)及其500 kV、220 kV、35 kV 三側進線間隔，裝設60 Mvar低壓電抗器，不新征占地。變電站總平面圖如圖1 所示。

圖1 某500 kV變電站總平面圖

變電站站址及周邊地勢平坦，周邊無敏感目標。變電站站界噪聲執行我國國家標準GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》[4]規定的2 類標準，即：晝間噪聲≤60 dB(A)，夜間噪聲≤50 dB(A)。

環評單位于2022 年5 月對該站的站界噪聲現狀進行了監測，以了解工程所在區域的環境質量狀況。現狀監測數據顯示站址四周廠界晝間噪聲監測值為44.5～48.3 dB(A)，夜間噪聲監測值為40.3～44.2 dB(A)，均滿足GB 12348—2008 規定的2 類標準要求。

2 噪聲模擬

2.1 噪聲源強簡化及數值分析

變電站的主要噪聲源是變壓器和高壓電抗器等[5]，主變壓器分為a、b、c 三相。根據我國電力行業標準DL/T 1518—2016《變電站噪聲控制技術導則》[6]，在進行噪聲預測計算時，變電站內主變壓器和高壓電抗器一般簡化為組合面聲源，低壓電抗器及電容器可簡化為點聲源。

一期已建2 臺主變噪聲源，根據設備資料并利用站界現狀監測結果進行面聲源模型反推，聲功率級按95 dB(A)計。此時，在未疊加第三臺主變噪聲影響下，站界西北側#7 點位貢獻值為40.4 dB(A)，根據現狀監測，晝間背景噪聲約為44.5 dB(A)，疊加后預測值為45.9 dB(A)，與#7 點位現狀監測值46.3 dB(A)相差不大。因此，利用模型反推得到噪聲源強的方式精度較高。新增1 臺主變按照1 m 處70 dB(A)要求招標設備，利用面聲源模型反推，聲功率級按92 dB(A)計。擴建后全站噪聲源強調查情況見表1 所列。

表1 擴建后全站噪聲源強調查情況

主變噪聲典型頻譜如圖2 所示，高抗噪聲典型頻譜如圖3 所示。主變壓器輻射噪聲主要集中在100～600 Hz 頻率的中低頻段，尤其是400 Hz 和500 Hz 的頻率最突出。高抗噪聲主要集中在50～1 000 Hz 頻率范圍中低頻段，尤其是50 Hz 的低次諧頻，其中以100 Hz、200 Hz最為突出。因此，對于變電站噪聲超標問題應首先考慮對中低頻段噪聲的控制，以獲得最佳治理效果。

圖2 主變噪聲典型頻譜

圖3 高抗噪聲典型頻譜

根據我國生態環境標準HJ 2.4—2021《環境影響評價技術導則聲環境》[7]，變電站噪聲預測評價量為全站噪聲對站界的貢獻值。因此，考慮擴建后3 臺主變對站界的疊加影響。

2.2 預測參數和預測結果

變電站內重要建(構)筑物預測參數見表2所列。采用通用噪聲預測軟件SoundPLAN 進行建模分析，得到擴建后無降噪措施情況下站界噪聲預測值及等聲級線圖，以及預測接收點位置，如圖4 所示。降噪前站界噪聲預測結果詳見表3 所列。

表2 變電站內重要建(構)筑物預測參數表

表3 降噪前站界噪聲預測結果

圖4 擴建后運行站界噪聲等聲級線圖

根據等聲級線圖及接收點預測結果，在實施降噪措施前，考慮第3 臺主變擴建后的變電站西側站界噪聲貢獻值超過GB 12348—2008關于2 類標準的要求，站界噪聲最大預測值為51.4 dB(A)，位于#7 點位，超標區域主要集中在靠近擴建主變的圍墻外側，其它區域均達標。針對超標區域采取降噪措施。由于本工程站界外無居民住宅，噪聲治理目標為站界噪聲貢獻值及站界外聲環境質量滿足相應標準要求。

3 降噪方案

3.1 降噪措施選擇

降噪措施通常包括3 種：(1)在聲源降噪，如防震、減震等；(2)在傳播路徑采取措施，包括隔聲、吸聲和聲屏障等；(3)對受聲點采取降噪措施。500 kV 變電站噪聲治理的途徑可以分為變電站主體改造及單純的噪聲治理。變電站的主體改造包括把地面變電站改造為地下變電站或室內變電站，或是把變壓器更換為噪聲更低的變壓器，都可以使變電站的噪聲污染得到徹底或基本上消除。但主體改造的投資巨大，涉及的因素眾多，就目前來看恐怕只有在變電站所在區域或電網系統有重大變動時才會實施。單純噪聲治理是指在不改變變電站的主體情況下，采取適當的噪聲治理措施，也可以取得一定的降噪效果，這是目前已運行500 kV 變電站噪聲治理的主要方向[8]。

聲屏障是變電站噪聲治理最常用的措施。由于越過聲屏障頂端繞射到達受聲點的聲能比沒有屏障時的直達聲能小得多，使聲屏障背面一定范圍內形成聲影區，如圖5 所示。在噪聲控制措施的設計中，聲音接收點應盡可能位于聲影區域內。由圖5 可以看出，聲屏障距離聲源越近，聲影區范圍越大[9]。

