伍發(fā)元，劉勝楠，王亞晨，劉　平，徐　銳，蔡　俊

（1.國網江西省電力科學研究院，南昌 330029；2.上海交通大學 環(huán)境科學與工程學院，上海 200240）

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220 kV向塘線路可聽噪聲的特性分析

伍發(fā)元1，劉勝楠2，王亞晨2，劉平1，徐銳1，蔡俊2

（1.國網江西省電力科學研究院，南昌 330029；2.上海交通大學 環(huán)境科學與工程學院，上海 200240）

摘要：為了解220 kV向塘輸電線路電暈可聽噪聲特性及其對居民生活的影響，對輸電線路開展現場測試并進行電暈放電紫外光、環(huán)境噪聲和聲能量分析。研究結果表明：電暈放電主要集中在線路上。樓頂夜間測試可聽噪聲為46.2 dB(A)，雖然只是稍稍超過《聲環(huán)境質量標準》中1類區(qū)域的45 dB(A)限值，但現場有明顯的輸電線路“咝咝”噪聲，擾民嚴重。研究從聲能量角度分析發(fā)現，夜間輸電線路可聽噪聲能量主要集中在200 Hz以下的低頻部分，通過住戶方向的指向性聲強測試發(fā)現，輸電線路正對頂樓住戶方向所傳出來的聲能量在100 Hz頻率處最大,從而解釋了夜間輸電線路輕微超標但特有噪聲感覺明顯的現象。

關鍵詞：聲學；交流輸電線路；電暈放電；可聽噪聲；聲能量；聲強

目前，隨著電力需求的持續(xù)增加和國家電網建設的快速發(fā)展，輸電線路、變電站等設施的電壓等級

1　可聽噪聲產生機理

當輸電線路導線表面的電場強度高于電暈起始場強時，會引起導線附近的空氣發(fā)生電暈放電，并伴隨著重復性的脈沖放電。這種由導線表面雜亂無章的脈沖引起的寬頻帶噪聲屬于中高頻噪聲，頻率范圍通常集中在400 Hz～10 kHz。突發(fā)脈沖具有一定的隨機性，聽起來像破碎聲、“吱吱”聲或“咝咝”聲，與一般環(huán)境噪聲有著明顯區(qū)別。實際的輸電線路電暈放電產生的可聽噪聲，一般是導線上一系列隨機放電點電暈的綜合效應[14，15]。輸電線路電暈產生的可聽噪聲與線路結構設計、施工及環(huán)境因素有關。

表1　導線的機械物理特性表

2　實驗儀器與測試方法

2.1實驗情況說明

220 kV向塘電鐵雙回線路全長20.383公里，是向莆電氣化鐵路的重要配套工程，其中向塘電鐵Ⅲ回線運行負荷為有效功率1.601 MW，電流4.04 A，電壓228.8 kV；向塘電鐵Ⅳ回線運行負荷為有效功率1.602 MW，電流4.04 A，電壓229 kV。本研究對28#—29#桿架空線路涉民處的環(huán)境噪聲進行現場測試，該段測試線路（28#—29#桿）地處南昌縣向塘鎮(zhèn)，從劍霞村西田自然村南側穿過，使用導線的機械物理特性如表1所示。當地居民反映輸電線路產生了清晰的可聽噪聲，嚴重影響他們的正常生產和生活，離線路兩側距離較近的房屋有四棟，其中投影距離最近的一戶居民家在線路北側8 m處（見圖1），在該居民家測量的輸電線路可聽噪聲值最大，受影響最嚴重。

圖1　現場測試所處的居民樓

2.2測試方法介紹

根據《架空送電線路可聽噪聲測量方法》[16]要求，測量位置應在兩側塔高基本相同的檔距中央且距交流線路外側導線正極導線的垂直投影15 m處?？紤]到居民家距輸電線的水平投影距離只有8米，且輸電線另一側水平投影距離不到1 m處為池塘，無法按方法規(guī)定布置測點。實地勘測后決定在離輸電線距離最近的居民家附近布置三個測點，分別是高壓線正下方21 m處（距居民家8 m處）的1號測點，居民家樓頂、距高壓線17 m處的2號測點，以及作為環(huán)境背景的居民家正后方的3號測點，如圖2所示。測試使用的儀器分別是daycor super B紫外光測試儀、LTI Trupuse 200/200 B測高測距儀、聲望MC 3642四通道聲學分析系統(tǒng)以及SI 512聲強探頭，其中聲強測試雙探頭間的距離選擇50 mm（測試頻率范圍為63 Hz～1 000 Hz）。測試時間為下午2點至5點，晚上23點至次日凌晨2點。

