变电站噪声超标影响及治理控制措施

张晓璐, 王 蕾, 郭 坚

(中国电建集团 华东勘测设计研究院有限公司, 浙江 杭州 311122)



变电站噪声超标影响及治理控制措施

张晓璐, 王 蕾, 郭 坚

(中国电建集团 华东勘测设计研究院有限公司, 浙江 杭州 311122)

介绍了变电站噪声产生原理及超标原因,分析了变电站噪声主要治理措施。结合拟规划建设的一座500 kV变电站项目,探讨了变电站远期4组主变压器和2组高压电抗器正常运行时的厂界噪声及对周边居民点的影响,并根据预测结果提出相应的噪声治理措施,可为类似变电站噪声治理提供参考。

变电站; 噪声影响; 预测模型; 治理措施

0 引 言

随着城市规模的不断扩大,原本适合建在城市周边空旷地带的变电站在城市化的进程中不断靠近城市的居住区活动场所,由此变电站运行时产生的噪声对邻近居民区和公众的影响越来越受到人们关注。噪声超标扰民已成为目前变电站面临的主要问题。目前,较常见的变电站大多是110 kV、220 kV变电站,均为高压变电站,在城市和农村区域广泛分布。500 kV及以上电压等级变电站为超高压变电站,通常位于城郊或农村区域。

本文结合拟规划建设的一座500 kV变电站,分析了变电站噪声超标影响,并提出了治理控制措施。

1 变电站噪声原理及超标原因

1.1 变电站噪声产生原理

变电站内的噪声源主要是变压器,其次是电抗器和开关设备。变压器噪声分为本体噪声和冷却装置噪声；当变压器内的铁心由于绕组通电励磁时,铁心内沿磁力线方向的尺寸会增加,而垂直磁力线方向减小,因此在交变电磁场中产生振动,再将振动通过铁心垫脚和绝缘油传递给与之连接的构件,从而产生变压器的本体噪声；变压器的冷却装置噪声主要是冷却风扇和油泵在运行时产生的振动,此外变压器本体的振动通过绝缘油、管接头及其装配零件传递给冷却系统,使冷却系统的振动加剧。

电抗器噪声主要是由于电抗器内铁心块在交流电的作用下产生交变磁场,致使相邻铁心块相互接触面在任何交变瞬间都相吸,因此交变磁场中引起铁心块弹性变形而产生机械振动。电抗器产生的噪声不稳定,当系统低负荷时噪声小,而负荷高时噪声较高。

开关设备噪声产生原理是强大电流在母线桥附近产生交变电磁场,而薄板结构的母线桥壳体在大电流产生的电磁力作用下外壳振动而产生噪声。

1.2 噪声超标的原因

根据声学原理,声学系统一般由声源、传播途径和接收器三个环节组成[1]。目前噪声超标的原因主要有以下方面:

(1) 噪声源强(声源)过大。变电站主变噪声源强随电压等级的升高而增大,目前110 kV变电站主变噪声源强为60～70 dB(A),220 kV变电站主变噪声源强为65～75 dB(A),500 kV变电站主变噪声源强为70～80 dB(A)[2]。变电站若在设计过程中未考虑采用低噪声设备,使变电站主变压器、电抗器等电气设备本身的噪声源强较大,对周边声环境影响较大。另外,有些变电站运行时间较久,变压器设备由于老化等原因使得其运行噪声变大。

(2) 变电站的平面布置(传播途径)欠合理。目前变电站平面布置以全户外布置、全户内布置和半户内布置为主。全户外布置的主变压器和配电装置等均为敞开式,噪声源强均在露天可自由扩散；全户内布置的主变压器和配电装置等均位于建筑物内；半户内布置的主变压器户外布置,其他配电装置户内布置。目前110 kV、220 kV变电站3种布置形式均较常见,500 kV变电站一般采用全户外布置。在城市居住人口密集区,通常建议110 kV、220 kV变电站采用全户内布置,主要噪声源均布置在建筑物内部,能够对电气设备产生的噪声起到一定的阻隔作用。若在居住人口密集区的变电站在平面布置设计时未考虑噪声影响,采用敞开式的全户外布置或主要噪声源位于户外的半户内布置,产生的噪声传播到周边,变电站厂界及周边居民点处的声环境可能会产生噪声超标的问题。

500 kV变电站一般采用全户外布置,主要电气噪声源没有建筑物的遮挡,噪声均向外界自由传播。若500 kV变电站的主变压器、高压电抗器等主要噪声源布置在靠近厂界围墙处,且周边无综合楼等建筑物的阻挡,变电站厂界及周边区域可能会产生噪声超标的问题。因此变电站在前期设计时,需要充分考虑变电站内主要噪声源与厂界的位置关系,噪声源尽量远离厂界,在传播途径上留出一定的噪声衰减距离。

