辽宁地区部分220 kV变电站噪声污染研究分析

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(1.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

目前，环境噪声已成为社会普遍关注的焦点问题，环境噪声影响的纠纷也越来越多。随着城市发展，供电的负荷密度越来越大，变电站的可供电半径越来越小，辽宁部分变电站处于人口稠密区，变电站内各种电气设备运行时产生的噪声不可避免地会对附近的居民及环境产生影响,变电站噪声扰民及投诉事件也急剧增多[1]。噪声不仅危害人的听觉系统，使人耳聋疲惫，而且还会加速机械结构的老化，影响设备、仪表等的精度和使用寿命[2]。为了使变电站的噪声水平下降到居民能够承受的范围，世界各国都在进行研究，以日本为例，Kumamoto大学经试验研究出一种振动抑制法[3]，采用某种控制来减少变压器高压侧电压对铁芯的影响，从而抑制铁芯的振动，以达到减低变压器噪声的目的。1947年H.F.奥尔森首次提出有源降噪[4]，它是利用电子线路和扩声设备产生与噪声的相位相反的声音来抵消原有的噪声而达到降噪目的的一种技术。从国内外文献查看结果可以看出：当前，国内外对输变电工程噪声特性及影响的研究正不断深入，输电线路可听噪声、高压变电站噪声以及特高压换流站噪声的研究已取得阶段性成果，但是输变电设施噪声的研究往往偏重于对单个噪声源进行降噪。从电网环境噪声影响防治工作的角度，国内外关于变电站整体对周围声环境的影响以及噪声污染治理措施研究较少,目前尚无关于辽宁电网噪声污染全面的监测数据以及变电站噪声特性的系统分析的相关文献。

本文以220 kV变电站实测数据为基础，对辽宁地区61座典型变电站站界噪声排放现状以及分布规律进行分析研究，从中找出噪声污染分布特性，为变电站噪声污染防护措施的制定、输变电工程的合理设计及综合治理变电站噪声污染提供相关科学参考。

1 研究对象及方法

1.1 研究对象

根据变电站的电压等级和变电站所在地声环境功能区两个方面来选择变电站，其中变电站所在地声环境功能区是依照《中华人民共和国国家标准城市区域环境噪声标准》(GB3096-2008)来确定。本文选取了辽宁地区的61个具有代表性的变电站作为研究对象，变电站电压等级为220 kV，变电站所在区域涵盖了中心区、一般市区、郊区等，220 kV变电站噪声监测数据覆盖率为29%。

1.2 检测方法及布点

根据《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)和《高压交流变电站可听噪声测量方法》(DL/T1327-2014)要求，声环境监测应在无雨雪、无雷电天气，风速应低于5 m/s的情况下进行，测试噪声时传声器应加防风罩，雨、雪、雷电天气或风速超过5 m/s应暂停测试。测试原则如下：

(1)监测点位应在站界四周均匀布点，每侧不应少于2个测点，相邻两点噪声测量差值应不大于3 dB(A)，若大于3 dB(A)应加密布点；

(2)测点应选在站界外1 m，高度1.2 m以上、距任一反射面距离不小于1 m的位置，当站界有围墙且周围有受影响的噪声敏感建筑物时，测点应选在站界外1 m、高于围墙0.5 m以上的位置；

(3)各点测量次数不小于3次、每次测量时间间隔不大于5 min。监测该点的昼间和夜间1 min等效连续A声级dB(A)作为噪声的评价依据。

布点根据中华人民共和国国家标准《声环境质量标准》(GB3096-2008)和《电力变压器一第10部分：声级测定》(GB/T 1094.10-2003)规范确定。本次监测的220 kV变电站数量众多，每个站点在站界四周布设10个声环境测试点位。每个监测点位选择在站界外1 m，高度1.2 m以上、距任一反射面距离不小于1 m的位置。

1.3 测试仪器

主要的测试仪器如表1。

表1主要测试仪器及功能列表

序号仪器名称设备型号设备编号功能1温湿度计310011203642测量环境温湿度2空盒气压表DYM32824测量环境大气压力3数字风速表Testo43541866测量环境风速4噪声分析仪NL-42031071测量环境噪声及频谱分析

2 检测依据和评价标准

2.1 检测依据

变电站噪声测试检测依据见表2。

表2检测和评定依据

检测内容检测依据结果评定依据站界噪声GB 12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准DL/T 1327-2014高压交流变电站客厅噪声测量方法GB 12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准

2.2 评价标准

根据《声环境质量标准》(GB3096-2008)中各类标准适用区域的说明，本文涉及到的变电站所在地涵盖了中心区、一般市区、郊区等。具体数值见表3。

表3工业企业厂界环境噪声排放限值/dB(A)

序号声环境功能区类别昼间夜间00504011554522605033655544a70554b7060

3 结果与分析

测试期间，大气压100.1～100.3 kPa，环境温度为18～25℃，相对湿度为42%～53%，风速为0.8～2.3 m/s，满足噪声测试要求[5]，待测变电站正常运行。

