李雪亮，徐振，周英，王飛，朱庚富，趙剛

1.山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250021

2.國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京 210031

3.常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164

4.山東電力集團(tuán)公司，山東濟(jì)南 250001

1 000 kV特高壓變電站聲環(huán)境影響仿真研究

李雪亮1，徐振2*，周英3，王飛4，朱庚富2，趙剛2

1.山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250021

2.國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京 210031

3.常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164

4.山東電力集團(tuán)公司，山東濟(jì)南 250001

1 000 kV特高壓輸變電工程是跨區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)服務(wù)的重要項(xiàng)目之一。特高壓變電站變壓器、電抗器等設(shè)備的運(yùn)行噪聲對(duì)站外聲環(huán)境有重大影響，為避免項(xiàng)目投運(yùn)后的噪聲污染，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)即考慮站內(nèi)降噪措施和站外聲環(huán)境影響。針對(duì)大型變電站/換流站降噪技術(shù)組合，使用Cadna/A軟件對(duì)三個(gè)噪聲控制方案進(jìn)行聲環(huán)境仿真分析。模擬結(jié)果顯示，常規(guī)措施下特高壓變電站夜間廠界噪聲超標(biāo)距離超過200 m，廠界外受影響區(qū)域面積約301 000 m2，附近村莊夜間聲級(jí)顯著增高。采用電抗器Box-in技術(shù)，可使廠界外噪聲超標(biāo)區(qū)域降至常規(guī)設(shè)計(jì)的1/4以下;進(jìn)一步采用變壓器Box-in技術(shù)后，特高壓變電站可以實(shí)現(xiàn)廠界噪聲達(dá)標(biāo)，附近村莊夜間聲級(jí)增高量在1 dB(A)以內(nèi)。

特高壓變電站;聲環(huán)境;仿真;降噪

我國能源基地主要集中在山西、陜西、內(nèi)蒙古、四川、云南等地，與京津唐、華東等主要能源消費(fèi)區(qū)域相距較遠(yuǎn)，能源跨區(qū)域轉(zhuǎn)移距離超過2 000 km［1-2］。建設(shè)合理的能流通道，將能源基地生產(chǎn)的電力進(jìn)行跨區(qū)域轉(zhuǎn)移，對(duì)促進(jìn)西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展、緩解東部能源壓力和環(huán)境壓力有重要意義，因此特高壓輸變電工程成為跨區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)服務(wù)的選項(xiàng)之一［2］。

特高壓變電站/換流站的變壓器、電抗器等設(shè)備運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以中低頻為主的噪聲(圖1)，主要集中在 63～500 Hz頻帶［3-5］。中低頻噪聲傳播距離遠(yuǎn)，容易引起人的煩惱［6-8］，是特高壓變電站/換流站運(yùn)行時(shí)重要環(huán)境影響因素之一［1，9］。

圖1 某變壓器運(yùn)行噪聲頻譜分析示意Fig.1 The noise spectrum analysis of a operating transformer

與常規(guī)電壓等級(jí)變電站相比，特高壓變電站/換流站設(shè)備電壓等級(jí)高、容量大，站內(nèi)設(shè)備噪聲源的數(shù)量、噪聲等級(jí)均有大幅增加。在我國特高壓變電站/換流站建設(shè)史上，多次出現(xiàn)項(xiàng)目投運(yùn)后須噪聲治理的局面［10-14］，因此有必要在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期即考慮站內(nèi)降噪措施和站外聲環(huán)境影響。目前，特高壓變電工程的聲環(huán)境仿真分析主要集中在換流站方面［10，12，15-18］，少量針對(duì)特高壓變電站的模擬探討借助于 SoundPLAN軟件［19-20］。Cadna/A 與 SoundPLAN軟件功能相近，二者預(yù)測結(jié)果相差1 dB(A)以內(nèi)，且Cadna/A 軟件略保守［15，18］，因此筆者嘗試以Cadna/A軟件對(duì)特高壓變電站常用降噪措施進(jìn)行仿真分析，以期為更合理地進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建設(shè)和環(huán)境影響評(píng)估提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象概況

以山東省擬建的某1 000 kV特高壓變電站為例，該站征地面積為488 m×413 m，擬選站址周邊為平地，晝夜間環(huán)境噪聲背景值分別為41.5和38.7 dB(A)(測量儀器為AWA6270+)(圖2);擬選站址廠界東北側(cè)約310 m處有村莊P，村莊P處晝夜間環(huán)境噪聲背景值分別為43.6和39.1 dB(A)。

圖2 某1 000 kV特高壓變電站主要設(shè)備布置Fig.2 The principal facilities of 1 000 kV substation

