500 kV变电站简化噪声源衰减特性研究

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近年来，越来越多的500 kV变电站开始出现在有居民分布的区域，为使变电站噪声达标，避免与周围居民的冲突，迫切需要在变电站设计阶段进行噪声模拟预测，进而采取相应的噪声防治措施。500 kV变电站内噪声源设备较多，其中以主变压器产生的噪声最为明显。主变压器噪声以低频为主，频率集中在100～500 Hz之间[1]，低频噪声因波长较长，具有很强的绕射和透射能力，随距离衰减较慢，对区域声环境影响较大，属于难治理噪声[2]。

目前国内针对500 kV变电站的噪声模拟预测常采用Cadna/A软件，可根据变电站总平面布置、声源源强大小、建(构)筑物尺寸等因素进行噪声预测。由于变电站中噪声源设备组成和噪声产生机理较复杂，难以用Cadna/A软件进行准确模拟。为充分反映变电站投运后产生的噪声影响，通常根据其噪声源强大小、几何尺寸等因素进行等效简化设置。以500 kV变电站主变压器为例，一般可将其简化为体声源、面声源或点声源，如文献[3]将变电站主变压器简化为5个面源组成的体源；文献[4]将变电站主变压器简化为平行于地面的面声源；文献[5]将变电站主变压器简化为垂直于地面的面声源；文献[6]将变电站主变压器简化为位于设备中心的点声源。不同的简化方式导致变电站的预测方法不一致，预测结果存在一定的分歧，直接影响变电站降噪方案的设置。下面基于四川某500 kV变电站，将其主变压器分别简化为体声源、面声源和点声源，分析不同简化声源随距离的衰减特性。

1 变电站主变压器简化方法

四川某500 kV变电站的主变压器外形尺寸按13 m×9 m×4 m考虑，其噪声源强大小按设备外2 m处声压级为62 dB(A)(由设备厂家提供)考虑，再通过Cadna/A软件倒推计算出各声源的声功率级大小。主变压器简化为体源、面源和点源的参数情况见表1，其简化示意图见图1。

图1 主变压器简化示意图(图中阴影部分为简化声源)

2 变电站主变压器噪声预测方法

2.1 噪声导则推荐模式建模计算

根据《环境影响评价技术导则——声环境》(HJ 2.4-2009), 若已知无指向性点声源的声功率级，且声源处于自由声场，则距离声源r处几何发散衰减的基本公式为

Lp=Lw-20lg(r)-8

式中:Lp为衰减后距声源r处的声压级;Lw为点声源的声功率级。

面声源可简化为由若干个点源组合而成，如上述13 m×9 m面源可简化为117个1 m×1 m单位面源，可将其近似为位于面源中心的点源；同理，由5个面源组合而成的体源，也可将其简化为293个点源，因此根据均匀分布的各个点源声功率级，结合上述衰减公式可以建模计算距各个点声源不同距离处的噪声声压级叠加值。

2.2 Cadna/A软件建模计算

采用Cadna/A软件，分别建立变电站主变压器的体源、面源、点源模型，根据设备外2 m处的声压级倒推出各声源的声功率级，不考虑地面吸收系数和周围屏障的遮挡作用，设置计算网格0.5 m×0.5 m，预测距声源不同距离处的噪声声压级大小。

3 变电站主变压器噪声预测结果

3.1 主变压器不同简化方式的噪声预测结果

分别采用噪声导则推荐模式和Cadna/A软件对变电站主变压器不同简化类型的声源衰减情况进行建模计算，距各声源不同距离处的噪声声压级见表2。

由表2可知，距各声源不同距离处的噪声导则推荐模式和软件预测值吻合良好，最大差值出现在远声场L=200 m处，仅为1.4 dB(A)，这表明采用Cadna/A软件计算时仅考虑各点声源的能量叠加，而未考虑声波之间的相位影响[7]，与点声源的几何衰减模式一致。

距各声源不同距离处的软件预测值见图 2。

图2 距各声源不同距离处的软件预测值

表2 主变压器简化为体源、面源和点源后不同距离处的声压级情况

注：①噪声接受点位于主变压器长边一侧中心轴线上，距地面1.2 m处。

由表2、图 2可知，距体源、面源、点源相同距离处的噪声声压级差异较小，最大差值仅为0.9 dB(A)，由表1可看出，各声源的总声功率级相近，最大差值为0.6 dB(A)，这表明不论采取何种简化方式，其噪声接受点的声压级大小主要取决于声源的总声功率级大小。

