220 kV向塘线路可听噪声的特性分析

伍发元，刘胜楠，王亚晨，刘　平，徐　锐，蔡　俊

（1.国网江西省电力科学研究院，南昌 330029；2.上海交通大学 环境科学与工程学院，上海 200240）



220 kV向塘线路可听噪声的特性分析

伍发元1，刘胜楠2，王亚晨2，刘平1，徐锐1，蔡俊2

（1.国网江西省电力科学研究院，南昌 330029；2.上海交通大学 环境科学与工程学院，上海 200240）

摘要：为了解220 kV向塘输电线路电晕可听噪声特性及其对居民生活的影响，对输电线路开展现场测试并进行电晕放电紫外光、环境噪声和声能量分析。研究结果表明：电晕放电主要集中在线路上。楼顶夜间测试可听噪声为46.2 dB(A)，虽然只是稍稍超过《声环境质量标准》中1类区域的45 dB(A)限值，但现场有明显的输电线路“咝咝”噪声，扰民严重。研究从声能量角度分析发现，夜间输电线路可听噪声能量主要集中在200 Hz以下的低频部分，通过住户方向的指向性声强测试发现，输电线路正对顶楼住户方向所传出来的声能量在100 Hz频率处最大,从而解释了夜间输电线路轻微超标但特有噪声感觉明显的现象。

关键词：声学；交流输电线路；电晕放电；可听噪声；声能量；声强

目前，随着电力需求的持续增加和国家电网建设的快速发展，输电线路、变电站等设施的电压等级

1　可听噪声产生机理

当输电线路导线表面的电场强度高于电晕起始场强时，会引起导线附近的空气发生电晕放电，并伴随着重复性的脉冲放电。这种由导线表面杂乱无章的脉冲引起的宽频带噪声属于中高频噪声，频率范围通常集中在400 Hz～10 kHz。突发脉冲具有一定的随机性，听起来像破碎声、“吱吱”声或“咝咝”声，与一般环境噪声有着明显区别。实际的输电线路电晕放电产生的可听噪声，一般是导线上一系列随机放电点电晕的综合效应[14，15]。输电线路电晕产生的可听噪声与线路结构设计、施工及环境因素有关。

表1　导线的机械物理特性表

2　实验仪器与测试方法

2.1实验情况说明

220 kV向塘电铁双回线路全长20.383公里，是向莆电气化铁路的重要配套工程，其中向塘电铁Ⅲ回线运行负荷为有效功率1.601 MW，电流4.04 A，电压228.8 kV；向塘电铁Ⅳ回线运行负荷为有效功率1.602 MW，电流4.04 A，电压229 kV。本研究对28#—29#杆架空线路涉民处的环境噪声进行现场测试，该段测试线路（28#—29#杆）地处南昌县向塘镇，从剑霞村西田自然村南侧穿过，使用导线的机械物理特性如表1所示。当地居民反映输电线路产生了清晰的可听噪声，严重影响他们的正常生产和生活，离线路两侧距离较近的房屋有四栋，其中投影距离最近的一户居民家在线路北侧8 m处（见图1），在该居民家测量的输电线路可听噪声值最大，受影响最严重。

图1　现场测试所处的居民楼

2.2测试方法介绍

根据《架空送电线路可听噪声测量方法》[16]要求，测量位置应在两侧塔高基本相同的档距中央且距交流线路外侧导线正极导线的垂直投影15 m处。考虑到居民家距输电线的水平投影距离只有8米，且输电线另一侧水平投影距离不到1 m处为池塘，无法按方法规定布置测点。实地勘测后决定在离输电线距离最近的居民家附近布置三个测点，分别是高压线正下方21 m处（距居民家8 m处）的1号测点，居民家楼顶、距高压线17 m处的2号测点，以及作为环境背景的居民家正后方的3号测点，如图2所示。测试使用的仪器分别是daycor super B紫外光测试仪、LTI Trupuse 200/200 B测高测距仪、声望MC 3642四通道声学分析系统以及SI 512声强探头，其中声强测试双探头间的距离选择50 mm（测试频率范围为63 Hz～1 000 Hz）。测试时间为下午2点至5点，晚上23点至次日凌晨2点。

