换流站对周围环境的影响及景观融合设计研究

1 引言

换流站建设中，除了考虑换流站基础功能的正常实现外，还需探讨环境保护措施， 避免因换流站的运行而对周边环境造成影响。 为此，首先需系统性地预测换流站对周边环境的影响，再根据环保理念探讨优化措施，最大限度减小换流站所造成的不良影响。

2 工程概况

某换流站站址内地形起伏， 存在高度约为30 m 的山包，站址以树木居多，局部存在少量耕地。 本工程建筑物包括主控楼、阀厅（2 座）、辅控楼、综合楼、500 kV GIS 室1、500 kV GIS室2、500 kV 继电器小室、车库和综合泵房联合建筑、10 kV 及380 V 配电室、一次备品备件库、阀备品备件库、二次备品备件库和备用桥抗室、110 kV GIS 室、专用品仓库等，建筑物总建筑面积为50 600 m2[1]。

3 换流站对环境的影响

3.1 电磁感应影响

电磁环境是存在于给定场所的所有电磁现象的总和，能量转化为电磁波在空间内传播，这种现象被称为电磁辐射。 当前，我国输电系统的电源工作频率以50 Hz 为主，在0～300 Hz的极低频标准内，不同于高频电流所伴生的电、磁场出现的转换现象及波阻抗关系，其生成的磁场与电场互不干扰，不会以电磁波形式向外界空间散播能量。 综上，在工频电磁场为电磁感应影响，在高频电磁场为电磁辐射影响。 城市换流站对环境影响的因子主要为工频电场、工频磁场和无线电干扰[2-3]。

3.2 无线电干扰

无线电干扰以无线电噪声是否为干扰源做评判， 无线电噪声的生成通常与换流站中输变电线路上电晕与绝缘子放电现象有关。

3.3 噪声

换流站噪声源头通常有多种，诸如变压器运作噪声、电抗器工作噪声、通风装置散热噪声等。 其中，音级为等效A 声级的有变压器[65～73 dB（A）]与风机[65～70dB（A）]。

4 电磁污染的防护

4.1 减小地面场强

在输电线的设计中，要尽可能减小地面场强，依据经验，导线高度设计在10～15 m 时，减小地面场强效果显著，当高度继续抬高，场强降低效率出现明显下降；以超高压双回路输电线布置而言， 同相序时地面场强最高， 逆相序时地面场强最低。 纵观国外，日、美两国减小输电线下方场强的核心措施为逆相序布置双回路输电线。 此外，考虑到节约线路走廊，对输电线的导线布置设计工作需首先考虑三角布置。

4.2 采取静电屏蔽措施

静电的屏蔽措施通常分为两类， 一类通过将电场封闭于金属屏蔽体中，并接地消除其外表面所产生的感应电流，达到减小外界弱电装置及人体受到的电场影响， 在380 kV SF6 气体封闭组合电器换流站的电磁场测试中， 因全金属封闭筒将电场屏蔽，现场已检测不出有效值；另一类，则通过将弱电装置设置于金属机壳内部，电荷在金属机壳外，金属机壳内物品不会被影响，而达到免受电场影响的效果，此类措施应当将换流站内所有维护、 检测与操控一次设备的自动化装置配置于金属机壳内部，同时安装接地线，对于零散安置在就地开关柜上的自动化设备，需确保其抗电磁干扰级别为Ⅳ级。

5 防无线电干扰的措施

5.1 保持一定的防护间距

输电线路的路径确认工作，应严格依照相关规定进行，确保与换流站附近的收音台、导航台等具备足够的防护间距，若遇无法优化的问题，需及时与当地规划部门协商，对输电线路的路径进行调整，或将造成影响的通信、信号线及输电线换为电缆。

5.2 增大输电线直径

工频电磁场因自身特性衰减迅速， 一般不对无线电造成影响，通常输电线路干扰无线电及电视为电晕放电因素。 电晕放电所产生的电流频率在0.1～100 MHz，一般对中波调幅收音台影响较大。 为尽可能规避电晕现象，输电线设计中，应增大输电线直径，确保导线半径、等值半径不小于引发电晕放电现象的半径。

5.3 选用干扰水平低的设备

考虑到电容器设备中串联的空心电抗器运行时生成的漏磁会导致计算机屏幕出现颤动与模糊， 换流站内主控室和电容器室的设计位置不应相邻或是处于上下两层， 以降低电磁场对计算机显示器的干扰。 另外，为进一步预防漏磁的影响，还需选取铁芯电抗器或低电阻值的电感电阻型限流器。 在配置弱电点装置的建筑周遭设置金属屏蔽网以削弱进入其内的电磁波能量，进而达到减少干扰作用。 依据实践经验，金属屏蔽网的孔洞越多，越密集，屏蔽效果通常越好。

6 降噪措施

6.1 控制噪声源

换流站所产生的噪声大部分来自断路器、 变压器及轴流风机，主要分为断路器运作过程的冲击噪声，变压器工作时的持续交流噪声以及轴流风机运行时的机械振动噪声， 当下控制噪声措施通常为安装低噪声的组件。（1）配置SF6 气体封闭开关组合电器设备。 （2）配置自冷变压器。 传统变压器噪声通常由铁芯与风扇产生， 虽然通过降低铁芯磁通密度可削弱噪声，但会导致铁芯尺寸增加，而使用自冷方式，卸载变压器辅助风扇，噪声可得到有效控制。 当下，具有低噪特性的自冷变压器已然10 kV 换流站主变压器的首选。 （3）优化轴流风机。轴流风机噪声源主要来自叶轮旋转、风道及外表壳共振、分离涡旋的生成。 在进行设备技术协议签订时，可基于换流站相关噪声控制标准，对风机制造商提出优化风机叶轮机构、改善电动机转速的要求。

