張國華，齊建召，李永桂

（河北省電力勘測設(shè)計研究院，石家莊 050031）

Cadna／A軟件在1 000kV變電站隔聲屏障設(shè)計中的應(yīng)用

張國華，齊建召，李永桂

（河北省電力勘測設(shè)計研究院，石家莊 050031）

介紹隔聲屏障聲學(xué)原理及Cadna／A軟件，以天津南1 000kV交流特高壓變電站設(shè)計項(xiàng)目為例，采用Cadna／A軟件對該變電站不同高度的隔聲屏障降噪效果進(jìn)行預(yù)測，將Cadna／A軟件的預(yù)測結(jié)果與繞射損失理論公式計算結(jié)果進(jìn)行比對，認(rèn)為Cadna／A軟件計算的插入損失比理論公式計算的插入損失稍高，在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合變電站實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，對Cadna／A仿真預(yù)測軟件計算的插入損失進(jìn)行修正。

Cadna／A；1 000kV變電站；噪聲；隔聲屏障

根據(jù)《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》的規(guī)定，建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境噪聲污染防治設(shè)施必須與主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投產(chǎn)使用。建設(shè)項(xiàng)目在投入生產(chǎn)或者使用之前，其環(huán)境噪聲污染防治設(shè)施必須經(jīng)原審批環(huán)境影響報告書的環(huán)境保護(hù)行政主管部門驗(yàn)收；達(dá)不到國家規(guī)定要求的，該建設(shè)項(xiàng)目不得投入生產(chǎn)或者使用。

為了降低1 000kV變電站噪聲對附近敏感點(diǎn)的影響，在廠界處設(shè)置隔聲屏障是一種常見的噪聲控制措施［1］。對降噪效果影響最大的因素是隔聲屏障高度，在隔聲屏障高度設(shè)計中可以采用繞射損失理論公式（以下簡稱“理論公式”）進(jìn)行計算。但理論公式計算僅僅針對單個噪聲源，若噪聲源較多時，需對理論公式計算結(jié)果進(jìn)行疊加，工作量較大。并且理論公式不能同時考慮地面、空氣等因素對噪聲的影響。采用Cadna／A［2］噪聲預(yù)測模擬軟件進(jìn)行隔聲屏障設(shè)計則可以避免理論公式計算的問題。

1 隔聲屏障聲學(xué)原理

噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障時，將沿著三條路徑傳播：一部分越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)，一部分穿透聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn)，一部分在聲屏障面上產(chǎn)生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)出的聲波沿這3條路徑傳播的聲能量分配。聲波在這3條路徑上的能量分配見圖1。

圖1 聲波傳播路徑

受聲點(diǎn)處的聲波有一部分來自聲屏障頂部的繞射，越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)的聲能量比沒有聲屏障時的直達(dá)聲能量小，直達(dá)聲與繞射聲的聲級之差，稱為繞射聲衰減。繞射聲衰減隨著繞射路徑的增大而增大，是噪聲源、受聲點(diǎn)與聲屏障三者幾何關(guān)系和頻率的函數(shù)，是決定聲屏障插入損失的主要物理量。受聲點(diǎn)處的另一部分能量來自于從聲源發(fā)出的聲波透過聲屏障傳播到受聲點(diǎn)的透射聲。穿透聲屏障的聲能量取決于聲屏障的面密度、聲波的入射角及頻率。聲屏障的隔聲能力用傳聲損失來評價。傳聲損失越大，透射的聲能量越??；反之，傳聲損失越小，則透射的聲能量越大。透射的聲能量可能會減少聲屏障的插入損失，透射引起的插入損失降低量稱為透射聲修正量。通常在聲學(xué)設(shè)計時，要求插入損失與透射聲修正量差值≥10dB，此時透射的聲能量可以忽略不計。

2 Cadna／A軟件介紹

Cadna／A噪聲預(yù)測模擬軟件可以模擬研究廠界處不同高度隔聲屏障對高壓電抗器噪聲的降噪效果，是一套經(jīng)環(huán)保部環(huán)境工程評估中心認(rèn)證的噪聲模擬和預(yù)測軟件，該軟件理論基礎(chǔ)與HJ 2.4－2009《環(huán)境影響評價導(dǎo)則——聲環(huán)境》要求一致，預(yù)測結(jié)果可靠。