图2　测点布置示意图

2.3输电线路可听噪声计算方法

由于测量是在同样的采样时间间隔下，测试得到一系列A声级数据的序列，测量时段内的等效连续A声级通过以下表达式计算[17]式中N——测试数据个数；

LAi——第i个A计权声压级，dB(A)。

对于测点1/3倍频程下总声压级表达式为

式中Lp i——不同中心频率处的声压级，dB(A)。

对于声强分析，声强级表达式如下式中LI——不同中心频率处的声强级，dB。

I0——基准声强，I0=10-12W/m2。

3　实验结果与分析

3.1电晕放电分析

研究采用以色列daycor super B紫外光测试仪，分析向塘线路28#—29#两塔杆间输电线路的电晕放电状况，分析发现，线路电晕放电主要集中在线路上（见图3），塔杆所支撑的线路夹具和绝缘体没见明显电晕放电。

3.2环境噪声分析

采用声望MC 3642四通道声学分析系统记录向塘线路31.5 Hz到16 kHz频率范围内随时间变化的瞬时总声压级，数据经计算得到等效连续声级、声级时间变化曲线和相应的可听噪声频谱图，分别见表2、图3和图4。

图3　输电线路电晕放电紫外光分析

图4　220 kV向塘线声级时间变化曲线图

表2　220 kV向塘线的等效连续A计权声压级/dB(A)

由表2可知，居民楼顶和院子测得的可听噪声均高于背景声。白天楼顶测得的可听噪声在49 dB (A)左右，比院子里的可听噪声约高5.1 dB(A)，都满足《声环境质量标准》中1类区域的限值标准。晚上楼顶和院子里测得的可听噪声接近，在46 dB（A）左右，略微超过了《声环境质量标准》中1类区域夜间45 dB(A)的限值标准。

在图4中可以看到白天的时域图声级起伏较大，夜间的相对平稳。综合现场环境分析得到，白天的声级起伏是由于受到村庄周围社会生活噪声（例如狗叫、来往车辆）的影响；而夜间的声级起伏是由于远处的火车驶过所致。

从图5（a）中可知，在小于125 Hz的低频段，三个测点测得的声级比较接近；在125 Hz～8 kHz中频段，随着频率的增加，楼顶测试的可听噪声逐渐与院子的、背景噪声区分开来。从图5（b）中可知，在125 Hz～500 Hz的中低频段，楼顶测试的可听噪声比院子高4.3 dB；在500 Hz～8 kHz的中高频段，院子测试的可听噪声高于楼顶，尤其在4 kHz左右，院子测得的可听噪声比楼顶高8.5 dB，结合测试现场环境分析原因，可能是因为晚上院子里的昆虫叫声干扰高频区域导致。

从国家标准来看，该处环境噪声仅夜间轻微超标，但实际居民反映该处噪声扰民严重，在夜间，现场确实可清晰听到输电线路的“咝咝”声。由于从环境噪声测试常用的指标无法清楚解释该高压线路扰民现象，因此需进一步从声能量的角度开展研究。

图5　220 kV向塘线可听噪声频谱图

图6　输电线路可听噪声的时频域能量谱图

3.3声能量分析

由于夜间环境噪声略微超标且输电线路可听噪声明显，故对楼顶和院子测点处的夜间可听噪声进行了现场同步录音，将音频文件通过Matlab数值处理得到了可听噪声的时频域能量谱图，见图6。

从楼顶处能量谱图中可以看出，输电线路可听噪声能量随时间变化相对稳定，其能量分布主要集中在200 Hz以下的低频部分。而从现场情况来看，夜间比昼间更明显地听到输电线路的“咝咝”声，分析原因是由于夜晚露水水滴在导线上形成或聚集，从而产生大量沿导线随机分布的电晕放电并产生爆裂声。

而从院子处能量谱图中发现，能量除了集中在上述低频部分，还集中在3 800 Hz～4 500 Hz的范围内。分析原因是由于院子草丛中的虫鸣声所致，考虑到图5中的能量谱图并不一定表示住户所接收的声能量数值。为此，采用指向性声强测试方法对输电线路夜间噪声顶楼住户方向的声能量传播进行现场测试。声强具有指向性，是指单位时间通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量，单位w/cm2；声强级是用来表示声音强度的等级，单位为dB。采用对置式声强探头，双探头间的距离选择50 mm，测试频率范围为63 Hz～1 000 Hz，声强探头轴线与高压输电线路和顶楼住户房间的连线方向一致，选取夜间声强测试结果进行分析，如图7所示。