(3) 噪声敏感点的声环境(接收器)功能区划。变电站噪声是否超标,除了噪声源强的大小、传播途径上是否有降噪条件外,还与厂界和周边的声环境功能区划有关。声环境功能区划决定了变电站厂界区域的声环境质量标准。声环境质量标准越高,变电站要求达到的厂界噪声值越小,才能符合相应的声环境功能区划要求。

对于全户外布置的500 kV变电站,变电站选址一般选在远离居民区的空旷地带,但随着城市化进程以及农村地区的快速发展,很多500 kV变电站的站址周边也会陆续建设村庄房屋,因此环保部门对变电站的噪声控制越来越严格。

2 变电站噪声主要治理措施

针对变电站噪声超标原因,目前所采取的噪声治理措施也基本从声源、传播途径和接收器方面进行控制。

(1) 噪声源控制。降低噪声源强是从源头控制最有效的方法,变电站在前期设计时,在保证电气设备的安全性、可靠性的基础上,应选择低噪声变压器、电抗器等设备。对于因电气设备老化而导致噪声超标的变电站,应及时进行升级改造,更换为噪声源强更小的电气设备。

(2) 传播途径控制。在传播途径上可通过隔声、吸声、消声等措施,增加噪声在传播途径中的能量损失。变电站厂界内可针对噪声源设置隔声屏障,110 kV、220 kV主变压器可进行户内布置,由建筑物墙体作为隔声屏障；对于布置在户外的500 kV主变压器两侧的防火墙,可根据噪声防护需要,在防火墙墙体上加装吸音材料,必要时可在无防火墙的一侧增设隔声屏,对主变压器噪声在传播途径上起到降噪作用；对于户外布置的高压电抗器,可采用Box-in 降噪措施。另外,应用较多的隔声措施就是增加围墙高度和在围墙上增设隔声屏障。

另一种在传播途径上的减噪措施是增加噪声源与厂界的距离,即噪声衰减距离。一般在项目设计前期就需提出优化变电站平面布置形式,主变压器设置在变电站中心位置,两侧最靠边的主变压器需考虑与变电站厂界的距离,高压电抗器等电气噪声源尽量远离厂界,必要时适当增加变电站征地范围和厂界与各噪声源的距离。目前变电站设计时通常采用标准化模块布置,给予降噪考虑的调整平面布置的空间较有限。

(3) 接受者防护。变电站周边受到变电站噪声影响的居民房屋,在变电站本体采取一系列降噪措施后,仍可能由于距离变电站较近,噪声衰减距离不够而产生噪声超标；或居民房屋所处声环境功能区等级较高,环境背景噪声已临近标准值,再叠加变电站噪声后产生超标。目前,针对变电站周边居民房屋采取的治理措施主要是建筑物加装通风隔声窗。相对于前两种控制措施,接受者防护是最难实施的控制措施。

3 500 kV变电站噪声治理措施实例分析

拟规划建设一座500 kV变电站,在环境影响评价阶段根据变电站设计预测,分析了变电站远期4组主变压器和2组高压电抗器正常运行时的厂界噪声及对周边居民点的影响,根据预测结果提出相应的噪声治理措施。

3.1 变电站总体情况

(1) 变电站平面布置。500 kV变电站为规划建设的超高压地面变电站,为全户外形式,按三列式布置,从南向北依次布置为500 kV配电装置、主变压器和35 kV配电装置、220 kV配电装置。500 kV配电装置采用户外HGIS,布置于站区南侧,向南、向西出线；220 kV配电装置采用户外GIS,位于站区北侧,向北出线；主变压器和35 kV配电装置布置在500 kV与220 kV配电装置场地之间,其中布置有主变压器及构架、35 kV母线、电抗器组、电容器组等；500 kV高压电抗器布置在500 kV HGIS场地西侧。

(2) 噪声源强。根据设计,变电站规划远期有4组1 000 MVA主变压器,每组主变有A、B、C三相3台变压器,500 kV主变压器及35 kV并联低压电抗器布置在站区中部,每台变压器之间有防火墙隔离,实现紧凑型布置。西侧最外侧主变压器与西侧厂界距离约为13 m,东侧最外侧主变压器与东侧厂界距离约为32 m,4组主变压器与南侧、北侧厂界平行,距离北侧厂界距离约为60.5 m,距离南侧厂界约为85 m。此外,2组3×60 Mvar并联电抗器设置在变电站西侧厂界靠南部,紧邻围墙,距离西侧围墙约为3.5 m。