Cadna／A系統(tǒng)是一套基于ISO 9613標(biāo)準(zhǔn)方法、利用WINDOWS作為操作平臺的噪聲模擬和控制軟件。Cadna／A軟件廣泛適用于多種噪聲源的預(yù)測、評價、工程設(shè)計和研究。軟件界面輸入采用電子地圖或圖形直接掃描，定義圖形比例按需要設(shè)置。對噪聲源的輻射和傳播產(chǎn)生影響的物體進(jìn)行定義，簡單快捷。按照各國的標(biāo)準(zhǔn)計算結(jié)果和編制輸出文件圖形，顯示噪聲等值線圖和彩色噪聲分布圖。Cadna／A軟件流程設(shè)計合理，功能齊全，用戶界面友好，操作方便，易于掌握使用。從聲源定義、參數(shù)設(shè)定、模擬計算到結(jié)果表述與評價構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換和源、構(gòu)建物與受體點(diǎn)的確定，具有多種數(shù)據(jù)輸入接口和輸出方式。特別是三維彩色圖形輸出方式使預(yù)測結(jié)果更加可視化和形象化。

3 Cadna／A軟件的應(yīng)用

以天津南1 000kV交流特高壓變電站設(shè)計項(xiàng)目為例，高壓電抗器的聲功率較高，離聲源1m處的噪聲值為80dB，且聲源距離廠界較近，若不采取降噪措施，廠界噪聲將超標(biāo)。高壓電抗器外形尺寸為7.2m×3.9m×5m（長×寬×高），高抗外邊緣距離廠界約20m，根據(jù)噪聲相關(guān)的環(huán)評導(dǎo)則，可將高抗簡化為離地高度為5m的點(diǎn)聲源進(jìn)行研究。

3.1 預(yù)測模型的建立

該預(yù)測模型擬研究在廠界處安裝隔聲屏障來降低高抗噪聲對廠界的影響，按照GB 12348－2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中對測點(diǎn)的要求，測點(diǎn)設(shè)在圍墻外1m，離地高度為1.2m處。噪聲預(yù)測模型見圖2。

圖2 噪聲預(yù)測模型

以下主要研究預(yù)測不同高度隔聲屏障的降噪效果，為了便于研究，本預(yù)測模型不考慮隔聲屏障本體的透射損失。預(yù)測模型的參數(shù)假設(shè)如下：高抗噪聲源為100Hz的單頻發(fā)聲，廠界隔聲屏障的高度分別設(shè)置為1.2m、2m、2.5m、3m、3.5m、4 m、4.5m、5m、5.5m、6m。

3.2 基于Cadna／A噪聲預(yù)測軟件的計算結(jié)果

以下采用Cadna／A軟件建立模型來預(yù)測隔聲屏障的降噪效果，同時將預(yù)測結(jié)果與理論公式計算結(jié)果進(jìn)行對比來驗(yàn)證本模型建立的科學(xué)性及預(yù)測結(jié)果的可靠性。

Cadna／A軟件中的三維模型見圖3，噪聲源設(shè)置為80dB。當(dāng)不設(shè)置隔聲屏障時，由于距離衰減，高抗噪聲傳播到廠界處為60.3dB。

圖3 Cadna／A三維預(yù)測模型和無屏障噪聲分布

按照廠界隔聲屏障的高度：1.2m、2m、2.5m、3 m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m，對廠界噪聲結(jié)果進(jìn)行預(yù)測。不同高度隔聲屏障廠界噪聲預(yù)測結(jié)果見表1。

