嚴(yán) 青，何 洋，李小濤

（1.四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司建設(shè)工程咨詢分公司，四川 成都 610021）

0 引言

隨著電力負(fù)荷不斷增加，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，新建的500 kV變電站周?chē)_(kāi)始出現(xiàn)居民住宅等噪聲敏感建筑物。與常規(guī)的110 kV和220 kV變電站相比，500 kV變電站噪聲源種類較多，噪聲源強(qiáng)較大,噪聲影響較復(fù)雜[1]，對(duì)站外環(huán)境的影響也較明顯。為使變電站噪聲排放達(dá)標(biāo)，需要在變電站設(shè)計(jì)階段進(jìn)行噪聲模擬預(yù)測(cè)，進(jìn)而采取相應(yīng)的噪聲防治措施。

變電站噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果與變電站的建設(shè)特性、噪聲源特性等因素緊密相關(guān)，因此為進(jìn)行準(zhǔn)確的噪聲影響預(yù)測(cè)，需要對(duì)變電站的建設(shè)特性及噪聲源特性進(jìn)行全方位把握。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)500 kV變電站建設(shè)特性及噪聲影響的研究較少。為從源頭上降低變電站噪聲影響，提升降噪效果，本文基于500 kV變電站建設(shè)特性，結(jié)合聲源特性分析變電站噪聲的影響和傳播規(guī)律，進(jìn)而提出全方位降噪的措施，對(duì)新建變電站噪聲預(yù)測(cè)和降噪設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。

1 四川地區(qū)500 kV變電站建設(shè)特性

針對(duì)四川地區(qū)已建或在建的26個(gè)500 kV變電站，從站址地形、噪聲源設(shè)備的類型與規(guī)模、變電站總平面布置、配電裝置型式等方面收集信息并進(jìn)行歸納分析，四川地區(qū)的500 kV變電站具有典型的山區(qū)變電站特征。

1.1 主變壓器的結(jié)構(gòu)型式

本次調(diào)查的500 kV變電站中，約64%的變電站主變壓器為三相分體式。這是由于500 kV一體式主變壓器體積及重量均較大，而四川地區(qū)500 kV變電站大多位于山區(qū)，交通運(yùn)輸條件較差，在大件運(yùn)輸方面不能滿足一體式主變壓器的運(yùn)輸要求。因此，該地區(qū)常采用分體式主變壓器，即將各相變壓器分別運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行組裝[2]。雖然單相主變壓器的容量和幾何尺寸均小于一體式主變壓器，但是主變壓器噪聲控制要求與一體式主變壓器一致，因三臺(tái)單相主變壓器引起的合成噪聲大于一體式主變壓器，可能會(huì)造成變電站噪聲超標(biāo)。

1.2 高壓電抗器

500 kV變電站中，除了主變壓器外，另一大噪聲源是500 kV高壓電抗器。由于四川地區(qū)范圍較廣，尤其是在三州地區(qū)，地廣人稀，電力輸送距離較遠(yuǎn)，部分長(zhǎng)距離輸電線路需在變電站內(nèi)增設(shè)線路側(cè)高壓電抗器。高壓電抗器通常多組并排布置，為便于出線，其往往靠近圍墻。根據(jù)最新的電力通用設(shè)備規(guī)定，500 kV高壓電抗器與主變壓器的噪聲控制要求相同，主變壓器通常布置在站區(qū)中央，線路高壓電抗器則靠近圍墻布置。因此，線路高壓電抗器通常是導(dǎo)致變電站噪聲超標(biāo)的另一設(shè)備，且使變電站噪聲控制難度增大。

1.3 變電站總平面布置

四川地區(qū)500 kV變電站總平面布置型式主要分為T(mén)型和矩形，其中T型居多，占73%。在T型布置的變電站中，主變壓器基本位于T字橫向區(qū)域，靠近變電站中央；500 kV配電裝置位于T字縱向區(qū)域，220 kV配電裝置位于T字橫向區(qū)域，靠近圍墻。在矩形布置的變電站中，主變壓器基本成排布置于站區(qū)中央，500 kV和220 kV配電裝置各位于變電站一側(cè)。在T型和矩形布置的變電站中，500 kV高壓電抗器均緊靠500 kV配電裝置，且靠近圍墻布置；其他電氣設(shè)備如低壓電抗器、電容器等位于主變壓器和高壓電抗器附近；變電站內(nèi)主控樓、警衛(wèi)室等建筑物位于站前區(qū)，500 kV繼電器室位于500 kV配電裝置區(qū)，220 kV繼電器室位于220 kV配電裝置區(qū)，消防室均位于主變壓器或高壓電抗器附近。由于站前區(qū)建筑物、配電裝置室的遮擋，可以削弱建筑物背后的噪聲。

