基于Cadna/A软件的500kV变电站主变声源预测模型研究

潘明九

摘要： 为分析研究适于预测变电站主变噪声的模型，本文对某一典型500kV变电站主变噪声进行了现场采样，并采用不同模型在Cadna/A软件中对主变噪声影响进行预测。结果表明，500kV主变采用C1模型（即5个面声源建模，并在面声源内部增加一个建筑物），实测值与Cadna/A软件预测值之间的差异较小。由此可见，该模型更适用于预测500kV主变近场区噪声影响。

Abstract： In order to select the best model for predicting the main transformer noise of 500 kV transformer substation， the noises of a typical 500 kV substation were sampled and different prediction models of main transformer noise were built by software of Cadna/A. As the results shown， the measured values were closest to the prediction results of Model C1， which was built by 5 area sound sources and a building inside. Thus， Model C1 was more suitable to predict the influence of 500 kV main transformer noise in the near field region.

关键词： Cadna/A；主变；噪声；预测；变电站

Key words： Cadna/A；main transformer；noise；prediction；transformer substation

中图分类号：X827 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）09-0104-03

0 引言

隨着电网的发展和城镇区域的扩大，新建的变电站周围出现居民住宅等噪声敏感建筑物的现象有增加的趋势[1]，变电站噪声影响愈来愈受到公众关注。因此，在变电站项目的规划设计、环境影响评价等过程中[2，3]，噪声预测显得愈加重要。

Cadna/A软件是一套基于ISO 9613标准方法[4]、利用WINDOWS作为操作平台的噪声模拟和控制软件，广泛适用于多种噪声源的预测、评价、工程设计和研究[5]，也是目前国内在变电站设计、环评过程中应用最广的噪声预测软件之一[6]。

然而，由于所采用预测模型的不同，在变电站噪声预测过程中，各设计或环评单位时常因为预测结果的差异产生争议。为此，本文对某一典型500kV变电站主变噪声进行了现场采样，采用不同模型对主变噪声影响进行预测，并与实测结果进行对比，拟选取更适于预测500kV变电站主变噪声的模型。

1 预测模型

1.1 模型A

采用单个面声源建模，即平行于地面的一个面声源，详见图1。

该面声源大小和高度可参照《特高压输电工程变电（换流）站可听噪声预测计算及影响评价技术规范》[7]中1000kV变电站站用变压器推荐值，即面积28m2（4m×7m），高度2m。另外，也可按主变实际几何参数进行设置，一般高度取主变的几何中心高度。根据上述的两种的面声源大小和高度输入方式，则衍生出两种子模型：①模型A1的尺寸参考站用变推荐值；②模型A2的尺寸选用实际参数。

1.2 模型B

根据文献[8]，500kV主变采用多个面声源建模，包括平行于地面的一个面声源以及四个侧面的垂直面声源（见图2）。S1为平行于地面的面声源，S2～S4分别为四个侧面的垂直面声源。

根据各面声源及垂直面声源大小和高度，衍生出两种子模型：①模型B1可按主变实际几何参数进行设置，一般高度取主变顶端的高度；②模型B2则采用修正过的几何参数，即只考虑主变主要发声的部分，不包含冷却片和油枕，一般垂直于防火墙方向上的主变长度取实际的1/2，平行于防火墙方向上的主变长度取实际的4/5，高度取实际的2/3。

1.3 模型C

模型C是在模型B的基础上，面声源内部增加一个建筑物（见图3）。建筑物的大小和高度可按主变实际几何参数进行设置。面声源敷设于建筑物表面，但考虑到Cadna/A软件默认无法识别声源设置于建筑物表面的情况，因此将面声源与建筑物表面之间需保持一定距离（≤0.05m）。

根据各面声源及垂直面声源大小和高度，衍生出两种子模型：①模型C1可按主变实际几何参数进行设置；②模型C2则采用修正过的几何参数，具体同模型B2。

1.4 模型D

《环境影响评价技术导则 声环境》[2]的工业噪声预测计算模式提出，在一定条件下，面源可用处于中心位置的点声源表示。模型D是在模型B的基础上，将图2中的5个面声源用处于面中心位置的点声源表示。