表1 不同高度屏障廠界噪聲預(yù)測結(jié)果

不同高度隔聲屏障插入損失預(yù)測結(jié)果見表2。

表2 不同高度屏障插入損失預(yù)測結(jié)果

4 Cadna／A軟件應(yīng)用效果分析

為驗(yàn)證Cadna／A軟件是降噪效果，采用了Cadna／A仿真預(yù)測軟件計算與繞射損失理論公式計算2種計算方式比對的方式。

4.1 隔聲屏障繞射損失理論公式計算

點(diǎn)聲源繞射聲衰減的計算如下：

以100Hz為頻率計算模型中不同高度隔聲屏障的繞射損失，計算結(jié)果見表3。

表3 不同高度屏障繞射損失計算表

4.2 兩種計算結(jié)果的對比分析

為研究隔聲屏障對點(diǎn)聲源的降噪效果，采用了Cadna／A仿真預(yù)測軟件計算與理論公式計算，進(jìn)行對比。計算結(jié)果的比較見圖4。

從圖4中可知，由于Cadna／A仿真預(yù)測軟件考慮了地面吸收、大氣吸收等因素對噪聲的衰減，在屏障高度相同的情況下，Cadna／A仿真預(yù)測軟件計算的插入損失比理論公式計算的插入損失稍高。當(dāng)屏障高度為2m以下時，Cadna／A仿真預(yù)測軟件計算的插入損失比理論公式計算的插入損失高約2.5dB，當(dāng)屏障高度為2～3.5m 時，Cadna／A仿真預(yù)測軟件計算的插入損失比理論公式計算的插入損失高約2dB，當(dāng)屏障高度大于3.5m時，Cadna／A仿真預(yù)測軟件計算的插入損失比理論公式計算的插入損失高約1dB。在實(shí)際應(yīng)用中，還需結(jié)合變電站實(shí)際案例檢測數(shù)據(jù)，對Cadna／A仿真預(yù)測軟件計算的插入損失進(jìn)行修正。

5 結(jié)束語

按照相關(guān)規(guī)范對噪聲監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)要求，噪聲監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)設(shè)在圍墻外1m，離地高度1.2m處。1 000kV變電站的圍墻高度一般不小于2m，按100Hz單頻發(fā)聲計算結(jié)果，圍墻已有約8dB的插入損失，若在圍墻處安裝6m高的隔聲屏障，則插入損失會增加7dB，總插入損失約15dB。采用隔聲屏障的噪聲控制方式，很難獲得超過15dB的降噪量。在天津南1 000kV交流特高壓變電站設(shè)計項(xiàng)目中，廠界隔聲屏障設(shè)計高度為6.0m，能夠確保廠界噪聲滿足GB12348－2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中的2類標(biāo)準(zhǔn)。在特高壓變電站噪聲控制設(shè)計中，可以按照噪聲源與廠界的位置關(guān)系，根據(jù)需要的降噪量設(shè)計廠界處屏障的高度。高度設(shè)計合理的隔聲屏障，可實(shí)現(xiàn)最少的投資滿足噪聲控制目標(biāo)。

［1］萬保權(quán)，謝輝春，樊 亮，等.特高壓變電站的電磁環(huán)境及電暈控制措施［J］.高壓電技術(shù)，2010，36（01）：109-115.

［2］齊 飛，余 寒，華 偉.Cadna／A在江蘇500kV變電站噪聲環(huán)境預(yù)測中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（04）：06-07.

本文責(zé)任編輯：楊秀敏

Application of Cadna／A Software in 1 000kV Substation Sound Insulation Barrier Design

Zhang Guohua，Qi Jianzhao，LI Yonggui
（Hebei Electric Power Design ＆ Research Institute，Shijiazhuang 050031，China）

This paper describes the acoustic principle of sound barrier and the Cadna／A software，in the design project of Tianjin south 1 000kV AC substation，different height noise barrier effect is predicted by Cadna／A software，the Cadna／A software prediction results were compared with the loss theoretical formula calculation results，that the Cadna／A software results are a slightly higher than the theoretical formula results，in the practical application，the Cadna／A simulation prediction software need to correct combined with the actual measurement data.

Cadna／A；1 000kV substation；noise；sound barrier

TM631.1

B

1001-9898（2015）03-0008-03

2015-03-02

張國華（1981－），男，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)設(shè)計、環(huán)境影響評價、噪聲控制設(shè)計研究工作。