1 000 kV特高压变电站声环境影响仿真研究

李雪亮，徐振，周英，王飞，朱庚富，赵刚

1.山东电力研究院，山东 济南 250021

2.国电环境保护研究院，江苏南京 210031

3.常州机电职业技术学院，江苏常州 213164

4.山东电力集团公司，山东济南 250001

1 000 kV特高压变电站声环境影响仿真研究

李雪亮1，徐振2*，周英3，王飞4，朱庚富2，赵刚2

1.山东电力研究院，山东 济南 250021

2.国电环境保护研究院，江苏南京 210031

3.常州机电职业技术学院，江苏常州 213164

4.山东电力集团公司，山东济南 250001

1 000 kV特高压输变电工程是跨区域电网互联服务的重要项目之一。特高压变电站变压器、电抗器等设备的运行噪声对站外声环境有重大影响，为避免项目投运后的噪声污染，在项目设计时即考虑站内降噪措施和站外声环境影响。针对大型变电站/换流站降噪技术组合，使用Cadna/A软件对三个噪声控制方案进行声环境仿真分析。模拟结果显示，常规措施下特高压变电站夜间厂界噪声超标距离超过200 m，厂界外受影响区域面积约301 000 m2，附近村庄夜间声级显著增高。采用电抗器Box-in技术，可使厂界外噪声超标区域降至常规设计的1/4以下;进一步采用变压器Box-in技术后，特高压变电站可以实现厂界噪声达标，附近村庄夜间声级增高量在1 dB(A)以内。

特高压变电站;声环境;仿真;降噪

我国能源基地主要集中在山西、陕西、内蒙古、四川、云南等地，与京津唐、华东等主要能源消费区域相距较远，能源跨区域转移距离超过2 000 km［1-2］。建设合理的能流通道，将能源基地生产的电力进行跨区域转移，对促进西部经济发展、缓解东部能源压力和环境压力有重要意义，因此特高压输变电工程成为跨区域电网互联服务的选项之一［2］。

特高压变电站/换流站的变压器、电抗器等设备运行时，会产生以中低频为主的噪声(图1)，主要集中在 63～500 Hz频带［3-5］。中低频噪声传播距离远，容易引起人的烦恼［6-8］，是特高压变电站/换流站运行时重要环境影响因素之一［1，9］。

图1 某变压器运行噪声频谱分析示意Fig.1 The noise spectrum analysis of a operating transformer

与常规电压等级变电站相比，特高压变电站/换流站设备电压等级高、容量大，站内设备噪声源的数量、噪声等级均有大幅增加。在我国特高压变电站/换流站建设史上，多次出现项目投运后须噪声治理的局面［10-14］，因此有必要在项目设计前期即考虑站内降噪措施和站外声环境影响。目前，特高压变电工程的声环境仿真分析主要集中在换流站方面［10，12，15-18］，少量针对特高压变电站的模拟探讨借助于 SoundPLAN软件［19-20］。Cadna/A 与 SoundPLAN软件功能相近，二者预测结果相差1 dB(A)以内，且Cadna/A 软件略保守［15，18］，因此笔者尝试以Cadna/A软件对特高压变电站常用降噪措施进行仿真分析，以期为更合理地进行项目设计、建设和环境影响评估提供依据。

1 研究方法

1.1 研究对象概况

以山东省拟建的某1 000 kV特高压变电站为例，该站征地面积为488 m×413 m，拟选站址周边为平地，昼夜间环境噪声背景值分别为41.5和38.7 dB(A)(测量仪器为AWA6270+)(图2);拟选站址厂界东北侧约310 m处有村庄P，村庄P处昼夜间环境噪声背景值分别为43.6和39.1 dB(A)。

图2 某1 000 kV特高压变电站主要设备布置Fig.2 The principal facilities of 1 000 kV substation

1.2 主要设备噪声源

该特高压变电站运行噪声源主要来自主变压器、高压电抗器、并联低压电抗器等大型声源设备，根据相关示范工程实测资料，1 000 kV主变压器、高压电抗器声级分别为 78.6～79.6 dB(A)［21］、79.0 dB(A)［22］，对该站仿真分析设定的设备声源声级如表1所示。

表1 某1 000 kV特高压变电站主要设备声源声级Table 1 Noise origins by principal facilities in 1 000 kV substation

1.3 噪声控制方案

特高压变电站/换流站声环境保护措施主要有设备本体降噪技术、隔声技术、有源消声法等三类，其中有源消声法在国内变电站鲜有应用经验［3-4］。设备本体降噪技术措施可由采购方对生产厂家提出约束性要求来确定［23］，如采用优质硅钢片等可降低噪声 4～5 dB(A)［3］。

