500 kV地面變電站噪聲污染及治理

陳錦棟，馮苗鋒，李　明

（1.國網(wǎng)上海物資公司電物新電工程分公司，上海200438；2.中船第九設(shè)計研究院工程有限公司，上海200063）

500 kV地面變電站噪聲污染及治理

陳錦棟1，馮苗鋒2，李明1

（1.國網(wǎng)上海物資公司電物新電工程分公司，上海200438；2.中船第九設(shè)計研究院工程有限公司，上海200063）

500 kV地面變電站的站區(qū)面積大，主要噪聲源是500 kV變壓器，變壓器的數(shù)量多，分布廣，十余臺變壓器輻射的噪聲使變電站邊界噪聲超標。以一座500 kV地面變電站為例，分析變電站站區(qū)邊界環(huán)境噪聲的排放情況，提出一些在不改變變電站主體前提下的噪聲治理技術(shù)措施，可供同類工程設(shè)計參考。

聲學；500 kV地面變電站；變壓器；電磁噪聲；噪聲污染

500 kV變電站是超高壓變電站，是城市電網(wǎng)的重點設(shè)施，可分為地面變電站和地下變電站，早期建造的都是500 kV地面變電站，后期在城區(qū)內(nèi)新建的500 kV變電站已經(jīng)設(shè)計建造為地下變電站。500 kV地面變電站的主變壓器都露天安裝，多臺500 kV變壓器的噪聲基本無阻擋地直接向四周傳播，使變電站邊界的噪聲超過相關(guān)的國家標準，如果變電站邊界外有敏感建筑物，噪聲傳播影響則必然導致環(huán)境矛盾和投訴。文中的500 kV變電站或變電站均指500 kV地面變電站。

500 kV變電站噪聲治理的途徑可以分為變電站主體改造及單純的噪聲治理。變電站的主體改造包括把地面變電站改造為地下變電站或室內(nèi)變電站，或是把變壓器更換為噪聲更低的變壓器，都可以使變電站的噪聲污染得到徹底或基本上消除。但主體改造的投資巨大，涉及的因素眾多，就目前來看恐怕只有在變電站所在區(qū)域或電網(wǎng)系統(tǒng)有重大變動時才會實施。所謂的單純噪聲治理是指在不改變變電站的主體情況下，采取適當?shù)脑肼曋卫泶胧?，也可以取得一定的降噪效果，這是目前已運行500 kV變電站噪聲治理的主要方向。

筆者參加了國網(wǎng)上海電力公司關(guān)于500 kV地面變電站噪聲治理的科研課題，曾對上海市范圍內(nèi)的幾座500 kV地面變電站進行調(diào)研和噪聲測試，其中對某座有居民投訴的500 kV變電站進行了比較詳細的噪聲測試分析，根據(jù)該變電站的具體情況提出相應的噪聲治理措施。本文以這座正在實施噪聲治理措施的變電站為實例，分析這座變電站噪聲源的分布、噪聲源的源強、頻率特性及噪聲傳播情況，介紹噪聲治理措施的設(shè)計思路和降噪效果。

1　變電站的總體情況

該500 kV變電站是一座新建的超高壓地面變電站，規(guī)劃終期布置6組500 kV主變，現(xiàn)布置了2組500 kV/1 000 MW主變（即1#和3#），每組主變有3臺變壓器，即A/B/C三相500 kV/334 MW變壓器。目前尚有4組主變壓器預留位置，終期的6組主變壓器由南向北排列在站區(qū)中心道路的西側(cè)，依次為5#、1#、2#、3#、4#、6#。主變壓器距東側(cè)邊界約120 m，距南側(cè)邊界約100 m。該變電站的平面布置見圖1所示。

圖1　變電站的平面布置示意圖

每組500 kV主變壓器有A相、B相、C相3臺變壓器，B相位于中間，A相與B相之間、B相與C相之間及A相外側(cè)、C相外側(cè)各有一堵約7 500 mm高、250 mm厚的磚混防爆墻（3#C相北側(cè)沒有），故1#主變壓器的安裝區(qū)域有4堵防爆墻，3#主變壓器有3堵防爆墻，見圖2所示。

圖2　 500 kV單相變壓器與散熱器

現(xiàn)投入運行的1#及3#主變壓器的A/B/C三相變壓器是重慶ABB變壓器有限公司生產(chǎn)的強油風冷變壓器，散熱器安裝在變壓器的兩側(cè)，南側(cè)散熱器的下方安裝有4臺軸流風機（由下往上吹風），北側(cè)散熱器的下方安裝有2臺軸流風機，見圖2所示。變壓器殼體的外形尺寸約為4 500 mm×3 200 mm×4 200 mm。

該500 kV變電站是架空高壓線進出，變壓器的東面是500 kV架空線布置區(qū)，西面是220 kV架空線及開關(guān)區(qū)，站區(qū)邊界四周有2.4 m高的磚砌實心圍墻。

