某500 kV 主变扩建工程噪声预测及治理方案比选研究

怀阳阳，张婉晴，陈环宇，郑凯铭

(中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，吉林 长春 130022)

0 引言

随着我国城市化进程的快速发展及人民生活水平的提高，城区用电负荷迅猛增长。然而由于城市用地资源的紧缺，城市变电站选址的难度越来越大，有些变电站布点深入到城市比较中心的区域，造成部分变电站与居民住宅的距离较近[1]。变电站噪声治理逐渐受到公众、建设单位和环保部门的关注和重视，成为亟待解决的环境问题[2]。近年来，一些变电站出现过噪声超标的现象，超标噪声不仅存在影响附近居民正常生活的潜在危害，还对站内值守的员工造成持续噪声污染[3]。因此，变电站噪声治理愈发重要。

本文以我国广西某500 kV 变电站主变扩建工程为例，开展噪声预测，研究分析变电站扩建工程不同噪声治理方案，并对其进行比选论证。

1 变电站概况及噪声现状

我国广西某500 kV 变电站围墙内占地面积约7.22 hm2，站内建有2 台750 MVA 主变(#2、#3 主变)，每台主变各安装1 组60 Mvar电抗器及1 组60 Mvar 电容器，站内建有1 组120 Mvar 高压电抗器、500 kV 配电装置、220 kV 配电装置、35 kV 配电装置和主控楼等，主变每两相间有一面防火墙，防火墙高8m，围墙高2.5 m。一期工程于2017 年建成投产。

为了满足当地“十四五”期间国民经济用电快速发展的需求，需开展第3 台主变扩建工程，扩建#1 主变(1×750 MVA)及其500 kV、220 kV、35 kV 三侧进线间隔，装设60 Mvar低压电抗器，不新征占地。变电站总平面图如图1 所示。

图1 某500 kV变电站总平面图

变电站站址及周边地势平坦，周边无敏感目标。变电站站界噪声执行我国国家标准GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》[4]规定的2 类标准，即：昼间噪声≤60 dB(A)，夜间噪声≤50 dB(A)。

环评单位于2022 年5 月对该站的站界噪声现状进行了监测，以了解工程所在区域的环境质量状况。现状监测数据显示站址四周厂界昼间噪声监测值为44.5～48.3 dB(A)，夜间噪声监测值为40.3～44.2 dB(A)，均满足GB 12348—2008 规定的2 类标准要求。

2 噪声模拟

2.1 噪声源强简化及数值分析

变电站的主要噪声源是变压器和高压电抗器等[5]，主变压器分为a、b、c 三相。根据我国电力行业标准DL/T 1518—2016《变电站噪声控制技术导则》[6]，在进行噪声预测计算时，变电站内主变压器和高压电抗器一般简化为组合面声源，低压电抗器及电容器可简化为点声源。

一期已建2 台主变噪声源，根据设备资料并利用站界现状监测结果进行面声源模型反推，声功率级按95 dB(A)计。此时，在未叠加第三台主变噪声影响下，站界西北侧#7 点位贡献值为40.4 dB(A)，根据现状监测，昼间背景噪声约为44.5 dB(A)，叠加后预测值为45.9 dB(A)，与#7 点位现状监测值46.3 dB(A)相差不大。因此，利用模型反推得到噪声源强的方式精度较高。新增1 台主变按照1 m 处70 dB(A)要求招标设备，利用面声源模型反推，声功率级按92 dB(A)计。扩建后全站噪声源强调查情况见表1 所列。

表1 扩建后全站噪声源强调查情况

主变噪声典型频谱如图2 所示，高抗噪声典型频谱如图3 所示。主变压器辐射噪声主要集中在100～600 Hz 频率的中低频段，尤其是400 Hz 和500 Hz 的频率最突出。高抗噪声主要集中在50～1 000 Hz 频率范围中低频段，尤其是50 Hz 的低次谐频，其中以100 Hz、200 Hz最为突出。因此，对于变电站噪声超标问题应首先考虑对中低频段噪声的控制，以获得最佳治理效果。

图2 主变噪声典型频谱

图3 高抗噪声典型频谱

根据我国生态环境标准HJ 2.4—2021《环境影响评价技术导则声环境》[7]，变电站噪声预测评价量为全站噪声对站界的贡献值。因此，考虑扩建后3 台主变对站界的叠加影响。

2.2 预测参数和预测结果

变电站内重要建(构)筑物预测参数见表2所列。采用通用噪声预测软件SoundPLAN 进行建模分析，得到扩建后无降噪措施情况下站界噪声预测值及等声级线图，以及预测接收点位置，如图4 所示。降噪前站界噪声预测结果详见表3 所列。

表2 变电站内重要建(构)筑物预测参数表

表3 降噪前站界噪声预测结果

图4 扩建后运行站界噪声等声级线图

根据等声级线图及接收点预测结果，在实施降噪措施前，考虑第3 台主变扩建后的变电站西侧站界噪声贡献值超过GB 12348—2008关于2 类标准的要求，站界噪声最大预测值为51.4 dB(A)，位于#7 点位，超标区域主要集中在靠近扩建主变的围墙外侧，其它区域均达标。针对超标区域采取降噪措施。由于本工程站界外无居民住宅，噪声治理目标为站界噪声贡献值及站界外声环境质量满足相应标准要求。