3.1 变电站噪声监测数据采集与分析

辽宁省在运210座220 kV变电站，开展变电站站界噪声监测61座，220 kV变电站噪声监测数据覆盖率为29%，根据《工业企业厂界环境噪声排放标准》和《高压交流变电站可听噪声测量方法》要求，对220 kV变电站站界开展了昼间和夜间1 min等效连续A声级测量。为了更加清晰的体现220 kV变电站个体站界噪声水平以及所测61座220 kV变电站总体站界噪声水平，对所监测的数据进行了统计分析，如图1。

图1 昼间220 kV变电站噪声水平分布情况

本文在220 kV变电站站界共采集1 220个数据，其中昼间数据610个，夜间数据610个。从图1可以看出，昼间220 kV变电站站界噪声监测数值主要分布在55 dB(A)以下，占总测点的98.9%。分布测点最多的是[0，45]dB(A)区间，占总测点数的44.7%。经现场实地观测，昼间站界噪声最大值为68.6 dB(A)，所在变电站临近市内繁华路段，人车混杂，背景值偏高，所以导致个别临路测点受周围噪声影响较大，噪声监测结果明显偏高。昼间站界噪声最小值为31.8 dB(A)，所在变电站距公路较远，人烟稀少，受周围噪声影响较小。通过220 kV变电站噪声水平分布情况一定程度上能够代表220 kV变电站站界昼间的噪声水平。

图2 夜间220 kV变电站噪声水平分布情况

从图2可以看出，夜间220 kV变电站站界噪声监测数值主要分布在35～45 dB(A)之间，占总测点的83.8%。分布测点最多的是[40，45]dB(A)区间，占总测点数的56.5%。经现场实地观测，夜间站界噪声最大值为53.9 dB(A)，由于其临近公路且处于市区中心区域临近繁华商业圈，导致临路测点受周围噪声影响较大，噪声监测结果明显偏高。昼间站界噪声最小值为27.8 dB(A)，所在变电站距公路较远，人烟稀少，受周围噪声影响较小。通过220 kV变电站噪声水平分布情况一定程度上能够代表220 kV变电站站界夜间的噪声水平。

变电站站界噪声排放执行GB12348-2008《工业企业厂界噪声标准》。站界噪声排放标准与变电站所处的声环境功能区域有关，详见表3。 为了满足供电需求，220 kV变电站分布较为广泛，虽然大部分建设在乡村区域、城郊区域，但是仍然不能完全避免城市中心地带，还有部分站点建设在城乡主干道旁边，所以220 kV变电站所处的声环境功能区比较多，大部分是属于1类区和2类区，也有部分站点位于4a类区域。从图3可以看出61座变电站有41座变电站站界噪声满足1类声环境功能区的标准，17座变电站站界噪声满足2类声环境功能区标准，2座变电站站界噪声满足3类声环境功能区标准，1座变电站站界噪声满足4类声环境功能区标准。

图3 220 kV变电站声环境功能区分布情况

一般情况，220 kV变电站站界外的声环境功能区多为1类和2类，经过查询环评批复文件，所测61座220 kV变电站站界噪声水平基本满足国家相关标准。个别临路测点受周围噪声影响较大，噪声监测结果明显偏高，但是其处于4a类声环境功能区，所以不存在超出国家声环境标准的情况。

3.2 典型变电站噪声污染分布特性研究

通过本文所涉及的220 kV变电站的监测结果来看，除少数位于市内且站区较小(不能有效利用距离衰减噪声)站点对周围人们生活有影响外，大部分站界噪声对人们日常生活工作较小。然而，变电站可听噪声对站内运行人员带来的职业卫生问题却不容忽视[6]。城市变电站在运行时会产生噪声，它们大部分不属于高分贝的强噪声，但绝大多数情况下这种低频噪声也会对人体产生慢性损伤[7]。

3.2.1 研究对象

本节选取的典型220 kV变电站为离市区较近的站点，同时，为了降低外界噪声对本研究结果的干扰，考虑选取距离主要交通干道以及噪声大的企业较远的站点进行研究。

所选220 kV户外变电站为双母线带旁路接线方式，分别与其他电厂和变电站系统相联结。变电站位于市郊，占地面积较大，声波经过长距离的几何发散，可衰减约10～20 dB(A)；其次随着距离的增加，变电站围墙、主控楼等建筑物遮挡及草地吸收，可衰减约18～25 dB(A)。变电站简化示意图见图4。

图4 220 kV变电站示意图

3.2.2 检测方法与原则

监测方法及原则综合参考中华人民共和国电力行业标准DL/T 1327-2014《高压交流变电站可听噪声测量方法》、DL/T 1050-2007《电力环境保护技术监督导则》、DL/T 799.3-2010《电力行业劳动环境监测技术规范第3部分：生产性噪声监测》和现场实际情况进行监测。

设备区监测原则如下：

(1)应满足设备及人身安全的要求。

(2)变电站主要噪声源产生的噪声，在距设备1 m的间距进行测量，为了了解噪声特性，需作频谱分析，常用倍频程频谱分析，测量中心频率包括63 Hz、125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz、8 000 Hz时的声级。必要时，可在变电站设备区选点进行1/3倍频程声频谱分析测量。

