新建變電站和換流站噪聲控制技術(shù)

李鐵楠，胡勝，陳紹藝，吳曉文，歐陽玲

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

新建變電站和換流站噪聲控制技術(shù)

Noise controlling technology in new substations and converter stations

李鐵楠，胡勝，陳紹藝，吳曉文，歐陽玲

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

為了從根本上降低變電站 (換流站)噪聲，文中設(shè)計(jì)了新建變電站 (換流站)噪聲控制工作流程，從規(guī)劃選址、設(shè)計(jì)方案選擇與優(yōu)化、設(shè)備選型、降噪措施以及噪聲控制方案實(shí)施與驗(yàn)收等建設(shè)全過程對新建變電站 (換流站)的噪聲控制技術(shù)進(jìn)行研究。

變電站；換流站；噪聲控制；工作流程

近年來電網(wǎng)噪聲引起的投訴不斷增多，已成為制約電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的重要因素。電網(wǎng)噪聲中變電站(換流站)的噪聲問題最為嚴(yán)重，在輸變電工程建設(shè)之前必須予以考慮〔1－4〕。

文獻(xiàn)〔5－6〕分析了換流站噪聲源特性，在此基礎(chǔ)上提出了較為合理的換流站布置方案，并且對降噪效果進(jìn)行了分析；文獻(xiàn)〔7－8〕分析了變電站噪聲源并給出了針對各設(shè)備的噪聲治理措施以及平面布置優(yōu)化設(shè)計(jì)；文獻(xiàn)〔9〕介紹了國內(nèi)外變電站、換流站以及輸電線路的噪聲特點(diǎn)及治理情況；文獻(xiàn)〔10〕分析了城區(qū)變電站噪聲超標(biāo)原因并給出了治理措施；文獻(xiàn)〔11〕探討了特高壓直流換流站噪聲治理方案，并提出了較為具體的控制措施。

以上文獻(xiàn)雖然均給出了變電站 (換流站)的噪聲控制方案，但變電站 (換流站)的噪聲控制應(yīng)該是涉及選址、方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化、設(shè)備選擇等諸多方面的系統(tǒng)工程。文中從以上諸方面提出新建變電站 (換流站)的全過程噪聲控制工作流程。

1 噪聲控制工作流程設(shè)計(jì)

在變電站 (換流站)建設(shè)之前，應(yīng)進(jìn)行可行性研究與環(huán)境影響評價(jià)。在此階段，首先應(yīng)根據(jù)地形與聲環(huán)境功能區(qū)要求合理規(guī)劃站址。站址確定后，再綜合考慮地理位置、負(fù)荷、進(jìn)出線條件等基礎(chǔ)上優(yōu)化站內(nèi)設(shè)備的布局方式。在經(jīng)濟(jì)可行的條件下盡可能選擇低噪聲設(shè)備，確定技術(shù)參數(shù)后嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備驗(yàn)收監(jiān)督。采取上述措施后，如果仍存在噪聲排放超標(biāo)情況，應(yīng)考慮必要的隔聲、消聲等降噪措施，嚴(yán)格控制降噪方案的實(shí)施與驗(yàn)收。

2 規(guī)劃選址

變電站 (換流站)規(guī)劃選址應(yīng)盡可能利用當(dāng)?shù)氐匦螚l件，避開聲環(huán)境質(zhì)量要求較高的區(qū)域。

根據(jù)GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》及 GB3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，聲環(huán)境功能區(qū)不同，聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值和廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)限值存在較大差異。因此，為了減少變電站 (換流站)對周邊聲環(huán)境的影響并降低發(fā)生糾紛的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)盡量將變電站 (換流站)布置在2—4類聲環(huán)境功能區(qū)。具體而言，城市變電站 (換流站)應(yīng)布置在城市工業(yè)區(qū)、倉儲物流區(qū)或交通干線兩側(cè)一定距離之內(nèi)，并且遠(yuǎn)離商業(yè)、醫(yī)療、居住以及教育等聲環(huán)境質(zhì)量要求較高的區(qū)域；位于鄉(xiāng)村的變電站 (換流站)在選址時(shí)，應(yīng)選擇交通干線、等級公路兩側(cè)區(qū)域或者倉儲集中區(qū)、鄉(xiāng)村工業(yè)、集鎮(zhèn)邊緣。此外，在進(jìn)行鄉(xiāng)村變電站 (換流站)選址時(shí)，可與當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門協(xié)商確定應(yīng)執(zhí)行的聲環(huán)境功能區(qū)類別及聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

