鄭子墨 宋高宇 陳安杰

(1.福州大學(xué)，福建 福州 350108;2.國網(wǎng)福建省電力有限公司超高壓分公司，福建 福州 350013;3.福建省送變電工程有限公司，福建 福州 363000)

本文基于換流站主要噪聲來源分析、聲學(xué)阻隔辦法等研究，在對廣東省兩座±500kV換流站開展調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出換流站噪聲治理建議。

1 換流站內(nèi)主要噪聲來源分析

換流站內(nèi)噪聲源設(shè)備與一般變電站對比區(qū)別不大，主要有換流變壓器、平波電抗器、交直流濾波器組間隔的電容器與電抗器、變壓器與閥的冷卻風(fēng)扇等。

換流變壓器是換流站設(shè)備中最大的噪聲源。工作中，當(dāng)運(yùn)行功率較大時(shí)，本體內(nèi)部鐵芯由于線圈產(chǎn)生磁通而引起的磁致伸縮，會發(fā)出較大的噪聲。換流變壓器噪音與廠家、型號等也有直接關(guān)系；同時(shí)運(yùn)行中由于本體的震動，某些機(jī)構(gòu)例如變壓器爬梯可能因此發(fā)出異響，產(chǎn)生噪音。

平波電抗器主要分為干式空芯電抗器與油浸式電抗器。油浸式電抗器產(chǎn)生噪音的原理與換流變壓器基本相同，僅是噪聲音量相對較小。干式空芯電抗器線圈主要由絕緣鋁材質(zhì)所構(gòu)成，運(yùn)行時(shí)由于電流流過所產(chǎn)生磁場的作用，線圈發(fā)生振動進(jìn)而產(chǎn)生異響。

換流站中分別設(shè)計(jì)有交流、直流濾波器，一般設(shè)計(jì)布置地點(diǎn)為換流站圍墻邊或是角落。其中電抗器的噪聲原因與上文基本一致，而電容器則是由于加上交流電壓時(shí)，兩端極板上產(chǎn)生電荷，并慢慢產(chǎn)生一定電場力，該力傳導(dǎo)至電容器外殼，導(dǎo)致外殼震動，進(jìn)而產(chǎn)生噪音。其余噪音主要由風(fēng)扇的葉片轉(zhuǎn)動生成氣流等原因所引發(fā)[1]。

2 換流站內(nèi)噪聲治理方法分析

2.1 噪聲控制基本方法

噪聲在從產(chǎn)生到進(jìn)入人的耳朵一般只經(jīng)歷三個(gè)部分：生成、傳播與接收。

生成即噪聲源產(chǎn)生噪音部分，對其音頻特性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，從聲波產(chǎn)生處進(jìn)行抑制是解決噪聲問題的最有效方式，但換流站內(nèi)設(shè)備大都處于運(yùn)行狀態(tài)，只能在站內(nèi)設(shè)備更換或擴(kuò)建中進(jìn)行治理。

在噪聲的傳播途徑中進(jìn)行治理是目前比較有效的方式之一，可在傳播途徑沿途設(shè)立隔聲屏障、安裝吸音體等措施，主要作用是在傳播途中對聲波進(jìn)行攔截，減弱聲波的能量或是改變聲波的傳播方向等。

另一種方法在聲波接收處進(jìn)行治理，主要對象為人，措施為佩戴隔音耳罩等。顯然此方法不太適用于現(xiàn)實(shí)中。

2.2 目前治理常用措施

①換流站進(jìn)行擴(kuò)建時(shí)優(yōu)化設(shè)備的安裝位置，利用換流站已有設(shè)備限制噪聲的傳播。

②使用一定數(shù)量隔聲屏障的方法，但安裝時(shí)應(yīng)注意滿足站內(nèi)設(shè)備的散熱等要求。

③有條件可加高部分圍墻，在噪聲傳播路徑上進(jìn)一步對其限制[2]。

3 深圳±500kV寶安換流站噪聲治理情況

深圳±500kV寶安換流站投產(chǎn)于2007年，是黔電送粵的第二條直流大通道的落點(diǎn)站，輸送容量為雙極300萬kW。

寶安換流站建設(shè)初期并未考慮降噪措施，換流變壓器和濾波器場電氣設(shè)備噪聲源較大，投產(chǎn)后對站址周圍居民的生活造成較大影響。由于受到周圍居民的投訴，換流站開啟噪聲治理工作。寶安換流站噪聲治理工程共分兩期。一期工程為2011年投運(yùn)，噪聲治理目標(biāo)為使換流站周圍居民敏感點(diǎn)噪聲排放達(dá)到《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)I類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間小于55dB(A)，夜間小于45dB(A)。二期工程為2017年投運(yùn)，目的是使得換流站廠界噪聲排放達(dá)到《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間小于60dB(A)，夜間小于50dB(A)[3]。