1.2 主要設(shè)備噪聲源

該特高壓變電站運(yùn)行噪聲源主要來自主變壓器、高壓電抗器、并聯(lián)低壓電抗器等大型聲源設(shè)備，根據(jù)相關(guān)示范工程實(shí)測資料，1 000 kV主變壓器、高壓電抗器聲級(jí)分別為 78.6～79.6 dB(A)［21］、79.0 dB(A)［22］，對(duì)該站仿真分析設(shè)定的設(shè)備聲源聲級(jí)如表1所示。

表1 某1 000 kV特高壓變電站主要設(shè)備聲源聲級(jí)Table 1 Noise origins by principal facilities in 1 000 kV substation

1.3 噪聲控制方案

特高壓變電站/換流站聲環(huán)境保護(hù)措施主要有設(shè)備本體降噪技術(shù)、隔聲技術(shù)、有源消聲法等三類，其中有源消聲法在國內(nèi)變電站鮮有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)［3-4］。設(shè)備本體降噪技術(shù)措施可由采購方對(duì)生產(chǎn)廠家提出約束性要求來確定［23］，如采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片等可降低噪聲 4～5 dB(A)［3］。

特高壓變電站/換流站常規(guī)的隔聲技術(shù)為在變壓器和高壓電抗器兩側(cè)設(shè)置防火防爆墻，墻體主要起障礙物作用。隨著大型變電站/換流站噪聲治理工作的展開，應(yīng)用較多的治理措施為:變壓器加裝通風(fēng)式聲屏障、采用電抗器Box-in技術(shù)，理論降噪量分別可達(dá)10～15 dB(A)［12-14，20，24-25］和 15～25 dB(A)［10］。實(shí)踐表明，聲屏障對(duì)近距離降噪效果明顯，但對(duì)遠(yuǎn)距離噪聲削減幅度較?。?4-15］，而 Box-in技術(shù)的降噪效果相當(dāng)于直接降低聲源的聲功率級(jí)［15］，對(duì)降低廠界外的噪聲影響更有效。因此，隨著對(duì)站外聲環(huán)境保護(hù)的日益重視，換流站開始采用Box-in 技術(shù)對(duì)變壓器降噪［11，26-27］，但在特高壓變電站中鮮有實(shí)施案例。

實(shí)測結(jié)果顯示，采用變壓器、高壓電抗器Boxin 技術(shù)可降噪 20.1～21.8 dB(A)［15，22］，略低于設(shè)計(jì)指標(biāo)(表2)。針對(duì)特高壓變電站噪聲防治措施的發(fā)展情況，筆者設(shè)置了三個(gè)仿真分析組合:常規(guī)的方案A、已開展實(shí)踐的方案B和有應(yīng)用前景的方案C(表3和圖3)。

表2 Box-in技術(shù)吸收及傳遞損失頻譜［15］Table 2 The absorption and transitive loss by the Box-in structure

表3 某1 000 kV特高壓變電站噪聲控制方案Table 3 Noise control schemes in 1 000 kV substation

圖3 噪聲控制措施實(shí)例Fig.3 The examples of noise control measures

1.4 聲環(huán)境影響仿真方法

按某1 000 kV特高壓變電站內(nèi)主要設(shè)備噪聲源噪聲水平、分布情況、噪聲控制方案，使用Cadna/A(DataKustik GmbH，Ver.3.72)軟件進(jìn)行聲環(huán)境仿真分析，柵格尺寸為5 m×5 m，預(yù)測面積1 050 m×820 m。按幾何尺寸，主變壓器等聲源設(shè)定為垂直面聲源，4×JLHN58K-1600導(dǎo)線設(shè)定為線聲源，建筑物(包括防火防爆墻)設(shè)定為障礙物(圖4)。因Cadna/A軟件無室內(nèi)聲源模塊，采用Box-in技術(shù)時(shí)可降低聲源的相應(yīng)聲功率級(jí)對(duì)模型進(jìn)行簡化［15］。變電站為24 h連續(xù)運(yùn)行，噪聲源穩(wěn)定，晝夜廠界噪聲排放水平相對(duì)一致，噪聲衰減只考慮防火防爆墻、圍墻、主控樓等主要建筑物的隔聲及阻擋效果;站內(nèi)場地一般鋪砂石或水泥硬化，不考慮地面吸收及綠化樹木的聲屏障衰減;站址處及周邊為平地，不考慮地形的衰減影響。

廠界環(huán)境噪聲影響評(píng)判采用GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求標(biāo)準(zhǔn)，廠界外環(huán)境敏感區(qū)(村莊P)的聲環(huán)境影響評(píng)判采用GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 某1 000 kV特高壓變電站3D模型示意Fig.4 The 3D model of 1 000 kV substation