由于平原地區(qū)較為空曠，障礙物較少，因此噪聲在傳播的過程中衰減小，影響范圍大?？梢詫⒆冸娬?(換流站)布置在山地或丘陵地帶，充分利用障礙物對聲音的吸收、反射及散射作用，使聲能量消耗在傳播過程中。另外，根據(jù)風(fēng)向布置也可在一定程度上降低變電站 (換流站)噪聲的影響。

3 設(shè)計(jì)方案選擇及優(yōu)化

3.1 變電站設(shè)計(jì)方案選擇及優(yōu)化

1)0類或1類地區(qū)

0類地區(qū)或1類地區(qū)的變電站宜采用全戶內(nèi)布置的方式，而且主變壓器的本體應(yīng)與散熱器分開布置，并對所選設(shè)備的噪聲水平進(jìn)行嚴(yán)格要求。此外，根據(jù)變電站現(xiàn)場情況確定其具體建筑形式。

具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮獨(dú)立建筑全戶內(nèi)式變電站，如果變電站站址位于人口較為密集的商圈、住宅區(qū)中心，且場地條件不允許時(shí)，可以將變電站與樓層較高的建筑合建。在需考慮景觀協(xié)調(diào)的某些特殊場合，如公園、廣場以及綠化帶等，可將變電站布置在地下。

2)2類區(qū)

2類區(qū)變電站的布置方式可以選擇全戶內(nèi)式和半戶內(nèi)式2種，而且應(yīng)優(yōu)先選擇前者。

當(dāng)變電站附近沒有環(huán)境敏感目標(biāo)，或者目標(biāo)距離較遠(yuǎn)且不是高層居民住宅時(shí)，可考慮半戶內(nèi)式布置方式，并盡量科學(xué)利用變電站站內(nèi)部建筑作為屏障阻擋主變壓器的噪聲。當(dāng)變電站圍墻外一定距離內(nèi)存在敏感建筑物，或者墻外有高層民宅時(shí)，則應(yīng)參考現(xiàn)場具體條件選擇建筑方式，如戶內(nèi)式、全/半地下式、以及與其它建筑合建方式等。

3)3類及以上地區(qū)

3類及以上地區(qū)變電站的設(shè)計(jì)方案不作特別限定，可視具體情況選擇。在初步確定變電站的設(shè)計(jì)方案與主要設(shè)備參數(shù)后，為了判斷站界噪聲是否達(dá)標(biāo)，應(yīng)根據(jù)方案進(jìn)行噪聲預(yù)測。若不達(dá)標(biāo)，則在不改變進(jìn)出線方式的條件下，優(yōu)先考慮改進(jìn)變電站建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備布置方式以及整體布局。

①主變、電抗器布置在戶外時(shí)，為了降低排放噪聲，應(yīng)將其布置在站址中央，利用變電站內(nèi)建筑物阻擋部分噪聲。

②全戶內(nèi)式變電站的主要噪聲源及其進(jìn)出風(fēng)口應(yīng)遠(yuǎn)離噪聲敏感目標(biāo)，盡量布置在噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)較為寬松的一側(cè)。

③為了減少風(fēng)機(jī)數(shù)量，應(yīng)盡可能考慮自然通風(fēng)方式。同時(shí)盡量采用分散的局部通風(fēng)方式，有利于降低單臺風(fēng)機(jī)的功率及噪聲水平。

④為了減少向外傳播的噪聲，主變室的檢修大門盡量不采用全開全關(guān)式，同時(shí)盡量避免安裝采光窗戶。

圖1為采用Soundplan計(jì)算軟件分別計(jì)算戶外和全戶內(nèi)2種布置方式在主變聲壓級為70 dB(A)時(shí)離地2.6m(高出圍墻)的噪聲分布。如圖1所示，采用全戶內(nèi)布置方式比采用戶外布置方式可有效降低變電站噪聲排放強(qiáng)度和影響范圍。

3.2 換流站設(shè)計(jì)方案選擇及優(yōu)化

同變電站的設(shè)計(jì)方案選擇一樣，換流站站址確定后，設(shè)計(jì)方案的選擇應(yīng)綜合考慮換流站的方位、負(fù)荷條件、環(huán)境保護(hù)要求、進(jìn)出線情況等。初步方案設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇可參考國家電網(wǎng)公司換流站典型設(shè)計(jì)。

