Cadna／A软件在1 000kV变电站隔声屏障设计中的应用

张国华，齐建召，李永桂

（河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031）

Cadna／A软件在1 000kV变电站隔声屏障设计中的应用

张国华，齐建召，李永桂

（河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031）

介绍隔声屏障声学原理及Cadna／A软件，以天津南1 000kV交流特高压变电站设计项目为例，采用Cadna／A软件对该变电站不同高度的隔声屏障降噪效果进行预测，将Cadna／A软件的预测结果与绕射损失理论公式计算结果进行比对，认为Cadna／A软件计算的插入损失比理论公式计算的插入损失稍高，在实际应用中，需要结合变电站实际检测数据，对Cadna／A仿真预测软件计算的插入损失进行修正。

Cadna／A；1 000kV变电站；噪声；隔声屏障

根据《中华人民共和国环境噪声污染防治法》的规定，建设项目的环境噪声污染防治设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。建设项目在投入生产或者使用之前，其环境噪声污染防治设施必须经原审批环境影响报告书的环境保护行政主管部门验收；达不到国家规定要求的，该建设项目不得投入生产或者使用。

为了降低1 000kV变电站噪声对附近敏感点的影响，在厂界处设置隔声屏障是一种常见的噪声控制措施［1］。对降噪效果影响最大的因素是隔声屏障高度，在隔声屏障高度设计中可以采用绕射损失理论公式（以下简称“理论公式”）进行计算。但理论公式计算仅仅针对单个噪声源，若噪声源较多时，需对理论公式计算结果进行叠加，工作量较大。并且理论公式不能同时考虑地面、空气等因素对噪声的影响。采用Cadna／A［2］噪声预测模拟软件进行隔声屏障设计则可以避免理论公式计算的问题。

1 隔声屏障声学原理

噪声源发出的声波遇到声屏障时，将沿着三条路径传播：一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点，一部分穿透声屏障到达受声点，一部分在声屏障面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这3条路径传播的声能量分配。声波在这3条路径上的能量分配见图1。

图1 声波传播路径

受声点处的声波有一部分来自声屏障顶部的绕射，越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能量比没有声屏障时的直达声能量小，直达声与绕射声的声级之差，称为绕射声衰减。绕射声衰减随着绕射路径的增大而增大，是噪声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数，是决定声屏障插入损失的主要物理量。受声点处的另一部分能量来自于从声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的透射声。穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、声波的入射角及频率。声屏障的隔声能力用传声损失来评价。传声损失越大，透射的声能量越小；反之，传声损失越小，则透射的声能量越大。透射的声能量可能会减少声屏障的插入损失，透射引起的插入损失降低量称为透射声修正量。通常在声学设计时，要求插入损失与透射声修正量差值≥10dB，此时透射的声能量可以忽略不计。

2 Cadna／A软件介绍

Cadna／A噪声预测模拟软件可以模拟研究厂界处不同高度隔声屏障对高压电抗器噪声的降噪效果，是一套经环保部环境工程评估中心认证的噪声模拟和预测软件，该软件理论基础与HJ 2.4－2009《环境影响评价导则——声环境》要求一致，预测结果可靠。

Cadna／A系统是一套基于ISO 9613标准方法、利用WINDOWS作为操作平台的噪声模拟和控制软件。Cadna／A软件广泛适用于多种噪声源的预测、评价、工程设计和研究。软件界面输入采用电子地图或图形直接扫描，定义图形比例按需要设置。对噪声源的辐射和传播产生影响的物体进行定义，简单快捷。按照各国的标准计算结果和编制输出文件图形，显示噪声等值线图和彩色噪声分布图。Cadna／A软件流程设计合理，功能齐全，用户界面友好，操作方便，易于掌握使用。从声源定义、参数设定、模拟计算到结果表述与评价构成一个完整的系统，可实现功能转换和源、构建物与受体点的确定，具有多种数据输入接口和输出方式。特别是三维彩色图形输出方式使预测结果更加可视化和形象化。

3 Cadna／A软件的应用

以天津南1 000kV交流特高压变电站设计项目为例，高压电抗器的声功率较高，离声源1m处的噪声值为80dB，且声源距离厂界较近，若不采取降噪措施，厂界噪声将超标。高压电抗器外形尺寸为7.2m×3.9m×5m（长×宽×高），高抗外边缘距离厂界约20m，根据噪声相关的环评导则，可将高抗简化为离地高度为5m的点声源进行研究。