圖2　測點布置示意圖

2.3輸電線路可聽噪聲計算方法

由于測量是在同樣的采樣時間間隔下，測試得到一系列A聲級數據的序列，測量時段內的等效連續(xù)A聲級通過以下表達式計算[17]式中N——測試數據個數；

LAi——第i個A計權聲壓級，dB(A)。

對于測點1/3倍頻程下總聲壓級表達式為

式中Lp i——不同中心頻率處的聲壓級，dB(A)。

對于聲強分析，聲強級表達式如下式中LI——不同中心頻率處的聲強級，dB。

I0——基準聲強，I0=10-12W/m2。

3　實驗結果與分析

3.1電暈放電分析

研究采用以色列daycor super B紫外光測試儀，分析向塘線路28#—29#兩塔桿間輸電線路的電暈放電狀況，分析發(fā)現，線路電暈放電主要集中在線路上（見圖3），塔桿所支撐的線路夾具和絕緣體沒見明顯電暈放電。

3.2環(huán)境噪聲分析

采用聲望MC 3642四通道聲學分析系統(tǒng)記錄向塘線路31.5 Hz到16 kHz頻率范圍內隨時間變化的瞬時總聲壓級，數據經計算得到等效連續(xù)聲級、聲級時間變化曲線和相應的可聽噪聲頻譜圖，分別見表2、圖3和圖4。

圖3　輸電線路電暈放電紫外光分析

圖4　220 kV向塘線聲級時間變化曲線圖

表2　220 kV向塘線的等效連續(xù)A計權聲壓級/dB(A)

由表2可知，居民樓頂和院子測得的可聽噪聲均高于背景聲。白天樓頂測得的可聽噪聲在49 dB (A)左右，比院子里的可聽噪聲約高5.1 dB(A)，都滿足《聲環(huán)境質量標準》中1類區(qū)域的限值標準。晚上樓頂和院子里測得的可聽噪聲接近，在46 dB（A）左右，略微超過了《聲環(huán)境質量標準》中1類區(qū)域夜間45 dB(A)的限值標準。

在圖4中可以看到白天的時域圖聲級起伏較大，夜間的相對平穩(wěn)。綜合現場環(huán)境分析得到，白天的聲級起伏是由于受到村莊周圍社會生活噪聲（例如狗叫、來往車輛）的影響；而夜間的聲級起伏是由于遠處的火車駛過所致。

從圖5（a）中可知，在小于125 Hz的低頻段，三個測點測得的聲級比較接近；在125 Hz～8 kHz中頻段，隨著頻率的增加，樓頂測試的可聽噪聲逐漸與院子的、背景噪聲區(qū)分開來。從圖5（b）中可知，在125 Hz～500 Hz的中低頻段，樓頂測試的可聽噪聲比院子高4.3 dB；在500 Hz～8 kHz的中高頻段，院子測試的可聽噪聲高于樓頂，尤其在4 kHz左右，院子測得的可聽噪聲比樓頂高8.5 dB，結合測試現場環(huán)境分析原因，可能是因為晚上院子里的昆蟲叫聲干擾高頻區(qū)域導致。

從國家標準來看，該處環(huán)境噪聲僅夜間輕微超標，但實際居民反映該處噪聲擾民嚴重，在夜間，現場確實可清晰聽到輸電線路的“咝咝”聲。由于從環(huán)境噪聲測試常用的指標無法清楚解釋該高壓線路擾民現象，因此需進一步從聲能量的角度開展研究。