換流站的總平面布置應(yīng)合理布置站內(nèi)設(shè)施和建筑物以阻擋噪聲傳播?？梢詫Q流變、高端閥廳、低端閥廳和控制樓布置在站中心。換流變和交流濾波器分開布置，而交流濾波電容器則采用雙塔形式。備品備件庫、綜合樓、綜合消防泵房以及警衛(wèi)室等建筑布置在圍墻處以降低噪聲向站外傳播。綜合樓由辦公區(qū)和住宿區(qū)構(gòu)成，其中辦公區(qū)可以布置在換流變與住宿區(qū)之間，以減小換流變噪聲對站內(nèi)工作人員生活的影響。

韓輝等研究了采用2種不同方案布置時(shí)±800 kV換流站的噪聲分布情況〔5〕。在方案1中，閥廳和換流變呈一字形布置，換流變等噪聲較高的設(shè)備產(chǎn)生的噪聲，除閥廳背側(cè)直流場方向外，其它傳播方向未受到高大建筑物的阻礙，噪聲傳播較遠(yuǎn)。在方案2中，閥廳與換流變采用面對面的布置方式，該方式下噪聲傳播受到閥廳與主控樓等的阻礙，噪聲主要在面對面的閥廳之間反射傳播，因此噪聲傳播距離較近。

4 噪聲源設(shè)備選擇、監(jiān)督及驗(yàn)收

4.1 低噪聲設(shè)備的選擇

新建變電站 (換流站)應(yīng)嚴(yán)格把握其內(nèi)部設(shè)備的噪聲水平，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行的條件下，選擇噪聲較低的設(shè)備。各主要設(shè)備的噪聲限值可根據(jù)變電站 (換流站)的設(shè)計(jì)方案以及站址所處的聲功能區(qū)的要求，通過噪聲分析確定。

1)換流變壓器

換流變壓器是換流站內(nèi)的主要噪聲源，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行降噪:①可采用降低磁致伸縮的材料，能夠?qū)⒃肼暯档?～5 dB(A)。②減小鐵芯磁通密度。磁通密度減小0.1 T，噪聲值可下降2～3 dB(A)，但變壓器造價(jià)隨之增大，經(jīng)濟(jì)性較差。③改進(jìn)鐵芯設(shè)計(jì)與減小鐵芯間接縫的尺寸。多級接縫結(jié)構(gòu)鐵芯比兩級接縫鐵芯的空載噪聲低4～5 dB (A)。④降低或避免加工和生產(chǎn)硅鋼片過程中的機(jī)械沖擊。⑤將環(huán)氧膠或聚酯膠涂在鐵芯端面上，一方面增大了鐵芯表面張力約束，另一方面降低了鐵芯的磁致伸縮量，從而降低變壓器噪聲。

2)平波電抗器

采用以下方式降噪:調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整共振頻率、增加導(dǎo)體質(zhì)量；使用雙層橫截面，可增加繞組重量，最高可降低電抗器噪聲約6 dB(A)。

3)冷卻系統(tǒng)

應(yīng)選用低噪聲的冷卻裝置。用多臺新型、中等流量的低噪聲風(fēng)扇代替大功率風(fēng)扇的優(yōu)點(diǎn)包括:①能達(dá)到較為均勻的冷卻效果。② 冷卻系統(tǒng)的可靠性得到提高。③ 總風(fēng)量不變的條件下，電機(jī)功率僅為大流量風(fēng)扇的70%～75%，噪聲降低了2～3 dB (A)。

4)交直流濾波器

為了減小振動(dòng)，能夠采取的措施包括:① 提高串聯(lián)電容器的數(shù)量。②提高電容器外殼的剛度，同時(shí)還要考慮避開電容器的共振頻率。

5)通風(fēng)風(fēng)機(jī)

在考慮自然對流換熱方式的前提下，根據(jù)正常通風(fēng)散熱量優(yōu)先選擇大尺寸、低轉(zhuǎn)速、低噪聲風(fēng)機(jī)，或者采用多個(gè)功率適中、噪聲較低的風(fēng)機(jī)以降低噪聲水平，并且優(yōu)先考慮溫控啟停方式。

通風(fēng)風(fēng)機(jī)應(yīng)滿足HJ/T384—2007《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求一般用途低噪聲軸流通風(fēng)機(jī)》的要求:低噪聲軸流通風(fēng)機(jī)在風(fēng)機(jī)樣本規(guī)定的使用工況范圍內(nèi)測出的噪聲級不大于80 dB(A)；低噪聲軸流通風(fēng)機(jī)在最佳效率工況點(diǎn)的A聲級不大于26dB。