特高压变电站/换流站常规的隔声技术为在变压器和高压电抗器两侧设置防火防爆墙，墙体主要起障碍物作用。随着大型变电站/换流站噪声治理工作的展开，应用较多的治理措施为:变压器加装通风式声屏障、采用电抗器Box-in技术，理论降噪量分别可达10～15 dB(A)［12-14，20，24-25］和 15～25 dB(A)［10］。实践表明，声屏障对近距离降噪效果明显，但对远距离噪声削减幅度较小［14-15］，而 Box-in技术的降噪效果相当于直接降低声源的声功率级［15］，对降低厂界外的噪声影响更有效。因此，随着对站外声环境保护的日益重视，换流站开始采用Box-in 技术对变压器降噪［11，26-27］，但在特高压变电站中鲜有实施案例。

实测结果显示，采用变压器、高压电抗器Boxin 技术可降噪 20.1～21.8 dB(A)［15，22］，略低于设计指标(表2)。针对特高压变电站噪声防治措施的发展情况，笔者设置了三个仿真分析组合:常规的方案A、已开展实践的方案B和有应用前景的方案C(表3和图3)。

表2 Box-in技术吸收及传递损失频谱［15］Table 2 The absorption and transitive loss by the Box-in structure

表3 某1 000 kV特高压变电站噪声控制方案Table 3 Noise control schemes in 1 000 kV substation

图3 噪声控制措施实例Fig.3 The examples of noise control measures

1.4 声环境影响仿真方法

按某1 000 kV特高压变电站内主要设备噪声源噪声水平、分布情况、噪声控制方案，使用Cadna/A(DataKustik GmbH，Ver.3.72)软件进行声环境仿真分析，栅格尺寸为5 m×5 m，预测面积1 050 m×820 m。按几何尺寸，主变压器等声源设定为垂直面声源，4×JLHN58K-1600导线设定为线声源，建筑物(包括防火防爆墙)设定为障碍物(图4)。因Cadna/A软件无室内声源模块，采用Box-in技术时可降低声源的相应声功率级对模型进行简化［15］。变电站为24 h连续运行，噪声源稳定，昼夜厂界噪声排放水平相对一致，噪声衰减只考虑防火防爆墙、围墙、主控楼等主要建筑物的隔声及阻挡效果;站内场地一般铺砂石或水泥硬化，不考虑地面吸收及绿化树木的声屏障衰减;站址处及周边为平地，不考虑地形的衰减影响。

厂界环境噪声影响评判采用GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》中2类声环境功能区要求标准，厂界外环境敏感区(村庄P)的声环境影响评判采用GB 3096—2008《声环境质量标准》中2类声环境功能区要求标准。

图4 某1 000 kV特高压变电站3D模型示意Fig.4 The 3D model of 1 000 kV substation

2 结果与分析

2.1 方案A

工程投运后，厂界噪声为48.0～62.0 dB(A)(表4和图5)。由表4可知，大部分受声点夜间不能满足GB 12348—2008中2类声环境功能区要求，南侧和北侧部分受声点昼间不能满足GB 12348—2008中2类声环境功能区要求，夜间厂界噪声最大超标距离约为250 m(表5)。环境敏感区(村庄P)昼间和夜间声环境预测值分别为47.0和45.4 dB(A)(表6)，满足GB 3096—2008中2类声环境功能区要求。

表4 某1 000 kV特高压变电站厂界噪声预测Table 4 Industrial enterprises noise at boundary by 1000 kV substation dB(A)

图5 某1 000 kV特高压变电站夜间噪声预测等声线示意(方案A)Fig.5 The predicted isophonic contours of 1 000 kV substation(Scheme A)

表5 某1 000 kV特高压变电站厂界噪声最大超标距离Table 5 The over standard distances of industrial enterprises noise by 1 000 kV substation m

表6 环境敏感区(村庄P)噪声预测值Table 6 Environmental noises of the noise-sensitive area(village P) dB(A)

方案A投资少，但项目建成后需向规划部门申请较大范围的噪声规划控制区域，站外大范围土地利用功能将受到制约。

2.2 方案B

工程投运后，厂界噪声为44.7～61.2 dB(A)(表4和图6)。由表4可知，大部分受声点夜间不能满足GB 12348—2008中2类声环境功能区要求，夜间厂界噪声最大超标距离约100 m(表5)，南侧部分厂界昼间不能满足GB 12348—2008中2类声环境功能区要求。村庄P昼间和夜间声环境预测值分别为 45.6和 43.4 dB(A)(表6)，满足 GB 3096—2008中2类声环境功能区要求。

图6 某1 000 kV特高压变电站噪声预测等声线示意(方案B)Fig.6 The predicted isophonic contours of 1 000 kV substation(Scheme B)

