朱藝婷　周 峰　徐春燕

(浙江省輻射環(huán)境監(jiān)測站， 杭州　310012)

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變電站聲環(huán)境影響預測中聲源虛擬中心點的確定

朱藝婷周 峰徐春燕

(浙江省輻射環(huán)境監(jiān)測站， 杭州310012)

摘要：在變電站聲環(huán)境影響評價中，未滿足聲源中心到預測點之間的距離超過聲源最大幾何尺寸2倍的情況下，仍簡化為點聲源進行預測會產(chǎn)生一定的偏差。以杭州地區(qū)1臺220 kV已投運的變壓器為例，使用包絡表面法測量其正常運行時的A計權聲壓級和背景聲壓級，計算該臺主變的聲功率級。根據(jù)半自由場聲源聲壓級與聲功率級的數(shù)量關系，推導聲源虛擬中心點的位置，并通過實測數(shù)據(jù)與兩種不同衰減距離取值下的理論預測值進行比較分析。結果表明，在測點距離聲源較近區(qū)域內，衰減距離的取值應為測點至聲源虛擬中心點的距離，不能簡單使用測點至外廓邊界距離。

關鍵詞：變壓器；噪聲預測；包絡表面法；虛擬中心點；衰減

近年來，國家以擴能、成網(wǎng)為主導，規(guī)劃并建設了一大批基礎電力設施，建成并投運了多條特高壓、超高壓的交流、直流輸電線路，輸配電網(wǎng)逐漸完善，供電服務范圍進一步深入負荷區(qū)域，極大地完善了電能供給。

在此背景下，作為輸變電設施中不可或缺的變電站，其環(huán)境影響成為公眾關注的熱點。電壓等級110 kV及以上的變電站在開工建設前均需履行環(huán)保審批手續(xù)，這其中，除電磁環(huán)境影響外，噪聲也成為不可忽視的一個影響因子。因此，應選取合理的預測參數(shù)和計算方法，對變電站主要聲源變壓器產(chǎn)生的噪聲影響程度進行科學預測。

1變壓器噪聲的聲源解析

變壓器在正常運行情況下，產(chǎn)生的噪聲包含了機械噪聲和氣流噪聲。其中，變壓器鐵心勵磁時產(chǎn)生的磁致伸縮會引起空氣振動，冷卻風機葉片旋轉時產(chǎn)生氣流漩渦，這些均能產(chǎn)生氣流噪聲；線圈導體間的吸力和斥力，變壓器油箱壁和散熱管的振動，這些均能產(chǎn)生振動噪聲。

因此，變壓器是一個包含多種類型噪聲的復合聲源，本體輻射的噪聲屬于中、低頻噪聲，頻段在100～500 Hz為噪聲水平貢獻值最大[1]，通風散熱系統(tǒng)的風機噪聲則以中高頻噪聲為主[2]。

2變電站聲環(huán)境影響預測中存在的問題

對變電站進行噪聲環(huán)境影響評價時，主要評價依據(jù)為HJ 2.4—2009《環(huán)境影響評價技術導則聲環(huán)境》，評價標準包括GB 12523—2011《建筑施工場界環(huán)境噪聲排放標準》、GB 3096—2008《聲環(huán)境質量標準》、GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》等。

對變電站運行期聲環(huán)境影響進行評價的過程中，在確定評價等級后，首先應了解變電站內主要的噪聲源種類、數(shù)量、源強、分布情況、至廠界距離等參數(shù)，并進行工程分析。同時，調查變電站周圍500 m評價范圍內的環(huán)境保護目標，包括類型、數(shù)量、相對位置、建筑物情況等。

取得上述基本資料后，選擇合適的預測模式對聲源進行簡化，通過類比分析或理論計算，預測聲源正常運行的情況下，廠界及周邊環(huán)境保護目標受噪聲影響的程度。必要情況下，根據(jù)聲環(huán)境技術導則一級、二級評價等級的要求，繪制等聲線圖，用以直觀顯示工程投運后噪聲影響的程度和范圍。遇到高度較高、樓層數(shù)較多的環(huán)境保護目標時，還應對垂直方向上噪聲變化趨勢進行預測分析。

環(huán)評單位在進行噪聲衰減的計算時，一般都直接將變壓器簡化為點聲源，利用設計單位或主變壓器生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)，即距離主變1 m或2 m處的聲壓級直接進行計算。該方法對于整個評價范圍內的預測來說，是可行的，因為與整個變電站和評價范圍比較可知，主變的尺寸相對較小，這種簡化是合理的。但對于近距離范圍來說，這種簡化存在一定的不準確性。根據(jù)HJ 2.4—2009《環(huán)境影響評價技術導則聲環(huán)境》中點聲源的定義，在聲環(huán)境影響評價中，聲源中心到預測點之間的距離超過聲源最大幾何尺寸2倍時，可將該聲源近似為點聲源[3]。