圖2為采用Soundplan計(jì)算軟件分別計(jì)算110 kV戶外變電站在主變聲壓級為70 dB(A)，65 dB (A)，60 dB(A)時(shí)離地2.6m(高出圍墻)的噪聲分布。從圖2可知，在變電站布置方式相同的條件下，隨著主變壓器的噪聲值的減小，變電站排放噪聲也顯著減小。因此在設(shè)計(jì)方案確定后，必須選用適當(dāng)?shù)牡驮肼曉O(shè)備來控制變電站噪聲的排放。

4.2 噪聲源設(shè)備招投標(biāo)技術(shù)參數(shù)監(jiān)督

在設(shè)備招標(biāo)技術(shù)規(guī)范中應(yīng)明確設(shè)備噪聲要求。對于噪聲允許值低于國家電網(wǎng)公司通用設(shè)備技術(shù)規(guī)范要求的設(shè)備，應(yīng)隨招標(biāo)技術(shù)規(guī)范提供由環(huán)評單位出具的設(shè)備噪聲限值文件。

4.3 噪聲源設(shè)備的驗(yàn)收監(jiān)督

應(yīng)加強(qiáng)對變電站 (換流站)內(nèi)主要噪聲源設(shè)備如主變壓器、換流變壓器、電抗器、通風(fēng)機(jī)等的出廠驗(yàn)收工作。出廠驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)在驗(yàn)收人員見證下進(jìn)行噪聲測試，測試數(shù)據(jù)在出廠試驗(yàn)報(bào)告和驗(yàn)收紀(jì)要中如實(shí)記錄。測試值不滿足技術(shù)協(xié)議要求的，應(yīng)整改合格后出廠。

現(xiàn)場測試應(yīng)在變電站投產(chǎn)后進(jìn)行，測試內(nèi)容包括設(shè)備噪聲和站界噪聲。業(yè)主項(xiàng)目部負(fù)責(zé)現(xiàn)場測試組織協(xié)調(diào)?，F(xiàn)場實(shí)測設(shè)備噪聲超過技術(shù)協(xié)議規(guī)定值的，由業(yè)主項(xiàng)目部在 《設(shè)備投運(yùn)單》進(jìn)行說明，物資供應(yīng)公司按照合同條款執(zhí)行。

5 降噪措施

對于新建變電站 (換流站)站界噪聲和周邊敏感目標(biāo)噪聲通過站址選擇、方案優(yōu)化和優(yōu)選低噪聲設(shè)備控制依然不合要求的，或者降噪成本較高時(shí)，可采用在噪聲傳播過程中進(jìn)行控制的方法，如設(shè)置隔聲屏障、消聲器等。應(yīng)根據(jù)變電站噪聲預(yù)測結(jié)果，考慮經(jīng)濟(jì)可行性選擇具體方案。

6 噪聲控制方案評估、實(shí)施及驗(yàn)收

在初步確定新建變電站 (換流站)噪聲控制方案后，應(yīng)對采取的噪聲控制方案進(jìn)行預(yù)測評估，如不合格，應(yīng)對噪聲控制方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

應(yīng)與變電站主體工程同時(shí)進(jìn)行噪聲控制方案設(shè)計(jì)、施工、投運(yùn)，施工完成后進(jìn)行噪聲實(shí)測，測試合格方能驗(yàn)收。如未達(dá)到預(yù)期效果，應(yīng)及時(shí)查找原因，根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)加新的措施，直至達(dá)到預(yù)期的效果。

7 結(jié)論

變電站 (換流站)的噪聲防治應(yīng)當(dāng)遵循 “節(jié)能環(huán)保、滿足標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理”的原則。文中設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的變電站 (換流站)噪聲控制流程，并對各個(gè)環(huán)節(jié)給出了具體的技術(shù)措施，不僅適用于新建、改建、擴(kuò)建變電站 (換流站)噪聲控制，而且對現(xiàn)有變電站 (換流站)的降噪改造也具有一定的參考意義。

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TM933.4

B

1008-0198(2014)06-0041-04

李鐵楠 (1965)，男，湖南長沙人，高級工程師，主要從事電力設(shè)施噪聲與振動(dòng)防治技術(shù)研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.06.012

2014-05-28 改回日期:2014-11-27