方案B在特高压变电站示范工程中已采用，其噪声规划控制范围比方案A小，对站外声环境的保护有一定效果。

2.3 方案C

工程投运后，厂界噪声为34.5～47.2 dB(A)(表4和图7)。由表4可知，所有厂界满足 GB 12348—2008中2类声环境功能区要求。村庄P昼间和夜间声环境预测值分别为43.8和39.7 dB(A)(表6)，满足GB 3096—2008中2类声环境功能区要求。

目前方案C在换流站噪声整治中已开始采用，该方案大大降低了厂界噪声，对降低工程环境影响极为有利，建议在特高压变电站中推广应用。

3 讨论

图7 某1 000 kV特高压变电站噪声预测等声线示意(方案C)Fig.7 The predicted isophonic contours of 1 000 kV substation(Scheme C)

某1 000 kV特高压变电站拟选站址厂界与声环境敏感区最近距离约310 m(村庄P)，由图5～图7可知，特高压变电站高压电抗器的噪声影响区域和影响程度大。因此，建议在设计时应把高压电抗器布置在远离敏感区端，并根据实际情况设置一定范围噪声控制区，有利于降低特高压变电站对村庄P的声环境影响。

3.1 厂界噪声

以GB 12348—2008中2类声环境功能区要求标准考核，方案C满足要求;方案A和方案B夜间厂界噪声最大超标距离分别约为250和100 m，根据图5和图6计算出厂界外超标面积分别约为301 000和65 000 m2。从厂界外限制使用功能的土地面积分析，方案C无限制，方案B约为方案A的21.6%。因此，方案C优于方案A和方案B。方案B需设置的噪声控制区相对较小，多数情况下能获得地方政府同意［9］，具有一定可行性。

3.2 站外声环境敏感区保护

以GB 3096—2008中2类声环境功能区要求标准考核，村庄P处环境噪声预测值均能满足要求。由表6可知，实施方案A、方案B和方案C时，村庄P处环境噪声夜间增高值分别为6.3、4.3和0.6dB(A)。根据HJ 2.4—2009《环境影响评价技术导则声环境》，方案A使村庄P声级显著增高〔＞5 dB(A)〕，方案B使村庄P声级较明显增高〔3～5 dB(A)〕，方案 C使村庄 P声级增加很小〔＜3 dB(A)〕。因此，从声环境保护角度考虑，方案C明显较优，方案B略优于方案A。

当对站址周边的声环境有特殊保护要求时，即以GB 12348—2008和GB 3096—2008中1类声环境功能区要求标准考核，方案C的大部分厂界能实现达标排放，局部围墙加装隔声屏后即可满足要求，该方案使项目选址、运行具有较大环境容量。

3.3 站内工作场所声环境保护

由图5～图7可知，特高压变电站工作人员在站内巡视时，方案A、方案B和方案C职业接触的稳态噪声值均小于85 dB(A)，满足GBZ 2.2—2007《工作场所有害因素职业接触限值第2部分:物理因素》要求。三个方案中，特高压变电站主控楼外噪声值分别为62.8、62.4和53.5 dB(A)，考虑到混凝土砖墙体有20 dB(A)以上的隔声作用［28］，主控楼内能满足GBZ 1—2010《工业企业设计卫生标准》工效限值55 dB(A)的要求。

分析表明，三个方案对工作人员的声环境影响能满足相关标准要求。

4 结论

(1)按常规设计，某1 000 kV特高压变电站对周边区域声环境影响较大，使站外大范围土地的使用功能受到限制，约310 m外的声环境敏感区声级显著增高。

(2)如特高压变电站示范工程采用电抗器Box-in技术，某1 000 kV特高压变电站站外厂界噪声超标区域约为常规设计的1/4以下，噪声敏感区声级增高值降为5 dB(A)以内。

(3)采用已在换流站使用的变压器Box-in技术后，某1 000 kV特高压变电站厂界噪声能实现达标排放，声环境敏感区声级增高值降为1 dB(A)以内。当对站址周边的声环境有特殊保护要求时(1类声环境功能区)，方案C的大部分厂界能实现达标排放，局部围墙加装隔声屏后即可满足要求。

综上所述，从节约土地资源、加强环境保护角度出发，主变压器、电抗器全面采用Box-in技术对特高压变电站的噪声防治是最优的。

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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，高级工程师，硕士，主要从事电力、电网规划，电网项目管理，电力供需分析预测，电力环境保护研究，lixl0312@163.com

*通讯作者:徐振(1981—)，男，博士，主要从事森林生态和生态水文、电力环境保护研究，alex_xuzhen@163.com