2 結(jié)果與分析

2.1 方案A

工程投運(yùn)后，廠界噪聲為48.0～62.0 dB(A)(表4和圖5)。由表4可知，大部分受聲點(diǎn)夜間不能滿足GB 12348—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求，南側(cè)和北側(cè)部分受聲點(diǎn)晝間不能滿足GB 12348—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求，夜間廠界噪聲最大超標(biāo)距離約為250 m(表5)。環(huán)境敏感區(qū)(村莊P)晝間和夜間聲環(huán)境預(yù)測值分別為47.0和45.4 dB(A)(表6)，滿足GB 3096—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求。

表4 某1 000 kV特高壓變電站廠界噪聲預(yù)測Table 4 Industrial enterprises noise at boundary by 1000 kV substation dB(A)

圖5 某1 000 kV特高壓變電站夜間噪聲預(yù)測等聲線示意(方案A)Fig.5 The predicted isophonic contours of 1 000 kV substation(Scheme A)

表5 某1 000 kV特高壓變電站廠界噪聲最大超標(biāo)距離Table 5 The over standard distances of industrial enterprises noise by 1 000 kV substation m

表6 環(huán)境敏感區(qū)(村莊P)噪聲預(yù)測值Table 6 Environmental noises of the noise-sensitive area(village P) dB(A)

方案A投資少，但項(xiàng)目建成后需向規(guī)劃部門申請(qǐng)較大范圍的噪聲規(guī)劃控制區(qū)域，站外大范圍土地利用功能將受到制約。

2.2 方案B

工程投運(yùn)后，廠界噪聲為44.7～61.2 dB(A)(表4和圖6)。由表4可知，大部分受聲點(diǎn)夜間不能滿足GB 12348—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求，夜間廠界噪聲最大超標(biāo)距離約100 m(表5)，南側(cè)部分廠界晝間不能滿足GB 12348—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求。村莊P晝間和夜間聲環(huán)境預(yù)測值分別為 45.6和 43.4 dB(A)(表6)，滿足 GB 3096—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求。

圖6 某1 000 kV特高壓變電站噪聲預(yù)測等聲線示意(方案B)Fig.6 The predicted isophonic contours of 1 000 kV substation(Scheme B)

方案B在特高壓變電站示范工程中已采用，其噪聲規(guī)劃控制范圍比方案A小，對(duì)站外聲環(huán)境的保護(hù)有一定效果。

2.3 方案C

工程投運(yùn)后，廠界噪聲為34.5～47.2 dB(A)(表4和圖7)。由表4可知，所有廠界滿足 GB 12348—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求。村莊P晝間和夜間聲環(huán)境預(yù)測值分別為43.8和39.7 dB(A)(表6)，滿足GB 3096—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求。

目前方案C在換流站噪聲整治中已開始采用，該方案大大降低了廠界噪聲，對(duì)降低工程環(huán)境影響極為有利，建議在特高壓變電站中推廣應(yīng)用。

3 討論

圖7 某1 000 kV特高壓變電站噪聲預(yù)測等聲線示意(方案C)Fig.7 The predicted isophonic contours of 1 000 kV substation(Scheme C)

某1 000 kV特高壓變電站擬選站址廠界與聲環(huán)境敏感區(qū)最近距離約310 m(村莊P)，由圖5～圖7可知，特高壓變電站高壓電抗器的噪聲影響區(qū)域和影響程度大。因此，建議在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把高壓電抗器布置在遠(yuǎn)離敏感區(qū)端，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置一定范圍噪聲控制區(qū)，有利于降低特高壓變電站對(duì)村莊P的聲環(huán)境影響。

3.1 廠界噪聲

以GB 12348—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求標(biāo)準(zhǔn)考核，方案C滿足要求;方案A和方案B夜間廠界噪聲最大超標(biāo)距離分別約為250和100 m，根據(jù)圖5和圖6計(jì)算出廠界外超標(biāo)面積分別約為301 000和65 000 m2。從廠界外限制使用功能的土地面積分析，方案C無限制，方案B約為方案A的21.6%。因此，方案C優(yōu)于方案A和方案B。方案B需設(shè)置的噪聲控制區(qū)相對(duì)較小，多數(shù)情況下能獲得地方政府同意［9］，具有一定可行性。

3.2 站外聲環(huán)境敏感區(qū)保護(hù)

以GB 3096—2008中2類聲環(huán)境功能區(qū)要求標(biāo)準(zhǔn)考核，村莊P處環(huán)境噪聲預(yù)測值均能滿足要求。由表6可知，實(shí)施方案A、方案B和方案C時(shí)，村莊P處環(huán)境噪聲夜間增高值分別為6.3、4.3和0.6dB(A)。根據(jù)HJ 2.4—2009《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境》，方案A使村莊P聲級(jí)顯著增高〔＞5 dB(A)〕，方案B使村莊P聲級(jí)較明顯增高〔3～5 dB(A)〕，方案 C使村莊 P聲級(jí)增加很小〔＜3 dB(A)〕。因此，從聲環(huán)境保護(hù)角度考慮，方案C明顯較優(yōu)，方案B略優(yōu)于方案A。