圖5 聲影區示意圖

主變、電抗及電容是最主要的噪聲源，要使變電站廠界排放的噪聲達到2 類標準限值，需要對主變、電抗及電容進行相應的降噪處理。根據總平面布置及噪聲源特性分析，本次研究提出3 種降噪方案，經過方案比選后確定最終噪聲治理方案。

3.2 方案布置及應用案例

方案一：在變電站西側，拆除原長40 m、高2.5 m 的裝配式圍墻，新建裝配式圍墻加高至4 m，即圖6 中的草綠色區域。擬加高的裝配式圍墻長度為40 m，可以利用一期的裝配式模具制作裝配式板材，避免不同廠家制造的裝配式圍墻出現外觀差異。方案一噪聲治理措施布置及實際應用案例如圖6 所示。

圖6 方案一噪聲治理措施位置示意圖

方案二：#1 主變西側邊相外加8 m 高防火墻，在西側圍墻與道路之間的內側空地設置安裝聲屏障；聲屏障呈“一”字形布置，長度42.3 m，總高為5 m。聲屏障立柱采用高度5 m 的H 鋼立柱作為支撐，H 鋼型號為75 mm×175 mm×7.5 mm×11 mm，H 鋼立柱安裝于深埋的鋼筋混凝土基礎上，該基礎與原圍墻柱基礎間隔布置；基礎施工涉及破除前期道路并恢復，面積約280 m2。聲屏障背面采用防雨吸音百葉孔，聲屏障背面用Φ16 mm 螺絲螺帽固定，聲屏障為可拆裝結構，不影響變電站的正常運行，滿足消防和安全要求，方便變電站運維人員日常巡查。方案二噪聲治理措施布置及實際應用案例如圖7 所示。

圖7 方案二噪聲治理措施位置示意圖

方案三：在本期#1 主變西側邊相外加8 m高防火墻，在#1 主變正面(北側)增加聲屏障；隔音屏兩側與主變防火墻緊鄰布置，形成三面維護結果降低噪音；并呈“一”字形布置，聲屏障長度32.3 m，總高為6 m。聲屏障立柱采用高度6 m 的H 鋼立柱作為支撐；聲屏障為可拆裝結構，方案三噪聲治理措施布置及實際應用案例如圖8 所示。

圖8 方案三噪聲治理措施位置示意圖

3.3 采取噪聲治理措施后的預測結果

采取上述不同降噪措施后，繪制變電站的噪聲預測等聲級線圖，直觀呈現預測結果及擴建噪聲對站界噪聲和站外聲環境的影響，變電站站界四周的噪聲預測值見表4 所列。

表4 不同降噪方案下站界噪聲預測結果

綜上，3 種措施均可以使變電站站界噪聲貢獻值滿足GB 12348—2008 關于2 類標準的要求，且站界外聲環境質量滿足GB 3096—2008關于2 類標準的要求。

3.4 方案技術經濟比較

3 種方案在經濟、技術、實施難易程度等方面進行綜合比較，見表5 所列。

表5 不同降噪方案技術經濟比較表

本方案設計的聲屏障為吸隔聲復合板，使屏障在低、中頻段具有合理的降噪效果。聲屏障采用復合結構，為“金屬背板+骨架+空腔+無纖維材料”的吸聲面板。隔聲板規格：寬1 000 mm，長3 000 mm，厚100 mm。框架采用C 型鋼龍骨，骨架立柱間距為3 m。外護面隔聲采用1.5 mm的鍍鋅鋼板，吸隔聲板防腐性能良好，使用壽命大于30 a。多孔吸聲材料選用時除盡量選用在較寬的頻帶內都有較高吸聲系數的材料，本方案聲屏障采用無纖維吸聲面板，平均降噪系數CNR≥0.95，含雜質量不大于3%，纖維直徑小于6 μm，不含渣球，防潮；聲屏障計權隔聲量Rw≥35 dB(A)，降噪效果較好。

綜合上述比選內容，方案一外觀的整體性、一致性更強，施工更簡單、工期更短，不影響后期運維，且投資明顯低于其它方案，因此，確定方案一為降噪措施方案。

4 結語

通過分析廣西某500 kV 戶外變電站噪聲源特性并對其站界噪聲進行預測，提出傳播途徑方面的措施。本文使用SoundPLAN 軟件快速準確地計算擴建變電站站界噪聲的貢獻值，提出可滿足噪聲控制要求的不同方案，設計了針對中低頻噪聲有較好治理效果的“金屬背板+骨架+空腔+無纖維材料”的吸聲面板和隔聲板的復合結構聲屏障，并驗證了在靠近聲源位置設置聲屏障的降噪效果優于遠離聲源位置設置聲屏障的結論。

本文對不同方案進行了綜合比選，結果表明，在主變前加裝聲屏障是一種更加有效的降噪措施，但綜合考慮外觀、投資及施工工期等多方因素，在滿足相關噪聲標準要求的前提下，加高圍墻成為“多快好省”的最佳噪聲治理方案。同時，加高圍墻對整體穩定性有較高要求，因此，需要對圍墻基礎及支撐進行優化設計。