3.1 一期工程治理情況

居民噪聲敏感點(diǎn)主要是站區(qū)東南側(cè)50m處、西南側(cè)100m處以及西北側(cè)圍墻外養(yǎng)雞場。一期噪聲治理主要解決站邊養(yǎng)雞場噪聲，使得養(yǎng)雞場敏感點(diǎn)噪聲排放降至I類標(biāo)準(zhǔn)。主要采取的措施有：①換流變兩側(cè)防火墻及閥廳側(cè)墻體加裝吸音體；②換流變靠道路側(cè)利用換流變軌道安裝移動式鋼構(gòu)隔聲屏障；③東側(cè)100m圍墻及南側(cè)185m圍墻重建，搭建5m高框架圍墻+5m高吸音板。換流變吸音板如圖1所示。

在未進(jìn)行噪聲治理前，換流變的噪聲源大小約為100dB(A)；治理后，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果顯示，換流變的降噪措施(兩側(cè)防火墻及閥廳側(cè)墻體加裝吸音體，安裝移動式鋼構(gòu)隔聲屏障)降噪效果約為20dB(A)，效果明顯。

一期噪聲治理下，站內(nèi)聲環(huán)境有良好的改善，東南側(cè)及西南側(cè)居民敏感點(diǎn)噪聲排放達(dá)到《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)I類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間小于55dB(A)，夜間小于45dB(A)[3]。

3.2 二期工程治理情況

該站二期工程主要目的是使得換流站廠界噪聲排放達(dá)到2類標(biāo)準(zhǔn)。主要采取的措施有：①更換北側(cè)濾波器場地中雙調(diào)諧交流濾波器組的電抗器、電容器設(shè)備，直接對設(shè)備廠家提出噪聲排放要求；②根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整各個(gè)方向圍墻高度，相應(yīng)增加隔聲屏障。

二期治理措施直接從源頭上限定了濾波器設(shè)備的噪聲源大小，電抗器噪聲從92dB(A)降至75dB(A)，電容器噪聲從88dB(A)降至70dB(A)，且在該期整體措施下，換流站廠界噪聲排放達(dá)到《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間小于60dB(A)，夜間小于50dB(A)[3]。

4 肇慶換流站噪聲治理情況

廣州±500kV肇慶換流站投產(chǎn)于2005年，是貴廣I回直流輸電工程的逆變電站，容量為3000MW，共12臺換流變壓器，總?cè)萘繛?×6×282MVA。肇慶換流站建設(shè)初期并未考慮降噪措施，換流變壓器和濾波器場電氣設(shè)備噪聲源較大，投產(chǎn)后對站址周圍村民和學(xué)校的生活造成較大影響，受到周圍居民的投訴甚至上訪，因此南網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局先后對肇慶換流站進(jìn)行了三期噪聲綜合治理。

肇慶換流站噪聲治理工程共分三期。主要目的是為了解決周邊居民敏感點(diǎn)的投訴問題，治理目標(biāo)是使得換流站周圍居民敏感點(diǎn)噪聲排放達(dá)到《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)I類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間小于55dB(A)，夜間小于45dB(A)；以及換流站廠界噪聲排放達(dá)到《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間小于60dB(A)，夜間小于50dB(A)。換流站外居民敏感點(diǎn)主要為東北側(cè)約350m新星村及東側(cè)約200m山根村居民。肇慶換流站居民敏感點(diǎn)衛(wèi)星圖如圖2所示。

4.1 各期治理措施

4.1.1 一期治理措施

換流變防火墻側(cè)及閥廳側(cè)安裝吸音體，道路側(cè)安裝可移動片式消聲器，平抗安裝通風(fēng)消聲器和防磁聲屏障。供貨單位為北京綠創(chuàng)聲學(xué)工程股份有限公司，本期投資約720萬元。換流變壓器、道路以及平波電抗器裝設(shè)的降噪設(shè)備如圖3～圖5所示。

圖3 換流變防火墻側(cè)及閥廳側(cè)安裝吸音體

圖4 換流變道路側(cè)安裝可移動片式消聲器

圖5 平抗安裝通風(fēng)消聲器和聲屏障器

4.1.2 二、三期治理措施

二期治理中為第四大組交流濾波器場(靠近新星村)安裝隔聲屏障。供貨單位為北京綠創(chuàng)聲學(xué)工程股份有限公司，本期投資約260萬元；三期治理中在第二大組交流濾波器場(靠近山根村)安裝隔聲屏障。供貨單位為北京綠創(chuàng)聲學(xué)工程股份有限公司，本期投資約260萬元。交流濾波場的隔聲屏障如圖6所示。