當(dāng)對(duì)站址周邊的聲環(huán)境有特殊保護(hù)要求時(shí)，即以GB 12348—2008和GB 3096—2008中1類聲環(huán)境功能區(qū)要求標(biāo)準(zhǔn)考核，方案C的大部分廠界能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，局部圍墻加裝隔聲屏后即可滿足要求，該方案使項(xiàng)目選址、運(yùn)行具有較大環(huán)境容量。

3.3 站內(nèi)工作場所聲環(huán)境保護(hù)

由圖5～圖7可知，特高壓變電站工作人員在站內(nèi)巡視時(shí)，方案A、方案B和方案C職業(yè)接觸的穩(wěn)態(tài)噪聲值均小于85 dB(A)，滿足GBZ 2.2—2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第2部分:物理因素》要求。三個(gè)方案中，特高壓變電站主控樓外噪聲值分別為62.8、62.4和53.5 dB(A)，考慮到混凝土磚墻體有20 dB(A)以上的隔聲作用［28］，主控樓內(nèi)能滿足GBZ 1—2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》工效限值55 dB(A)的要求。

分析表明，三個(gè)方案對(duì)工作人員的聲環(huán)境影響能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

(1)按常規(guī)設(shè)計(jì)，某1 000 kV特高壓變電站對(duì)周邊區(qū)域聲環(huán)境影響較大，使站外大范圍土地的使用功能受到限制，約310 m外的聲環(huán)境敏感區(qū)聲級(jí)顯著增高。

(2)如特高壓變電站示范工程采用電抗器Box-in技術(shù)，某1 000 kV特高壓變電站站外廠界噪聲超標(biāo)區(qū)域約為常規(guī)設(shè)計(jì)的1/4以下，噪聲敏感區(qū)聲級(jí)增高值降為5 dB(A)以內(nèi)。

(3)采用已在換流站使用的變壓器Box-in技術(shù)后，某1 000 kV特高壓變電站廠界噪聲能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，聲環(huán)境敏感區(qū)聲級(jí)增高值降為1 dB(A)以內(nèi)。當(dāng)對(duì)站址周邊的聲環(huán)境有特殊保護(hù)要求時(shí)(1類聲環(huán)境功能區(qū))，方案C的大部分廠界能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，局部圍墻加裝隔聲屏后即可滿足要求。

綜上所述，從節(jié)約土地資源、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，主變壓器、電抗器全面采用Box-in技術(shù)對(duì)特高壓變電站的噪聲防治是最優(yōu)的。

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The Simulation of Acoustic Environment Impact in 1 000 kV Extra-high Voltage Substation

LI Xue-liang1，XU Zhen2，ZHOU Ying3，WANG Fei4，ZHU Geng-fu2，ZHAO Gang2
1.Shandong Electric Research Institute，Jinan 250021，China
2.State Power Environmental Protection Research Institute，Nanjing 210031，China
3.Changzhou Institute of Mechatronic Technology，Changzhou 213164，China
4.Shandong Electric Power Corporation，Jinan 250001，China

The 1 000 kV extra-high voltage electricity transmission and transformation project is one of most important projects in the services of interregional electricity supply.The extra-high voltage substation will obviously impact the outside acoustic environment by the running of transformers and reactors and other facilities.Therefore，it is necessary to take measures to reduce the noise impact on the outside acoustic environment in project design phase.Applying frequently-used techniques of acoustic insulation in large substations and converter stations，three schemes were programmed with Cadna/A to find out effects of noise reduction by the simulation of the acoustic environment outside and inside the substation.The results showed that in normal conditions，the distance of station boundary noise exceeding the standard limits would be over 200 m，the project would cause nighttime noises of neighboring village to increase obviously，and the impacted neighboring area was more than 301 000 m2.If the reactors added the Box-in structure，the restricted land area exceeding the standard limit outside the substation would decrease by more than 75%.When both the transformers and reactors used the Box-in structure，theboundary noise of extra-high voltage substation could meet the standard，and the increment of nighttime noise in neighboring villages was less than 1 dB(A).

extra-high voltage substation;acoustic environment;simulation;noise reduction

X593

A

10.3969/j.issn.1674-991X.2012.03.041

1674-991X(2012)03-0264-07

2011-12-23

李雪亮(1965—)，男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電力、電網(wǎng)規(guī)劃，電網(wǎng)項(xiàng)目管理，電力供需分析預(yù)測，電力環(huán)境保護(hù)研究，lixl0312@163.com

*通訊作者:徐振(1981—)，男，博士，主要從事森林生態(tài)和生態(tài)水文、電力環(huán)境保護(hù)研究，alex_xuzhen@163.com