1.4 變電站配電裝置型式

四川地區(qū)500 kV變電站中，500 kV配電裝置采用的布置型式有 AIS（Air Insulated Switchgear，簡(jiǎn)稱AIS）、GIS（Gas Insulated Switchgear，簡(jiǎn) 稱 GIS）和HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear，簡(jiǎn)稱 HGIS），220 kV配電裝置采用的布置型式有AIS和GIS。AIS投資較低，但是占地面積較大，施工和維護(hù)工作量大，產(chǎn)生的電磁環(huán)境影響較大；GIS投資較高，但是占地面積最小，施工維護(hù)工作量小，可靠性較高，電磁環(huán)境影響較小[3]；HGIS設(shè)備特性和電磁環(huán)境影響介于AIS和GIS之間。500 kV和220 kV配電裝置均為AIS型式的變電站多建設(shè)于2010年以前，在四川地區(qū)分布較廣泛。近年來(lái)，隨著四川地區(qū)用地日益緊張、變電站周?chē)用裰饾u增多，公眾對(duì)環(huán)境的要求逐漸提高，500 kV變電站配電裝置的布置型式逐漸從AIS+AIS向HGIS+GIS和GIS+GIS過(guò)渡。但是這就導(dǎo)致變電站占地面積減少，衰減距離縮短，不利于噪聲衰減傳播，增大了變電站外噪聲超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，采用三相分體式主變壓器，設(shè)置多組出線高壓電抗器，總平面布置采用T型布置，配電裝置采用GIS+GIS或HGIS+GIS布置，這將會(huì)是四川地區(qū)500 kV變電站的發(fā)展趨勢(shì)，因此進(jìn)行針對(duì)性的噪聲預(yù)測(cè)及控制具有非常重要的意義。

2 500 kV變電站內(nèi)主要聲源特性

500 kV變電站內(nèi)主要噪聲源包括兩大類：一是電氣設(shè)備，如主變壓器、電抗器、金具及導(dǎo)線等；二是通風(fēng)散熱設(shè)備，包括用于各電氣設(shè)備通風(fēng)散熱的風(fēng)機(jī)、主變壓器散熱器、主控室等工作用房的空調(diào)外機(jī)等。

主變壓器噪聲以低頻為主，其頻率集中在100～500 Hz之間[4]。因主變壓器的特殊結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生的電磁噪聲基頻一般為100 Hz，其他為諧頻，屬于有調(diào)噪聲，實(shí)際監(jiān)測(cè)主變壓器聲功率級(jí)高達(dá)98.7 dB（A）。電抗器包括高壓電抗器、低壓電抗器及中性點(diǎn)接地電抗器等，其噪聲的基頻是電流頻率的2倍，以中低頻為主，其峰值出現(xiàn)在125 Hz，實(shí)際監(jiān)測(cè)500 kV高壓電抗器聲功率級(jí)高達(dá)87.3 dB（A）。低頻噪聲波長(zhǎng)較長(zhǎng)，有很強(qiáng)的繞射和透射能力，同時(shí)在空氣中的衰減很小，隨距離衰減較慢，對(duì)周?chē)h(huán)境影響較大，因此屬于難治理噪聲。

主變壓器及高壓電抗器本體上均設(shè)置有冷卻裝置，包括散熱器或冷卻風(fēng)扇。冷卻裝置產(chǎn)生的噪聲主要為2 000 Hz以下的寬頻帶中高頻噪聲，隨距離衰減較快，從而導(dǎo)致主變壓器及高壓電抗器不同側(cè)的噪聲頻譜特性也不完全一致。

電容器作為無(wú)功補(bǔ)償與濾波裝置，廣泛應(yīng)用于變電站中。電容器噪聲的主要頻率分布為50 Hz、100 Hz、1 300 Hz、1 400 Hz，呈現(xiàn)出較寬的頻帶范圍，噪聲具有一定指向性[5]，但噪聲聲功率級(jí)相對(duì)較小，實(shí)際監(jiān)測(cè)的500 kV變電站中電容器聲功率級(jí)為76.3 dB（A）。