3 降噪方案

3.1 降噪措施选择

降噪措施通常包括3 种：(1)在声源降噪，如防震、减震等；(2)在传播路径采取措施，包括隔声、吸声和声屏障等；(3)对受声点采取降噪措施。500 kV 变电站噪声治理的途径可以分为变电站主体改造及单纯的噪声治理。变电站的主体改造包括把地面变电站改造为地下变电站或室内变电站，或是把变压器更换为噪声更低的变压器，都可以使变电站的噪声污染得到彻底或基本上消除。但主体改造的投资巨大，涉及的因素众多，就目前来看恐怕只有在变电站所在区域或电网系统有重大变动时才会实施。单纯噪声治理是指在不改变变电站的主体情况下，采取适当的噪声治理措施，也可以取得一定的降噪效果，这是目前已运行500 kV 变电站噪声治理的主要方向[8]。

声屏障是变电站噪声治理最常用的措施。由于越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能比没有屏障时的直达声能小得多，使声屏障背面一定范围内形成声影区，如图5 所示。在噪声控制措施的设计中，声音接收点应尽可能位于声影区域内。由图5 可以看出，声屏障距离声源越近，声影区范围越大[9]。

图5 声影区示意图

主变、电抗及电容是最主要的噪声源，要使变电站厂界排放的噪声达到2 类标准限值，需要对主变、电抗及电容进行相应的降噪处理。根据总平面布置及噪声源特性分析，本次研究提出3 种降噪方案，经过方案比选后确定最终噪声治理方案。

3.2 方案布置及应用案例

方案一：在变电站西侧，拆除原长40 m、高2.5 m 的装配式围墙，新建装配式围墙加高至4 m，即图6 中的草绿色区域。拟加高的装配式围墙长度为40 m，可以利用一期的装配式模具制作装配式板材，避免不同厂家制造的装配式围墙出现外观差异。方案一噪声治理措施布置及实际应用案例如图6 所示。

图6 方案一噪声治理措施位置示意图

方案二：#1 主变西侧边相外加8 m 高防火墙，在西侧围墙与道路之间的内侧空地设置安装声屏障；声屏障呈“一”字形布置，长度42.3 m，总高为5 m。声屏障立柱采用高度5 m 的H 钢立柱作为支撑，H 钢型号为75 mm×175 mm×7.5 mm×11 mm，H 钢立柱安装于深埋的钢筋混凝土基础上，该基础与原围墙柱基础间隔布置；基础施工涉及破除前期道路并恢复，面积约280 m2。声屏障背面采用防雨吸音百叶孔，声屏障背面用Φ16 mm 螺丝螺帽固定，声屏障为可拆装结构，不影响变电站的正常运行，满足消防和安全要求，方便变电站运维人员日常巡查。方案二噪声治理措施布置及实际应用案例如图7 所示。

图7 方案二噪声治理措施位置示意图

方案三：在本期#1 主变西侧边相外加8 m高防火墙，在#1 主变正面(北侧)增加声屏障；隔音屏两侧与主变防火墙紧邻布置，形成三面维护结果降低噪音；并呈“一”字形布置，声屏障长度32.3 m，总高为6 m。声屏障立柱采用高度6 m 的H 钢立柱作为支撑；声屏障为可拆装结构，方案三噪声治理措施布置及实际应用案例如图8 所示。

图8 方案三噪声治理措施位置示意图

3.3 采取噪声治理措施后的预测结果

采取上述不同降噪措施后，绘制变电站的噪声预测等声级线图，直观呈现预测结果及扩建噪声对站界噪声和站外声环境的影响，变电站站界四周的噪声预测值见表4 所列。

表4 不同降噪方案下站界噪声预测结果

综上，3 种措施均可以使变电站站界噪声贡献值满足GB 12348—2008 关于2 类标准的要求，且站界外声环境质量满足GB 3096—2008关于2 类标准的要求。

3.4 方案技术经济比较

3 种方案在经济、技术、实施难易程度等方面进行综合比较，见表5 所列。

表5 不同降噪方案技术经济比较表

本方案设计的声屏障为吸隔声复合板，使屏障在低、中频段具有合理的降噪效果。声屏障采用复合结构，为“金属背板+骨架+空腔+无纤维材料”的吸声面板。隔声板规格：宽1 000 mm，长3 000 mm，厚100 mm。框架采用C 型钢龙骨，骨架立柱间距为3 m。外护面隔声采用1.5 mm的镀锌钢板，吸隔声板防腐性能良好，使用寿命大于30 a。多孔吸声材料选用时除尽量选用在较宽的频带内都有较高吸声系数的材料，本方案声屏障采用无纤维吸声面板，平均降噪系数CNR≥0.95，含杂质量不大于3%，纤维直径小于6 μm，不含渣球，防潮；声屏障计权隔声量Rw≥35 dB(A)，降噪效果较好。

综合上述比选内容，方案一外观的整体性、一致性更强，施工更简单、工期更短，不影响后期运维，且投资明显低于其它方案，因此，确定方案一为降噪措施方案。

4 结语

通过分析广西某500 kV 户外变电站噪声源特性并对其站界噪声进行预测，提出传播途径方面的措施。本文使用SoundPLAN 软件快速准确地计算扩建变电站站界噪声的贡献值，提出可满足噪声控制要求的不同方案，设计了针对中低频噪声有较好治理效果的“金属背板+骨架+空腔+无纤维材料”的吸声面板和隔声板的复合结构声屏障，并验证了在靠近声源位置设置声屏障的降噪效果优于远离声源位置设置声屏障的结论。

本文对不同方案进行了综合比选，结果表明，在主变前加装声屏障是一种更加有效的降噪措施，但综合考虑外观、投资及施工工期等多方因素，在满足相关噪声标准要求的前提下，加高围墙成为“多快好省”的最佳噪声治理方案。同时，加高围墙对整体稳定性有较高要求，因此，需要对围墙基础及支撑进行优化设计。