圖5　220 kV向塘線可聽噪聲頻譜圖

圖6　輸電線路可聽噪聲的時頻域能量譜圖

3.3聲能量分析

由于夜間環(huán)境噪聲略微超標且輸電線路可聽噪聲明顯，故對樓頂和院子測點處的夜間可聽噪聲進行了現場同步錄音，將音頻文件通過Matlab數值處理得到了可聽噪聲的時頻域能量譜圖，見圖6。

從樓頂處能量譜圖中可以看出，輸電線路可聽噪聲能量隨時間變化相對穩(wěn)定，其能量分布主要集中在200 Hz以下的低頻部分。而從現場情況來看，夜間比晝間更明顯地聽到輸電線路的“咝咝”聲，分析原因是由于夜晚露水水滴在導線上形成或聚集，從而產生大量沿導線隨機分布的電暈放電并產生爆裂聲。

而從院子處能量譜圖中發(fā)現，能量除了集中在上述低頻部分，還集中在3 800 Hz～4 500 Hz的范圍內。分析原因是由于院子草叢中的蟲鳴聲所致，考慮到圖5中的能量譜圖并不一定表示住戶所接收的聲能量數值。為此，采用指向性聲強測試方法對輸電線路夜間噪聲頂樓住戶方向的聲能量傳播進行現場測試。聲強具有指向性，是指單位時間通過垂直于聲波傳播方向單位面積的聲能量，單位w/cm2；聲強級是用來表示聲音強度的等級，單位為dB。采用對置式聲強探頭，雙探頭間的距離選擇50 mm，測試頻率范圍為63 Hz～1 000 Hz，聲強探頭軸線與高壓輸電線路和頂樓住戶房間的連線方向一致，選取夜間聲強測試結果進行分析，如圖7所示。

從圖7中可以看出，夜晚輸電線路噪聲住戶方向的聲強在100 Hz處出現最大值，即輸電線路正對住戶方向所傳播的聲能量在100 Hz頻率處最大。由于聲強是與聲壓幅值或質點速度幅值的平方成正比，當傳到人耳內的聲能量以及所引起的鼓膜受迫振動幅值大時，人所感到的聲音就響，因此從聲能量分析的角度可以解釋夜間輸電線路輕微超標，但噪聲感覺明顯的現象。

圖7　輸電線路住戶方向夜間聲強頻譜曲線

4結　語

220 KV向塘輸電線路臨近居民樓的樓頂可聽噪聲最高，其晝間聲壓級為49.3 dB(A)，滿足《聲環(huán)境質量標準》中1類區(qū)域的限值標準；夜間為46.2 dB (A)，則超過了相應的標準。測試現場發(fā)現輸電線路特有噪聲白天受到外界社會生活噪聲影響感覺并不明顯，但夜間由于背景噪聲降低以及夜晚露水的影響可明顯聽到輸電線路的“咝咝”聲。雖然夜間噪聲只是輕微超標，但居民反映干擾嚴重，因此從聲能量角度進一步分析研究發(fā)現，輸電線路可聽噪聲能量主要集中在200 Hz以下的低頻部分，夜間院子測試容易受到蟲鳴聲的影響，其頻率主要集中在3 800 Hz～4 500 Hz范圍內。對住戶方向的指向性聲強測試表明，輸電線路正對住戶方向所傳播的聲能量在100 Hz頻率處最大。由此，人所感到的聲音響，從而解釋了夜間輸電線路輕微超標，但噪聲感覺明顯的現象。本研究對220kV輸電線路可聽噪聲進行了特性分析，從環(huán)境聲學的角度解釋了擾民現象，但由于引起可聽噪聲的電暈放電受氣象條件的影響，因此，未來研究可考慮不同氣象條件對輸電線路可聽噪聲的影響。