該500 kV變電站的站區(qū)面積較大，站區(qū)周邊都是農(nóng)田，東側(cè)邊界外是一條很窄的道路，道路東面也是農(nóng)田，但有一個小村莊，距離變電站的邊界約100 m。根據(jù)項目環(huán)境影響報告書的批復，要求該變電站邊界達到《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》的2類標準，即變電站邊界處晝間的等效噪聲Leq≤60 dB （A），夜間等效噪聲Leq≤50 dB（A），居民住宅處的噪聲應符合《聲環(huán)境質(zhì)量標準》的2類標準。

2　變電站的噪聲及噪聲傳播

2.1變電站的噪聲現(xiàn)狀

該500 kV變電站目前的主要噪聲源就是2組主變的6臺單相變壓器，變壓器運行時四側(cè)殼體向外輻射電磁噪聲［1］，散熱器的排風機如果運轉(zhuǎn)也會產(chǎn)生風動力噪聲，根據(jù)該變電站的某天噪聲測試數(shù)據(jù)分析可知：

（1）2組主變壓器的6臺單相變壓器殼體四周2.0 m的噪聲級大多都在81 dB（A）～85 dB（A），不過個別位置要超過85 dB（A），總體上看變壓器的噪聲級較高，每臺變壓器各側(cè)面的噪聲級都比較接近，局部點位會高一些或低一些。變壓器的噪聲不僅與負荷等因素有關(guān)，還受到電網(wǎng)中一些其它因素的影響，比如這次在該變電站進行噪聲測試時，其附近的一座500 kV變電站中的一組主變壓器停運，致使電網(wǎng)中雜波明顯，并使該變電站中變壓器的噪聲增大。

（2）變電站南邊界東段的噪聲級在57 dB（A）～62 dB（A），東邊界的噪聲級在55 dB（A）～57 dB（A），符合或略超過《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》［2］中2類標準的晝間限值，不過超過了2類標準的夜間限值，其中南邊界東段超標7 dB（A）～12 dB（A），東邊界超標5 dB（A）～7 dB（A）。

（3）變電站東南邊界外村莊處的噪聲級在49dB （A）左右，低于《聲環(huán)境質(zhì)量標準》［3］2類標準的夜間限值，說明村莊處的環(huán)境比較安靜。但該處噪聲的C聲級（峰值）超過70 dB，C聲級高出A聲級20 dB，說明變壓器低頻噪聲的傳播影響還是比較明顯，人耳也能聽到穩(wěn)定的變壓器噪聲。

（4）500 kV變壓器輻射的噪聲為電磁噪聲，屬低頻噪聲［4］，排風機運行產(chǎn)生的噪聲也屬低頻噪聲。圖3是3#主變壓器的3臺單相變壓器的噪聲頻譜曲線，還包括村莊處的噪聲頻譜曲線。通過頻譜曲線分析可知，村莊處的噪聲在100 Hz處有一個顯著的聲壓級峰值，這與變壓器電磁噪聲的頻譜曲線相吻合，證實了村莊處確實受到變壓器電磁噪聲的傳播影響。

圖3　變壓器的噪聲頻譜曲線

2.2噪聲傳播影響分析

變壓器的外形尺寸較大，殼體的四個側(cè)面同時向外輻射電磁噪聲，每個側(cè)面相當于一個面聲源，而變壓器頂面輻射的噪聲比四個側(cè)面輻射的噪聲要低得多，一般情況下可以忽略。每臺變壓器殼體輻射的電磁噪聲及排風機的風噪聲在傳播過程中受到防爆墻的阻擋和反射［5］，噪聲（包括變壓器的電磁噪聲及排風機噪聲，主要是電磁噪聲）主要從東、西兩個方向向外傳播，同時向外傳播的還有防爆墻的反射聲。當然每臺變壓器噪聲向四周空間的傳播是很復雜的，還會向上傳播、還繞過防爆墻向南、北方向傳播，因此無法用簡單的數(shù)學公式來計算變壓器噪聲向各個方向的傳播強度及范圍，只能采用聲學軟件進行模擬計算。

根據(jù)噪聲傳播理論，500 kV單相變壓器噪聲輻射面的面積大，聲功率高，且電磁噪聲的頻率低，因此噪聲的傳播衰減慢。

6臺并排安裝的500 kV變壓器的噪聲同時向東、西兩個方向傳播，6臺變壓器的噪聲在傳播過程中將相互疊加。變電站的東面邊界距變壓器約為120 m，根據(jù)變電站的平面布局及噪聲在室外傳播的原理可以判斷，6臺變壓器的噪聲對東面邊界影響最嚴重的地方是正對著1#B相變壓器或3#B相變壓器的邊界處。