根据各面声源及垂直面声源大小和高度，衍生出两种子模型：①模型D1可按主变实际几何参数进行设置；②模型D2则采用修正过的几何参数，具体同模型B2。

2 噪声现场采样

本文选取采样对象为某典型500kV变电站，采样时，背景噪声低于38dB（A）。噪声现场采样内容包括设备声功率级及衰减特性测定两部分。其中，声功率级按《电力变压器第10部分：声级测定》[9]推荐的方法进行测定；衰减特性采样点设置在①边相主变北侧平行于防火墙方向的中心轴线上，②边相主变西侧垂直于防火墙方向的中心轴线上。

3 声学参数输入

图4给出了主变声功率级测定结果，假定设备表面各质点辐射的噪声强度相同，各面声源（或点声源）的声功率级大小可根据其所在侧面的面积大小，按式（1）进行计算。

各反射面吸声系数等参数按《特高压输电工程变电（换流）站可听噪声预测计算及影响评价技术规范》中的建议值进行设定，即防火墙与围墙吸声系数为0.06，建筑物表面吸声系数为0.21，不考虑地面反射（吸收系数为1）。

4 结果分析

图5给出了采用各模型的预测值与实测值的对比结果。由图5可知，实测结果受到声波干涉等因素的影响，使得衰减趋势呈一定起伏[10]。而模型预测结果是以物理模型为基础的，因此衰减趋势较为规则。

为了比较各模型的预测准确性，本文采用欧氏距离来描述实测值与各模型预测值之间的差异，见下式：

式中，ρ表示欧氏距离；Ri表示距防火墙某一距离上的实测值；Pi表示距防火墙相同距离上的预测值；n表示维数（平行于防火墙方向的中心轴线上，本文选用了不同距离上的10个值，因此n=10。垂直于防火墙方向的中心轴线上，本文选用了不同距离上的的6个值，因此n=6）。

按式（2），通过计算分别给出平行和垂直于防火墙方向的中心轴线上，实测值与各模型预测值之间的欧式距离，详见表1。由表可知，平行和垂直于防火墙方向的中心轴线上，均是实测值与模型C1预测值的欧氏距离最小，说明两组数据的差异最小，可见C1模型更适用于预测500kV主变近场区噪声影响。

5 结论

针对各设计或环评单位在变电站噪声预测过程中所采用预测模型的不一而同的情况，本文基于Cadna/A软件对500kV变电站主变声源预测模型开展了研究。结果表明，500kV主变采用C1模型（即多个面声源建模，并在面声源内部增加一个建筑物，详见图3），实测值与Cadna/A软件预测值之间的差异较小。由此可见，C1模型更适用于预测500kV主变近场区噪声影响。

参考文献：

[1]林旗力，唐蕾，施华彪，等.500kV变电站噪声控制措施比较研究[J].电力科技与环保，2013，29（6）：4-6.

[2]HJ 2.4-2009，环境影响评价技术导则 声环境[S].2009.

[3]HJ 24-2014，环境影响评价技术导则 输变电工程[S].2014.

[4]ISO 9613-2：1996， Acoustics - Attenuation of sound during propagation outdoors - Part 2： General method of calculation[S]. 1996.

[5]Busch T A， Nugent R E. A reduced-scale railway noise barriers insertion loss and absorption coefficients： comparison of field measurements and predictions[J]. Journal of Sound and Vibration， 2003， 267（3）： 749-759.

[6]李雪亮，徐振，周英，王飞，朱庚富，赵刚.1000kV特高压变电站声环境影响仿真研究[J].环境工程技术学报，2012，2（3）： 264-270.

[7]国家电网公司.特计划〔2011〕79号，1000kV输电工程变电（换流）站可听噪声预测计算及影响评价技术规范[S].2011.

[8]郑玥.变电站噪声人体主观感受及其声调控方法研究[D]. 浙江大学，2011.

[9]GB/T 1094.10-2003，电力变压器第10部分：声级测定[S]. 2003.

[10]周兵，陈兴旺，翟国庆.1000kV特高压变电站三相高抗相干声能声场分析[J].声学与电子工程，2013（4）：49-51.

[11]GB/T 17247.2-1998，聲学 户外声传播的衰减第2部分：一般计算方法[S].1998.