在滿足以上距離要求的前提下，可將主變視作點聲源，點聲源幾何發(fā)散衰減公式是：

Adiv=20lg(r/ro)

(1)

式中：Adiv—幾何衰減量，dB；

r—預測點至聲源的距離，m；

r0—參考距離，m。

但在距離主變較近的區(qū)域，如仍按照點聲源進行計算，會產(chǎn)生一定的誤差。若主變安裝位置靠近廠界，可能引起廠界噪聲預測結果的偏差。因此，在預測過程中，不應直接將r0取作1 m或2 m，而應找出其聲源虛擬中心點，以該虛擬中心點到廠界、環(huán)境保護目標處的距離進行計算，能盡量避免偏差，使計算結果較為準確。

本文以浙江省杭州地區(qū)某220 kV變電站內已投運的1臺變壓器(1#主變)為范例，對其進行了詳細測量，討論聲源虛擬中心點的取值方法，并與實際測量結果進行了比較和分析。

3利用包絡表面法計算聲源聲功率級

設計單位一般給出的是距離主變1 m或2 m處的聲壓級，為求得聲功率級，采用包絡表面法計算聲源聲功率級[4]。

該1#主變位于某220 kV變電站西南角，主變全戶外布置，主控樓等建筑物集中布置在變電站北側，2#主變尚未進場安裝，因此1#主變周圍可以認為是空曠地帶，且沒有會產(chǎn)生明顯干擾的噪聲源。經(jīng)實地測量，1#主變外形尺寸約為9.2 m×7.6 m×7.5 m(L×W×H)。

考慮布設監(jiān)測點位的可操作性，在距離主變4側1 m處，設置3條輪廓線，3條輪廓線在垂直方向上等間距分布(包絡線3離地約1.9 m，包絡線1、2、3間距1.9 m)。各個測點等間距布設在輪廓線上，每個測點間隔1 m。輪廓線示意見圖1。

每個測點的監(jiān)測時間為30 s?？梢越普J為，上述測點將主變圍成了一個包絡面，用包絡面上測得的數(shù)據(jù)計算該主變的聲功率級LWA。

圖1　輪廓線及監(jiān)測布點示意

3.1測量表面平均A計權聲壓級的計算

測量表面平均A計權聲壓級和測量表面平均背景噪聲A計權聲壓級用以下公式計算。

(2)

(3)

N—傳聲器數(shù)量，即測點個數(shù)。

3.2背景噪聲修正

修正值KA用下式計算：

KA(dB)=-10lg(1-10-0.1△LA)

(4)

若，△LA>10dB不需修正，當△LA在3~10dB之間，應根據(jù)公式(4)加以修正。

3.3聲功率級的計算

(5)

聲功率級按式(6)計算：

(6)

S—包絡面包含的表面積，m2；

S0—1m2。

由上述公式得1#主變的聲壓級為94.2 dB(A)。

4聲源預測虛擬中心點的確定方法

主變可視作放置在剛性地面上的聲源，聲源處于半自由聲場，聲音只能向半空間輻射，用聲壓級表示，可得r處的聲壓級：

Lp=Lw-20lgr-8

(7)

式中：Lp—聲源聲壓級，dB；

Lw—聲源聲功率級，dB；

r—預測點至聲源的距離，m。

采用包絡面法計算聲功率級時的監(jiān)測數(shù)據(jù)和計算結果，取高度居中的輪廓線上，主變東側和西側同一條直線上的各一個測點的測量結果Lp1和Lp2，由于Lw固定不變，可知：

Lp1+20lgr1+8=Lp2+20lgr2+8

(8)

式中：r1、r2—虛擬中心點至變壓器外廓東側和外廓西側的距離，m；

Lp1、Lp2—在同一直線上測得的聲壓級，dB。

(r1+r2-2)m即為設備外廓寬度，對確定型號的主變設備來說，該值為固定值。

計算方法示意見圖2。

圖2　聲源虛擬中心點的確定方法示意

由上述方法求解二元一次方程組，可求得r1、r2，則虛擬中心點的位置可近似確定。

主變可將其視作由多個小體聲源組合而成的一個大體聲源，且排列組合不均勻。因此，虛擬中心點的位置往往不是主變的幾何中心點。

將Rc定義為虛擬中心點至設備實體邊界的距離，受限于本次測量工作的測量組數(shù)，計算得到1#主變虛擬中心點Rc為3.95 m，離地高度為3.80 m。

在同一條直線兩側取點測量、建立二元一次方程組時，考慮到各小體聲源布置的位置和密度，應盡量將實測點位設置在主變中間高度的水平面上。而虛擬中心點的精確確定，還需要增加測量組數(shù)，逐漸縮小范圍，最后得到較為準確的結果。