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中圖分類號：TM937

文獻標識碼：A

DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2016.01.026

文章編號：1006-1355(2016)01-0120-05

收稿日期：2015-01-29

基金項目：國家電網公司科技項目《220 kV向塘電鐵輸電線路可聽噪聲特性研究》

作者簡介：伍發(fā)元（1979-），男，湖北公安人，碩士，工程師，主要研究方向為電力系統(tǒng)環(huán)境保護。

通信作者：蔡?。?976-），男，副教授。E-mail:juncai@sjtu.edu.cn相應提高，長距離、大容量的高壓輸電線路已大量投入使用，隨之而來的電路可聽噪聲問題也越來越受到人們的關注，一些高壓電線不可避免的會穿過居民區(qū)，經常引起沿線居民的抱怨和投訴[1–3]。鄔雄等研究發(fā)現，相同A計權聲級下，輸電線路的可聽噪聲比交通噪聲更令人厭煩且影響人體健康，在比普通公共噪聲低10 dB左右時，線路可聽噪聲具有與公共噪聲相同的睡眠喚醒概率[4]。閆維明等開展了典型輸變電設施噪聲對人體感受調查試驗，提出了高壓輸變電設施低頻噪聲限值[5]。因此，線路可聽噪聲已成為導線選型、線路結構設計必須考慮的因素，也是目前的研究熱點方向[6，7]，對于高壓線路建設工程環(huán)境影響評估有著非常重要的意義。但目前我國未對輸電線路的可聽噪聲制定相關標準，且由于500 kV以下線路可聽噪聲水平低，未加以限制[6]。譚聞等研究各國線路可聽噪聲的限值情況發(fā)現，交流輸電線路可按照55 dB(A)進行限制，直流輸電線路在平原地區(qū)可按照45 dB(A)進行限制，在高海拔地區(qū)可按照45 dB(A)～50 dB(A)進行限制[7]。當高壓線路經過農村地區(qū)時，按照《聲環(huán)境質量標準》中1類限值規(guī)定，要求晝間不高于55 dB(A),夜間不高于45 dB(A)[8]。此外，國內外針對線路可聽噪聲的測量和分析做了很多研究，美國、日本等國家使用電暈籠和計算機模型研究可聽噪聲的統(tǒng)計特性[9]。路遙等實地測試直流輸電線路的可聽噪聲，發(fā)現風噪聲主要影響噪聲測量結果的低頻部分，昆蟲叫聲主要影響測量結果的高頻部分[10]。劉元慶等研究特高壓線路可聽噪聲的頻譜特性發(fā)現，可聽噪聲8 kHz分量比較穩(wěn)定，可以用來預測A聲級[11]。李學寶等研究直流單點電暈放電可聽噪聲時域特性時發(fā)現，可聽噪聲脈沖與電暈電流脈沖有一一對應的關系[12]。但這些研究都集中在500 kV以上的特高壓和超高壓輸電線路，因為220 kV高壓輸電線路可聽噪聲很低，幾乎聽不見，故研究很少[13]。而本文研究的220 kV向塘線自投入運行以來，一直存在噪聲擾民問題，為此開展對該線路可聽噪聲的電暈放電、環(huán)境噪聲以及指向性聲強的實地測試，以期望了解向塘輸電線路的可聽噪聲特性。

Audible Noise CharactersAnalysis of 220 kV Xiang-Tang Transmission Line

WU Fa-yuan1,LIU Sheng-nan2,WANG Ya-chen2, LIUPing1,XURui1,CAIJun2

(1.State Grid Jiangxi Electric Power Research Institute,Nanchang 330029,China; 2.School of Environmental Science and Technology,Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240,China;)

Abstract:In order to learn the corona audible noise characters of 220 kV Xiang-Tang transmission line and its influence on nearby residents’life,the corona discharge UV-light,the environmental noise and sound energy of the transmission line were measured.The results show that the corona discharge is mainly concentrated on the wire.The audible noise sound level on the roofs is 46.2 dB(A)at night,which is slightly beyond the limit value 45 dB(A)of the first kind zone in the“sound environment quality national standard”.However,at night,the transmission line audible noise like“s-”was obvious to disturb the nearby residents seriously.Results of the sound energy analysis show that the transmission line audible noise energy mainly focuses in the frequency range below 200 Hz.The sound intensity directivity test shows that the sound energy in the direction from the transmission line to the top floor residents was the highest at 100 Hz frequency.It is the reason that the transmission line noise is slightly beyond the limit but the feeling is so strong.

Key words:acoustics;AC transmission lines;corona discharge;audible noise;sound energy;sound intensity