變電站配電裝置區(qū)域?qū)Ь€架線高度較高，電暈較弱。均壓環(huán)等金具位于絕緣子端部，距地面高度較低，數(shù)量較多，電暈較強(qiáng)，故該區(qū)域噪聲的貢獻(xiàn)值主要來(lái)自金具。電暈噪聲具有明顯的中高頻特征，頻帶分布范圍較寬，且中高頻的聲功率級(jí)相當(dāng)，但125 Hz以下的低頻段聲功率級(jí)較微弱。實(shí)際監(jiān)測(cè)500 kV和220 kV配電裝置區(qū)域金具聲功率級(jí)分別為72.3 dB（A）和66.9 dB（A）。

3 500 kV變電站的主要噪聲控制措施

目前500 kV變電站的降噪主流方案包括兩大類，即優(yōu)化變電站總平面布置方案和聲屏障方案。

3.1 優(yōu)化變電站總平面布置方案

優(yōu)化變電站總平面布置方案從源頭控制噪聲，控制效果明顯，具體做法如下：

1）根據(jù)站內(nèi)主變壓器的分布情況，在主變壓器與圍墻之間布置建筑物，以其單邊能完全遮擋主變壓器一側(cè)為佳，且可以適當(dāng)提高建筑物的高度。

2）減小站前區(qū)面積，將變電站內(nèi)的建筑物分散布置，可充分利用各個(gè)建筑物的隔聲作用。

3.2 聲屏障方案

3.2.1 設(shè)備側(cè)聲屏障方案

總平面布置優(yōu)化后，仍有部分站界噪聲超標(biāo)，需在噪聲源頭的設(shè)備側(cè)布置聲屏障，可結(jié)合噪聲預(yù)測(cè)軟件制定方案，具體原則如下：

1）根據(jù)無(wú)措施的噪聲預(yù)測(cè)圖，對(duì)超標(biāo)區(qū)域設(shè)置受聲點(diǎn)，經(jīng)受聲點(diǎn)貢獻(xiàn)值分析，確定出各受聲點(diǎn)影響較大的噪聲源。同時(shí)，確定單個(gè)噪聲源對(duì)哪些受聲點(diǎn)影響較大，以明確主要噪聲源影響較大的區(qū)域。

2）在噪聲源與受其影響較大區(qū)域之間，盡量靠近設(shè)備側(cè)布設(shè)聲屏障，并結(jié)合單個(gè)聲源的布設(shè)情況綜合確定最終布設(shè)位置。

3）以略低于設(shè)備高度起始，逐步抬升屏障高度試算，直至站外噪聲達(dá)標(biāo)。試算過(guò)程中，對(duì)屏障布置位置同步進(jìn)行微調(diào)，以確保變電站外超標(biāo)位置均得以治理。

4）屏障布置位置及高度確定后，利用折板式屏障試算，以盡量在達(dá)標(biāo)治理的前提下降低屏障高度。

3.2.2 圍墻側(cè)聲屏障方案

1）根據(jù)無(wú)措施的噪聲預(yù)測(cè)圖，對(duì)超標(biāo)區(qū)域設(shè)置受聲點(diǎn)，經(jīng)受聲點(diǎn)貢獻(xiàn)值分析，確定出各受聲點(diǎn)影響較大的噪聲源，在超標(biāo)區(qū)域圍墻上方設(shè)置聲屏障。

2）對(duì)設(shè)置的圍墻聲屏障，進(jìn)行整體抬升試算，直至變電站外各處噪聲均達(dá)標(biāo)，以確定整體抬升所需的最低高度。

3）根據(jù)無(wú)措施的噪聲預(yù)測(cè)圖及受聲點(diǎn)貢獻(xiàn)值分析，確定影響各受聲點(diǎn)噪聲的主要聲源，對(duì)圍墻聲屏障進(jìn)行分段，各段屏障應(yīng)能遮擋噪聲源與其主要影響區(qū)域的直線傳播途徑。

4）在上述整體抬升最低高度的基礎(chǔ)上，分段屏障進(jìn)行下降試算，直至各段屏障均降至保證達(dá)標(biāo)所需最低高度，以盡量降低工程量及投資額。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了四川地區(qū)500 kV變電站的建設(shè)特性、噪聲源種類及源強(qiáng)特性，提出了主要噪聲控制方案，為新建500 kV變電站的噪聲預(yù)測(cè)及噪聲控制措施的制定提供了依據(jù)和方向，有利于促進(jìn)變電站的噪聲達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)環(huán)境合理性。