5衰減距離不同取值情況下比較分析

根據(jù)上述計算方法，在與Rc相同的直線方向上布點測量噪聲衰減情況，測點至設備邊界距離記為D，測量項目為連續(xù)等效A聲級LAeq，每個測點的監(jiān)測時間1分鐘，測量結果記為Lp。

根據(jù)式(2)，Lw已由包絡面法求得，r的取值分兩種情況進行計算：(1) r=Rc+D；(2)r=D。因此，每個測點均可分別求得兩種不同的計算結果，記為Lm和Ln，與實測結果的差值分別為(Lm-Lp)和(Ln-Lp)。計算及比較結果見表1。

表1　r不同取值情況下計算結果與實測結果比較

由上表的比較分析結果可知，在距離小于20 m的測量區(qū)域內，聲源不能被視作點聲源，衰減距離r的取值應為Rc+D，計算結果與實測數(shù)據(jù)誤差結果相對較小，最大誤差值為1.0 dB(A)；產(chǎn)生誤差值可能是如下兩個原因：(1)計算確定的虛擬中心點位置仍有偏差，可通過增加測量組數(shù)來獲得較為準確的位置；(2)主變噪聲在傳播過程中的反射、吸收作用。

如直接以測點至設備外廓距離D作為r代入計算，誤差較大，最大可達6.3 dB(A)。

在距離20 m之外的區(qū)域，聲源可簡化為點聲源，此時，衰減距離可直接取值為D，計算結果與實測值較為接近。

6結論

本文通過包絡面法計算出聲源聲功率級，并根據(jù)點聲源衰減公式，比較了r不同取值情況下，計算結果與監(jiān)測結果的差值大小。

在測點距離聲源較近，尚不能視作點聲源的情況下，r 的取值應為測點至聲源虛擬中心點的距離，不能簡單使用測點至外廓邊界距離作為r，否則會使預測結果偏大。

在滿足大于聲源最大尺寸2倍距離的要求下，衰減距離r可直接使用測點至外廓邊界距離，計算結果與實測值較為接近。

在實際環(huán)境影響評價中，設備尚未安裝投運，本文使用的聲源虛擬中心點的計算方法較難實現(xiàn)。為提高預測準確度并簡化預測步驟，可參考同電壓等級、相同主變容量、相似型號的主變，選取已經(jīng)投運的主變，通過多組不同方向直線上的測量確定虛擬中心點至設備實體邊界的距離即Rc進行預測分析。

參考文獻

[1] 閆維明, 李振海, 張志強, 等. 高壓輸變電設施低頻噪聲特性研究與限值的確定[J]. 噪聲與振動控制, 2013, 33(1):168-172.

[2] 周建飛, 周年光, 陽金純, 等. 城區(qū)變電站噪聲控制典型技術[J]. 噪聲與振動控制, 2011, 31(5):173-177.

[3] 環(huán)境保護部. HJ 2.4—2009環(huán)境影響評價技術導則 聲環(huán)境[S].2009.

[4] 國家技術監(jiān)督局. GB/T 3768—1996聲學聲壓法測定噪聲源聲功率級反射面上方采用包絡測量表面的簡易法[S]. 1996.

Determination of virtual center point of the acoustic source: electric substation

Zhu Yiting，Zhou Feng，Xu Chunyan

(Zhejiang Radiation Environmental Monitoring Center，Hangzhou 310012，China)

Abstract:In the evaluation of the acoustic environment of the substation, the result was often unsatisfying when the distance between the center of the sound source and the prediction point was less than 2 times the maximum geometrical dimension of the sound source. This paper used the enveloping surface method to measure A- weighted sound pressure level and background sound pressure level to calculate the sound power level of the 220kV substation in Hangzhou. According to the quantitative relation between sound pressure level and the sound power level of semi free field sound source, we derived the acoustic source virtual center position, and compared the predicted data with two different attenuation distance values. The results showed that when the measuring points were close to the sound source, it is better to select the sound source's virtual center for the calculation of attenuation distance, rather than the boundary of the acoustic source.

Keywords:substation; noise prediction; enveloping surface method; virtual center point of acoustic source; attenuation

中圖分類號：X828

文獻標志碼：A

作者簡介：朱藝婷，女，1984年生，碩士，研究方向：噪聲與電磁環(huán)境影響分析與評價。E-mail：zhuyt0701@126.com

收稿日期：2015-10-08；2015-11-30修回