变电站内主要噪声源为500 kV变压器、高压电抗器以及35 kV并联低压电抗器,站内各声源源强及声源高度如表1所示。

表1 站内各声源源强及声源高度

序号设备名称声功率级/dB(A)声源高度/m1500kV变压器96．52．02500kV高抗86．42．03并联低压电抗器83．04．0

(3) 隔声设施。东面最外侧主变压器与东厂界间布置有2层高综合楼；主变压器与北侧、南侧厂界间除了配电装置等电气设备外,仅有继电小室等尺寸较小的建筑物。变电站内的各建筑物高度及反射损失率如表2所示。

表2 变电站内的各建筑物高度及反射损失率

序号名称高度/m反射损失率1主控楼4．81．02500kV继电小室4．91．03站用电小室4．51．04主变防火墙9．00．25高抗防火墙6．50．26厂界围墙2．30．3

(4) 变电站外环境。变电站所处位置为农村地区,周边有部分乡镇企业,因此变电站厂界噪声执行GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》[3]中2类标准,周边居民住宅声环境执行GB 3096—2008《声环境质量标准》[4]中1类标准。

变电站周边最近房屋敏感点主要有变电站北侧约29 m处的村庄房屋、东侧约21 m处的企业房屋和西侧约10 m处的企业宿舍。周边建筑物均为1层砖混房屋,虽然房屋较少且较分散,但距离变电站距离较近,变电站噪声对其会产生一定影响。

3.2 噪声预测模型

变电站噪声预测采用声场仿真软件Cadna/A,该软件由德国DataKustik公司编制,其主要依据为ISO 9613、RLS-90、Schall03等标准,并采用专业领域认可的方法进行修正,计算精度经德国环保局认证,在我国受到环境保护部环境工程评估中心推荐。

根据HJ 2.4—2009《环境影响评价技术导则 声环境》中工业噪声预测模式,已知声源的倍频带声功率级,预测点位置的倍频带声压级为

Lp(r)=Lw+Dc-A

(1)

A =Adiv+Aatm+Agr+Abar+Amisc

(2)

式中:Lw——倍频带声功率级,dB(A);Dc——指向性校正,dB(A);A——倍频带衰减,dB(A);Adiv——几何发散引起的倍频带衰减,dB(A);

（2）情景模拟实验教学的应用与管理。情景模拟教学法是在教师创设的背景中，学生在教师指导下模拟某一岗位或扮演某一角色，进行技能训练的一种互动式教学方法。以接近现实工作内容和范围为背景，以行动为导向，以学生主动参与为形式，以调动学生学习主动性、积极性和培养提高学生实践应用能力为目的，在警察高校的犯罪现场勘查、暴恐事件处置、道路交通事故处置等实验、实训教学中大有用武之地。

Aatm——大气吸收引起的倍频带衰减,dB(A);

Agr——地面效应引起的倍频带衰减,dB(A);

Abar——声屏障引起的倍频带衰减,dB(A);Amisc——其他多方面效应引起的倍频带衰减,dB(A)。

3.3 噪声预测分析

根据预测结果,500 kV变电站在远期4组主变压器、2组高压电抗器正常运行后,变电站采取降噪措施前等声级线如图1所示。

图1 变电站采取降噪措施前等声级线

由图1可见,变电站四侧厂界噪声除东侧部分区域由于主控楼的遮挡未超标外,其余厂界区域均超过50 dB(A),不能满足GB 12348—2008中2类标准要求(即昼间≤60 dB(A)、夜间≤50 dB(A))。周边建筑物的夜间噪声均超过GB 3096—2008中1类标准要求(即昼间≤55 dB(A)、夜间≤45 dB(A))。因此,需对变电站采取噪声防护措施,以减小对周边居民的声环境影响。

3.4 建议采取的降噪措施

针对该变电站预测噪声超标情况,环境影响评价阶段首先建议设计单位对变电站平面布置进行优化。由于该变电站采用紧凑式布置,若能增加用地范围,增加各噪声源与厂界之间的距离,可有效减小厂界噪声影响。该变电站选址位于山坳区域,变电站南、西、北侧均有山体,无法采用占地较大的布置形式,因此无法采用调整平面布置的方式降噪。

最终结合同类变电站降噪措施情况,建议该变电站采取如下噪声防治措施:

(1) 建议在满足设计规范和安全的前提下,主变区域主变压器北侧加装9 m高隔声屏,并在主变压器每相之间的防火墙上(主变压器侧)加装吸音隔声板。

(3) 建议在满足设计规范和安全的前提下,在变电站西侧厂界、南侧厂界和东侧南部厂界围墙上方再加装1.7 m高隔声屏障,使得变电站围墙增高至5 m(由于当地有台风影响,根据设计安全性考虑,围墙最高高度为5 m),西侧厂界隔声屏长度约155.5 m,南侧厂界隔声屏长度约为214.5 m,东侧南部厂界隔声屏长度约67 m。变电站采取的降噪措施如图2所示。

变电站在采取以上降噪措施后,变电站四侧厂界均满足GB 12348—2008中2类标准要求。

变电站采取降噪措施后等声级线如图3所示。

根据GB 12348—2008中2类标准要求,变电站采取降噪措施前后厂界环境噪声预测结果如表3所示。

根据GB 3096—2008中1类标准要求,变电站采取降噪措施前后周边建筑物噪声预测结果如表4所示。

图2 变电站采取的降噪措施

图3 变电站采取降噪措施后等声级线

预测点位采取措施前噪声贡献值/dB(A)达标情况采取措施后噪声贡献值/dB(A)达标情况北厂界预测点55．6昼间达标夜间超标47．1达标西厂界预测点56．6昼间达标夜间超标49．1达标南厂界预测点51．4昼间达标夜间超标48．2达标东厂界预测点50．7昼间达标夜间超标45．1达标

表4 变电站采取降噪措施前后周边建筑物噪声预测结果

预测点位采取措施前昼间噪声叠加背景值/dB(A)夜间噪声叠加背景值/dB(A)达标情况采取措施后昼间噪声叠加背景值/dB(A)夜间噪声叠加背景值/dB(A)远期达标情况北侧最近村庄房屋51．951．5昼间达标夜间超标45．944．2达标东侧最近企业房屋49．748．9昼间达标夜间超标46．644．7达标西侧最近企业宿舍51．050．0昼间达标夜间超标49．147．4夜间略超标

变电站周边建筑物除了西侧最近企业宿舍夜间噪声值仍略超GB 3096—2008 中1类标准(即昼间≤55 dB(A)、夜间≤45 dB(A))外,其余周边房屋处昼夜噪声均能满足1类标准要求。夜间超标处房屋的噪声也受背景噪声的影响,因此建议远期变电站运行后应结合环保验收监测情况,若这两处房屋仍存在噪声超标情况,建议在超标房屋处面朝变电站侧装设通风隔声窗,一般降噪效果在20 dB以上,满足变电站周边敏感点昼夜噪声值达到GB 3096—2008 中1类标准。

4 结 语

随着变电站设计与建设技术的日趋成熟,目前已经建成有500 kV地下变电站,不仅节约了土地,还能有效控制变电站噪声对周边环境的影响。此外,根据声波干涉原理提出的有源噪声控制概念将是今后变电站噪声控制的研究方向。目前有源噪声控制技术在工业、交通等方面已广泛应用,但还存在系统稳定性差、过分依赖初级声源和构造复杂需专业人员维护操作等缺陷。因此,在变电站噪声控制措施方面还需要各方面的不懈努力。

[1] 翟国庆,潘仲麟.噪声控制技术[M].北京:化学工业出版社,2006.

[2] 钱诗林,张嵩阳,张远,等.110～750 kV变电站噪声超标原因分析及控制措施[J].能源与化学工程,2015(11):57-58.

[3] 工业企业厂界环境噪声排放标准:GB 12348—2008[S].

[4] 声环境质量标准:GB 3096—2008[S].

[5] 杨庆陶,马晓爽.浅谈变电站的噪声控制[J].建筑工程技术与设计,2016(5):2303.

Effect of Noise Exceeded Standard and Treatment Measures from Transformer Substation

ZHANG Xiaolu, WANG Lei, GUO Jian

(Huadong Engnieering Co., Ltd., Power China, Hangzhou 311122, China)

This paper introduced the principle and reasons of the noise from the transformer substation,and analyzed the main treatment measures of the substation noise.Combining by a 500 kV substation as example,the factory boundary noise and the impact on the surrounding residential areas were discussed when the long-term four groups of main transformers and two groups of high voltage reactors from the transformer substation were behaving normally.According to the prediction results,the appropriate treatment measures against the noises were proposed.It can provide references of similar transformer substations.

transformer substation; noise effect; prediction model; treatment measures

王 蕾(1984—),女,工程师,从事噪声环境影响评价工作。

郭 坚(1977—),男,高级工程师,从事环保设计、环境影响评价工作。

张晓璐(1982—),女,工程师,从事噪声、电磁环境影响评价工作。

TU 852

B

1674-8417(2016)12-0047-06

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.12.011

2016-11-20