由表1可知，点源反推得出的噪声声功率级最大，面源其次，体源最小。由图 2可知：在L=6.5 m(主变压器外2 m)处，体源、面源和点源的软件预测结果相同；但是在L=5 m处，体源的噪声声压级最大，面源其次，点源最小，与声源噪声声功率级变化规律相反，这表明在近声场(L≤5 m)，面源特征较明显，因此由5个面源组成的体源噪声衰减最慢，单个面源其次，点源衰减最快；而在远声场(L≥35 m)，噪声接受点距体源、面源和点源的距离均大于2倍各声源的最大尺寸，故均可视为点源，各声源衰减规律一致，声压级与总声功率级变化趋势一致，即声源总声功率级从大到小依次为点源、面源、体源，在远声场距声源相同距离处的声压级从大到小依次也为点源、面源、体源。

3.2 体源各面的噪声衰减特性

组成体源的5个面源随距离的衰减情况见图3。

图3 组成体源的5个面源随距离的衰减情况

表3 体源各面源随距离的衰减情况

注：①噪声接受点位于主变压器长边一侧中心轴线上，距地面1.2 m处。

由图3可知，5个面源中，面源2随距离衰减最快，而面源1衰减最慢，这是由于面源噪声主要沿着其中心轴线进行发散，面源2为垂直面源，面源1为平行于地面的面源，故面源2在L方向的衰减程度大于面源1；虽然面源2、面源3的总声功率级相同，但是在近声场(L≤5 m)，噪声接受点与面源3的距离大于与面源2的距离(距离差ΔL=9 m)，故导致面源2在噪声接受点的噪声声压级较大，而随着L增大，ΔL可逐渐忽略不计，则面源2、面源3在噪声接受点的噪声声压级逐渐趋于相同；距面源4、面源5不同距离处的噪声声压级和衰减规律均相同，相比其他面源，面源4、面源5在远声场(L≥35 m)的噪声声压级最小，一方面由于这两面面积较小，导致总声功率级较小，另一方面由于面源4、面源5平行于噪声接受点与主变压器中心连线，点源特征较明显，在远声场衰减较快。

总的来说，体源的5个面源中与地面平行的面源1衰减最慢，且在远声场(L≥35 m)，噪声声压级最大，对体源产生的总声压级贡献值最大。

4 结 语

综上所述，将四川某500 kV变电站的主变压器分别简化为体声源、面声源和点声源，分析不同简化声源随距离的衰减特性，得出如下结论：

1)在不考虑声波之间的相位影响，仅考虑声波的能量叠加时，采用Cadna/A软件和噪声导则推荐模式的计算结果一致。

2)距体源、面源、点源相同距离处的噪声声压级差异较小，最大差值仅为0.9 dB(A),噪声接受点的声压级大小主要取决于各声源的总声功率级大小。

3)在近声场(L≤5 m)面源特征较明显，体源噪声衰减最慢，面源其次，点源衰减较快，L相同时，声压级从大到小依次为体源、面源、点源；而在远声场(L≥35 m)，各声源衰减规律一致，声源的总声功率级起决定性因素，L相同时，声压级从大到小依次为点源、面源、体源。

4)体源的5个组成面源中，垂直面源随距离衰减较快，平行于地面的面源衰减较慢，总声功率级相同的两个垂直面源，随着L增大，ΔL可逐渐忽略不计，在噪声接受点的噪声声压级趋于相同，平行于噪声接受点与主变压器中心连线的面源，点源特征较明显，在远声场(L≥35 m)的噪声声压级最小。

由于Cadna/A软件在模拟过程中未考虑声波之间的相位干涉影响，故软件预测值与变电站实际运行过程中的噪声监测值可能存在一定的差异，在下一阶段应结合变电站噪声监测结果分析其差异性，并进一步探讨预测优化方案。

[1] 马大猷．噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 陈俩,陈双,许超等.500 kV变电站噪声特性及控制[J]．四川环境，2015，34(2)：80-84.

[3] 孙宇晗，莫娟，曹枚根，等.基于噪声控制的变电站平面布置优化设计[J]. 电力建设，2013,34(12)：18-23.

[4] 林旗力，唐蕾，施华彪，等.500 kV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.

[5] 齐飞，余寒，华伟. Cadna/A在江苏500 kV变电站噪声环境预测中的应用[J].科技创新与应用，2015(4)：6-7.

[6] 黎文辉.高压变电站噪声污染预测与防治技术研究[D]. 广东：广东工业大学环境科学与工程学院，2015.

[7] 阮学云，魏浩征，李志远，等.户外噪声相干预测模型及其工程应用[J].中国环境科学，2015,35(6)：1877-1884.