从图7中可以看出，夜晚输电线路噪声住户方向的声强在100 Hz处出现最大值，即输电线路正对住户方向所传播的声能量在100 Hz频率处最大。由于声强是与声压幅值或质点速度幅值的平方成正比，当传到人耳内的声能量以及所引起的鼓膜受迫振动幅值大时，人所感到的声音就响，因此从声能量分析的角度可以解释夜间输电线路轻微超标，但噪声感觉明显的现象。

图7　输电线路住户方向夜间声强频谱曲线

4结　语

220 KV向塘输电线路临近居民楼的楼顶可听噪声最高，其昼间声压级为49.3 dB(A)，满足《声环境质量标准》中1类区域的限值标准；夜间为46.2 dB (A)，则超过了相应的标准。测试现场发现输电线路特有噪声白天受到外界社会生活噪声影响感觉并不明显，但夜间由于背景噪声降低以及夜晚露水的影响可明显听到输电线路的“咝咝”声。虽然夜间噪声只是轻微超标，但居民反映干扰严重，因此从声能量角度进一步分析研究发现，输电线路可听噪声能量主要集中在200 Hz以下的低频部分，夜间院子测试容易受到虫鸣声的影响，其频率主要集中在3 800 Hz～4 500 Hz范围内。对住户方向的指向性声强测试表明，输电线路正对住户方向所传播的声能量在100 Hz频率处最大。由此，人所感到的声音响，从而解释了夜间输电线路轻微超标，但噪声感觉明显的现象。本研究对220kV输电线路可听噪声进行了特性分析，从环境声学的角度解释了扰民现象，但由于引起可听噪声的电晕放电受气象条件的影响，因此，未来研究可考虑不同气象条件对输电线路可听噪声的影响。

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中图分类号：TM937

文献标识码：A

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

文章编号：1006-1355(2016)01-0120-05

收稿日期：2015-01-29

基金项目：国家电网公司科技项目《220 kV向塘电铁输电线路可听噪声特性研究》

作者简介：伍发元（1979-），男，湖北公安人，硕士，工程师，主要研究方向为电力系统环境保护。

通信作者：蔡俊（1976-），男，副教授。E-mail:juncai@sjtu.edu.cn相应提高，长距离、大容量的高压输电线路已大量投入使用，随之而来的电路可听噪声问题也越来越受到人们的关注，一些高压电线不可避免的会穿过居民区，经常引起沿线居民的抱怨和投诉[1–3]。邬雄等研究发现，相同A计权声级下，输电线路的可听噪声比交通噪声更令人厌烦且影响人体健康，在比普通公共噪声低10 dB左右时，线路可听噪声具有与公共噪声相同的睡眠唤醒概率[4]。闫维明等开展了典型输变电设施噪声对人体感受调查试验，提出了高压输变电设施低频噪声限值[5]。因此，线路可听噪声已成为导线选型、线路结构设计必须考虑的因素，也是目前的研究热点方向[6，7]，对于高压线路建设工程环境影响评估有着非常重要的意义。但目前我国未对输电线路的可听噪声制定相关标准，且由于500 kV以下线路可听噪声水平低，未加以限制[6]。谭闻等研究各国线路可听噪声的限值情况发现，交流输电线路可按照55 dB(A)进行限制，直流输电线路在平原地区可按照45 dB(A)进行限制，在高海拔地区可按照45 dB(A)～50 dB(A)进行限制[7]。当高压线路经过农村地区时，按照《声环境质量标准》中1类限值规定，要求昼间不高于55 dB(A),夜间不高于45 dB(A)[8]。此外，国内外针对线路可听噪声的测量和分析做了很多研究，美国、日本等国家使用电晕笼和计算机模型研究可听噪声的统计特性[9]。路遥等实地测试直流输电线路的可听噪声，发现风噪声主要影响噪声测量结果的低频部分，昆虫叫声主要影响测量结果的高频部分[10]。刘元庆等研究特高压线路可听噪声的频谱特性发现，可听噪声8 kHz分量比较稳定，可以用来预测A声级[11]。李学宝等研究直流单点电晕放电可听噪声时域特性时发现，可听噪声脉冲与电晕电流脉冲有一一对应的关系[12]。但这些研究都集中在500 kV以上的特高压和超高压输电线路，因为220 kV高压输电线路可听噪声很低，几乎听不见，故研究很少[13]。而本文研究的220 kV向塘线自投入运行以来，一直存在噪声扰民问题，为此开展对该线路可听噪声的电晕放电、环境噪声以及指向性声强的实地测试，以期望了解向塘输电线路的可听噪声特性。

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