(3)测量仪器应在大于设备水平距离1 m、距地面高度应大于1.2 m、距任一反射面应不小于1 m的位置。

(4)应选在操作者作业处或巡检路线上有代表性的地点。

3.2.3 测试仪器

测试仪器及功能见表1。

3.2.4 测量布点

该变电站噪声监测布点严格按照3.2.2的要求以及分布特性研究需求进行布点。由于220 kV变电站电压等级较低，且其主要噪声贡献源为站内主变压器。所以本节主要讨论220 kV变电站变压器的噪声监测结果，布点位置见图4，圆形标志为变压器噪声倍频带测量点位。该变电站右侧为板油马路，为研究不同地表材质其噪声随着距离的变化规律提供了有利条件，向右箭头(垂直于围墙向外0～5 m区域)标志为变压器噪声衰减规律测量点位。

3.2.5 结果与分析

测试期间，环境温度为17.8℃，湿度为46.5%，风速为1.17 m/s，大气压为99.7 kPa，自然环境适合噪声监测。由于变电站内带电导体纵横交错，带电设备和接地架构多种多样，变电站内的噪声无法准确反映单台设备噪声水平，只能体现该设备所处区域的噪声水平。

3.2.5.1 220 kV变电站主要设备频谱特性

通过统计分析可以看出，典型220 kV变电站主要噪声源是其变压器。该变电站有2台主变，分别对每台主变的A相、B相、C相进行倍频程噪声频谱测量，其频谱分布图分别见图5和图6。

图5 220 kV变电站1#主变噪声频谱分布

图6 220 kV变电站2#主变噪声频谱分布

从图5和图6可以看出，典型220 kV变电站中主变压器的噪声在中心频率为250 Hz、500 Hz、1 000 Hz的倍频带噪声值均较大，呈现典型的中低频噪声特性。所测的6个测点在中心频率250 Hz、500 Hz处均出现声压级最大值，66.7%的测点声压级最大值出现在中心频率500 Hz处，33.3%的测点声压级最大值出现在中心频率250 Hz处，均处于低频区域。变压器的主要噪声来源于其运行时的电磁噪声和机械噪声。其中电磁噪声主要是由磁致伸缩引起的铁芯振动，使铁芯随着励磁电流频率的变化而周期性的产生振动引起的，其主要贡献频带为基频及其整数倍频。机械噪声主要由冷却风扇噪声引起的，冷却风扇以500～4 000 Hz中高频空气动力噪声为主。从本次的频谱分析可以看出，典型220 kV变电站的变压器噪声是本体噪声以及冷却风扇的噪声综合作用的结果。有研究表明，传统的消声降噪技术可有效降低冷却风扇噪声，但对变压器本体噪声的降噪效果欠佳[8]。同时，因为低频噪声衰减慢，穿透性强的特点，使得变电站内各种设备噪声以及电晕噪声叠加传播至站界后，大多也以低频噪声的形式出现[9]。

3.2.5.2 220 kV变电站变压器噪声衰减规律

该变电站右侧墙外是板油马路，如图4所示，分别测试#1主变压器方向向西、东0～5 m区域。不同地表材质其噪声随着距离变化的测试结果如图7。

图7 220 kV变电站周围噪声分布情况

采用声功率级预测公式对变压器主变噪声衰减测试结果进行分析

La=LW-b×lg(r)-8

式中La——距离噪声源b处的升压级/dB；

b——距离衰减系数；

r——距离噪声源的直线距离/m。

分别用测试数据计算衰减系数，测试结果如表4所示。

表4衰变系数测试结果

距离/m011.522.533.544.55草坪 噪声值/dB73.865.761.659.156.754.853.552.351.150.2衰变系数--23.922.322.923.122.622.422.522.3板油路噪声值/dB73.86662.359.958.156.454.353.852.951.6衰变系数--19.919.619.319.720.219.919.720.3

通过计算结果可以看出同一地表形式衰变系数比较稳定，说明测试数据与理论拟合度较高。经计算在此气候条件、工况下草地衰变系数平均值为22.7，板油路衰变系数为19.8。植被对噪声的衰减效果较自然衰减效果好，在草坪影响下变压器5 m外噪声会降低1.4 dB左右。

4 结论与建议

(1)对辽宁省内61座220 kV等级变电站进行站界噪声监测，对比环评批复文件对站界噪声的要求，本项目所监测的220 kV变电站站界噪声值基本满足国家相关标准。

(2)利用噪声分析仪对典型220 kV变电站内主变压器的噪声倍频带分析，结果显示典型220 kV变电站中主变压器的噪声在中心频率为250 Hz、500 Hz、1 000 Hz的倍频带噪声值均较大，呈现典型的中低频噪声特性，变电站内工作人员需做好重点防护来降低噪声的影响。

(3)通过对该典型220 kV变电站不同地表材质噪声衰减规律的研究表明：植被对噪声的衰减效果较自然衰减效果好。所以对于噪声污染治理可以考虑设计植被隔离带，能有效加快噪声的衰减。