6.2 控制传播途径

当换流站建设地噪声控制要求严格时， 应额外在噪声传播途径中进行吸音、隔音及消音处理：（1）选取优质钢隔声门，配置在变压器运输门，或使用砖墙将运输通道砌封，在变压室下端的进风口配置隔音板；（2）对轴流风机中配置适宜消音器及吸音管道，控制排风口噪声；（3）对配置风机降温的10 kV开关柜中主变进线、母分等高电流柜，选取适宜功率风机，或在柜中直接进行吸音处理；（4）摒弃机械排风方式，对变压器室采用自然通风。 变压器室提升至地面1～1.5 m 处，在底部装设钢丝网窗用于进风，设置防火调节阀于屋顶外墙处，在顶部自然通风，达到控制变压器室温度的同时，显著降低噪声。

7 景观融合设计

7.1 建筑立面的设计

换流站建筑立面为对称式结构，开设规律性长窗，在增加建筑采光量的同时以墙面虚实的设计手法营造建筑立面的韵律感，彰显建筑的美学价值。 外装饰材料的选择较为考究，为打造建筑的时代感，选用的是简洁但不失高雅的大理石。 建筑窗框的线条连接，弱化建筑体量感，使建筑呈现出强烈的立体感。 兼顾周边街区环境，细致优化建筑的色彩和形体风格，以便建筑融入周围环境中。 建筑立面造型在具有大气稳重特征的同时又给人以亲切感，在造型简约的同时又给人以耐人寻味的建筑美学价值，且能够与周边环境呼应，促进建筑景观融合。

7.2 通风设计

进行通风系统设计时， 必须充分考虑整体建筑体系与相应设备发热量大的特点，对通风系统进行统筹合理布置。 电气设备房间的通风采用机械轴流风机通风和自然通风的方法，以通风的方式维持室内温度的合理性， 为电气设备的运行创设良好的条件。 换流站供暖采用设备供暖的方式，即变频空调和电暖器， 主控室和10 kF 电容器室均有3 台变频柜式空调机。 变压器依靠自然进风，GIS 室运行阶段采取机械通风的方法， 电容器室和10 kV 配电室综合应用自然通风和机械通风方式，保证通风的有效性。

7.3 换流站内的绿化设计

根据空间分布状况采取绿化措施，新建换流站周边存在空地，适宜进行绿化。 种植植物则需要适应四季气候，所以，站区多考虑种植秋冬季不落叶植物，如柏树、油松以实现景观四季常青。 在建筑物之间的空隙处种植绿化，使建筑之间有绿色的景观。 沿道路两侧建有绿化带，配合种植四季常青灌木植物。

7.4 新建建筑空间形体、外观设计分析

7.4.1 形体简洁明快的设计手法

建筑形式的设计结合建筑功能进行， 按照功能分区的方式组织建筑的设计工作，协调好各功能空间的关系，保证各功能空间可有效使用的同时增强空间之间的联系。 协调规划主控制区、配电装置区及生产辅助区的流线，建立功能分区的联动关系。 新建主控楼建筑空间设计同时考虑到形体简洁明快、空间紧凑适用、功能布局合理多项要求，并在确保变电站建筑的功能可正常实现的同时还要考虑到建筑对周边环境的影响。 例如，为降低变电站对当地景观的影响，在建筑立面需使用与周遭山体一致的黄褐色，并栽种绿植于其上，从市内道路侧望景观时，变电站融入其中，不突兀，达到和谐统一效果。

7.4.2 功能空间设计合理

对于建筑设计工作，应秉持高度的人性化理念，科学调节结构跨度，确保人对建筑具有良好空间感受。 建筑北立面为对称式形体构造， 在满足建筑空间功能有效性的同时以对称的方式增强建筑形体的稳重感，但同时颇具活泼悦动的特色，建筑特色的兼容性较好。 工业使用性质是换流站建筑设计中不容忽视的内容，从使用需求来看，建筑内部的电气设备尺寸普遍偏大，所处空间需足够宽敞，以便电气设备的稳定运行，在此方面的设计中重点关注的是室内空间的物理环境、 房间净高度。 以统筹兼顾的方式开展设计工作，确保建筑形体要素、特征、组织方式构成均科学可行，在保证各功能空间具有联动性的同时，尽可能避免彼此在运行过程中的干扰，以保证各空间中各类设施的各项功能均得到有效的发挥。

7.5 新型建筑环保材料的应用

为强化换流站建筑的保温隔热效果，采用的是酚醛保温板。传统泡沫保温板遇火易燃烧，用久会收缩，保温性能差。 而酚醛保温板具有均匀的闭孔结构，导热系数低，仅为0.023 W/（m·K），绝热性能好，优于传统泡沫保温板。 尤其是在冬季，可减少室内热量的散失，维持室内温度的稳定性，减轻对暖通空调设备的依赖程度，降低电能消耗。 建筑防水选择的是高分子防水卷材，此类材料的防水性能远超过常规的二道防水设防方式，在隔绝水对建筑结构的侵蚀后，保证建筑结构的稳定性，提升建筑的耐久性。 冬季外界冷空气易经由建筑空隙进入内部，门窗与墙体的空隙是主要的通道，因此着重对门窗进行设计优化，以提升门窗的密封性为基本要求开展设计工作。 外窗采用的是Low-Ewe 断桥铝合金窗，发挥出保温隔热的特性，以便维持室内温度的合理性。 门框、窗框与墙体间存在空隙时，将给冷空气的进入和噪声的向外传播提供通道， 为此用硅胶条或其他的弹性材料做填堵处理，保证密封性。

8 结语