3.1 预测模型的建立

该预测模型拟研究在厂界处安装隔声屏障来降低高抗噪声对厂界的影响，按照GB 12348－2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》中对测点的要求，测点设在围墙外1m，离地高度为1.2m处。噪声预测模型见图2。

图2 噪声预测模型

以下主要研究预测不同高度隔声屏障的降噪效果，为了便于研究，本预测模型不考虑隔声屏障本体的透射损失。预测模型的参数假设如下：高抗噪声源为100Hz的单频发声，厂界隔声屏障的高度分别设置为1.2m、2m、2.5m、3m、3.5m、4 m、4.5m、5m、5.5m、6m。

3.2 基于Cadna／A噪声预测软件的计算结果

以下采用Cadna／A软件建立模型来预测隔声屏障的降噪效果，同时将预测结果与理论公式计算结果进行对比来验证本模型建立的科学性及预测结果的可靠性。

Cadna／A软件中的三维模型见图3，噪声源设置为80dB。当不设置隔声屏障时，由于距离衰减，高抗噪声传播到厂界处为60.3dB。

图3 Cadna／A三维预测模型和无屏障噪声分布

按照厂界隔声屏障的高度：1.2m、2m、2.5m、3 m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m，对厂界噪声结果进行预测。不同高度隔声屏障厂界噪声预测结果见表1。

表1 不同高度屏障厂界噪声预测结果

不同高度隔声屏障插入损失预测结果见表2。

表2 不同高度屏障插入损失预测结果

4 Cadna／A软件应用效果分析

为验证Cadna／A软件是降噪效果，采用了Cadna／A仿真预测软件计算与绕射损失理论公式计算2种计算方式比对的方式。

4.1 隔声屏障绕射损失理论公式计算

点声源绕射声衰减的计算如下：

以100Hz为频率计算模型中不同高度隔声屏障的绕射损失，计算结果见表3。

表3 不同高度屏障绕射损失计算表

4.2 两种计算结果的对比分析

为研究隔声屏障对点声源的降噪效果，采用了Cadna／A仿真预测软件计算与理论公式计算，进行对比。计算结果的比较见图4。

从图4中可知，由于Cadna／A仿真预测软件考虑了地面吸收、大气吸收等因素对噪声的衰减，在屏障高度相同的情况下，Cadna／A仿真预测软件计算的插入损失比理论公式计算的插入损失稍高。当屏障高度为2m以下时，Cadna／A仿真预测软件计算的插入损失比理论公式计算的插入损失高约2.5dB，当屏障高度为2～3.5m 时，Cadna／A仿真预测软件计算的插入损失比理论公式计算的插入损失高约2dB，当屏障高度大于3.5m时，Cadna／A仿真预测软件计算的插入损失比理论公式计算的插入损失高约1dB。在实际应用中，还需结合变电站实际案例检测数据，对Cadna／A仿真预测软件计算的插入损失进行修正。

5 结束语

按照相关规范对噪声监测点的布设要求，噪声监测点应设在围墙外1m，离地高度1.2m处。1 000kV变电站的围墙高度一般不小于2m，按100Hz单频发声计算结果，围墙已有约8dB的插入损失，若在围墙处安装6m高的隔声屏障，则插入损失会增加7dB，总插入损失约15dB。采用隔声屏障的噪声控制方式，很难获得超过15dB的降噪量。在天津南1 000kV交流特高压变电站设计项目中，厂界隔声屏障设计高度为6.0m，能够确保厂界噪声满足GB12348－2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》中的2类标准。在特高压变电站噪声控制设计中，可以按照噪声源与厂界的位置关系，根据需要的降噪量设计厂界处屏障的高度。高度设计合理的隔声屏障，可实现最少的投资满足噪声控制目标。

［1］万保权，谢辉春，樊 亮，等.特高压变电站的电磁环境及电晕控制措施［J］.高压电技术，2010，36（01）：109-115.

［2］齐 飞，余 寒，华 伟.Cadna／A在江苏500kV变电站噪声环境预测中的应用［J］.科技创新与应用，2015（04）：06-07.

本文责任编辑：杨秀敏

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

张国华（1981－），男，高级工程师，主要从事电力系统电力系统环境保护设计、环境影响评价、噪声控制设计研究工作。