圖6 交流濾波器場(靠近新星村)隔聲屏障(16m高)

4.2 治理成效

治理前根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測顯示，各電氣設(shè)備的噪聲源大小為：

表1 各設(shè)備噪音監(jiān)測情況

續(xù)表

治理措施實(shí)施后，根據(jù)在換流變外的實(shí)測結(jié)果顯示，對換流變的降噪措施(防火墻側(cè)及閥廳側(cè)安裝吸音體，道路側(cè)安裝可移動片式消聲器)的降噪效果約20dB(A)。

換流變經(jīng)過三期噪聲治理，對敏感點(diǎn)的噪聲排放基本達(dá)到I類標(biāo)準(zhǔn)，廠界的噪聲排放基本達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

5 換流站噪聲治理建議

經(jīng)過上述寶安、肇慶換流站噪聲治理情況，更加證明了換流變采用BOX-IN降噪的必要性。

BOX-IN降噪為近些年針對變壓器本體的一種新型降噪技術(shù)。其使用帶有通風(fēng)、散熱等功能的隔音室把變壓器本體進(jìn)行封閉處理。通過仿真模型與實(shí)際測試都表明，變壓器采用BOX-IN結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于把換流變壓器的聲功率級進(jìn)行大幅削減，這對減小噪聲對站內(nèi)及周邊環(huán)境、居民的影響具有十分重要的意義。

BOX-IN降噪技術(shù)經(jīng)歷了三代發(fā)展：初代為固定式BOX-IN，其頂面和正面由聲屏障板組成，側(cè)面、背面則安裝有防火墻， 底部由變壓器油坑組成的一個(gè)封閉式隔音室，隔音效果十分不錯，但變壓器檢修維護(hù)時(shí)需要拆除固定式BOX-IN，存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力、維護(hù)檢修不方便等缺點(diǎn)；二代為拆卸式BOX-IN，與初代對比，將頂部、外墻等設(shè)施的材料及安裝方式進(jìn)行了一定改進(jìn)，但仍然需要對一些屏障板等進(jìn)行拆卸；三代為移動式BOX-IN，是將本身一部分構(gòu)架直接安裝于變壓器上，可隨設(shè)備一同移動，且移動式BOX-IN頂部與變壓器頂部間設(shè)計(jì)足夠高度，方便變壓器檢修等工作。目前三代技術(shù)在我國換流站內(nèi)均有使用[4]。

在噪聲源治理方面，除了優(yōu)化全站總平面布置，還可在招標(biāo)階段對廠家提出電氣設(shè)備噪聲排放水平上限；在低頻噪音方面，可采取措施使得居民敏感點(diǎn)噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)至I類標(biāo)準(zhǔn)。在傳播途徑隔斷方面，可根據(jù)仿真情況加高各方向圍墻，加裝隔聲屏障[5]。

5.1 噪聲源治理

由于寶安換流站和肇慶換流站投運(yùn)時(shí)間較早，在建設(shè)期對噪聲污染問題未引起足夠重視。后續(xù)治理經(jīng)驗(yàn)表明，治理效率最高的方法為噪聲源降噪。因此對噪聲源治理建議如下：

①換流變采用BOX-IN降噪，不僅免去后期安裝吸音體及移動式隔聲屏障的工作，且效果更好。

②對濾波器場的電容器電抗器生產(chǎn)廠家指定設(shè)備的噪聲排放水平，如寶安換流站噪聲治理過程中對電抗器提出聲功率級75dB(A)、電容器提出聲功率級70dB(A)的要求[6]。

③通過仿真、試驗(yàn)合理布置濾波場內(nèi)電容、電抗的布置，降低電容電抗整體輻射聲功率。

5.2 傳播途徑隔斷

針對敏感點(diǎn)對全站進(jìn)行聲學(xué)傳播仿真，根據(jù)仿真結(jié)果對相關(guān)區(qū)域圍墻加高及加裝隔聲屏障，阻斷噪聲向圍墻外傳播。也可以嘗試對平波電抗器、閥冷卻塔采用消聲罩、隔聲罩處理，在噪聲的起始傳播階段阻斷傳播路徑。

5.3 低頻噪音治理

根據(jù)研究，對人體影響較大的低頻噪音頻段分布在20～200Hz。根據(jù)肇慶站噪聲研究工作表明，換流變壓器的噪聲頻率主要以100Hz、400Hz為主；濾波場的噪聲頻率主要以500Hz、600Hz、700Hz為主。低頻噪聲的治理主要針對換流變壓器。目前，低頻噪音治理還未有針對性較強(qiáng)的處理措施，但換流變采用BOX-IN降噪可以有效減小低頻噪音的影響。