根據(jù)6臺變壓器的布局及其和邊界外村莊的相對位置分析，東邊界南段及邊界外村莊所受到噪聲影響主要來自于1#主變壓器的3臺單相變壓器，當然3#主變的3臺單相變壓器輻射的噪聲也有一定的影響。

由于其余邊界外沒有敏感建筑物，未對這些邊界的噪聲進行測試，但根據(jù)噪聲傳播理論分析，西面邊界的噪聲與東面邊界噪聲接近，而北面邊界的噪聲與南面邊界噪聲也都不容樂觀，都將有不同程度的超標。

由于測試時僅有2組主變壓器運行，且負荷只有30%左右，如果再安裝4組主變壓器，且運行負荷再提高的話，邊界和村莊處噪聲的超標量還會增加。

3　噪聲治理的設(shè)計思路及采取的技術(shù)措施

3.1噪聲治理的設(shè)計思路

從噪聲測試及分析結(jié)果來看，雖然變電站四周邊界的噪聲都有不同程度的超標，但只有東南邊界外有敏感建筑物即村莊，因此國網(wǎng)上海檢修公司要求先采取適當?shù)脑肼曋卫泶胧?，使東邊界及南邊界東段的噪聲達標，使噪聲對村莊處的傳播影響得到明顯的改善，緩解噪聲污染導致的環(huán)境矛盾，這也是該變電站噪聲治理設(shè)計的總體思路。

噪聲治理技術(shù)措施是在變電站的總體形式不改變、噪聲源設(shè)備即變壓器不更換的前提下而采取的單純噪聲治理措施，所采取的噪聲治理技術(shù)措施不影響變壓器的正常運行，符合超高壓變電站的安全防護要求，滿足風載及全天候環(huán)境條件。

在變壓器的外圍采取一些單純的吸聲、隔聲措施，設(shè)法使這些措施不影響變壓器的運行、檢修，并滿足500 kV安全防護要求，則實施起來不是很困難，變壓器也不需要很長的停運時間，這樣就比較容易被批準納入相應的工程計劃。

3.2噪聲治理技術(shù)措施

（1）防爆墻上安裝吸聲結(jié)構(gòu)

除了變壓器直接輻射的噪聲外，向邊界及村莊處傳播的噪聲還包括防爆墻的反射噪聲，因此在2組主變壓器的7堵防爆墻面（正對著變壓器的墻面）上安裝吸聲結(jié)構(gòu)，降低防爆墻面反射噪聲的強度，也降低變壓器安裝處向外輻射的總噪聲級，從而降低噪聲向邊界及邊界外村莊傳播的強度。吸聲結(jié)構(gòu)宜采用泡沫鋁板吸聲結(jié)構(gòu)，對變壓器的低頻電磁噪聲具有較好的吸聲性能，平均吸聲系數(shù)大于0.75。泡沫鋁板吸聲結(jié)構(gòu)具有很好的防腐能力和耐候性，滿足露天安裝的要求。泡沫鋁板吸聲結(jié)構(gòu)通過輕鋼龍骨固定在防爆墻的墻面上，安裝方便、快捷。

（2）變壓器東側(cè)安裝聲屏障

2組變壓器的東面空間都是敞開的，是噪聲向東邊界、南邊界東段及村莊處傳播的主要途徑，為降低噪聲傳播影響，在每臺變壓器的東面靠近防爆墻的東端設(shè)置一堵聲屏障，高度約7.5 m（與防爆墻的高度相同），低于架空高壓線的安全防護高度。由于每組主變壓器的A/B/C三相變壓器之間共有4堵或3堵防爆墻，因此3臺單相變壓器東面的聲屏障可連成一體，實際上是在3臺單相變壓器的東面設(shè)置一排高約7.5 m、長約40 m的聲屏障。

根據(jù)500 kV變電站的情況，聲屏障應設(shè)計為裝配結(jié)構(gòu)形式，聲屏障由鋼立柱及吸聲隔聲屏體組成，鋼立柱固定在混凝土基礎(chǔ)上，屏體插入鋼立柱的兩側(cè)槽中并適當固定。吸聲隔聲屏體的隔聲量大于25 dB（A），吸聲面的平均吸聲系數(shù)大于0.75，并且在100 Hz～400 Hz低頻段內(nèi)的吸聲系數(shù)也較高，符合變壓器噪聲的頻率特性。為了承受風載，鋼立柱設(shè)置必要的支撐，支承鋼結(jié)構(gòu)設(shè)法與防爆墻的結(jié)構(gòu)柱相連。

考慮到聲屏障已把3臺變壓器的東面擋住，為了不影響變壓器的通風散熱，聲屏障的底部設(shè)置一定面積的通風消聲窗，消聲量大于15 dB（A）。為便于巡檢，每臺變壓器對應的聲屏障上可各設(shè)置一扇隔聲門，隔聲量大于25 dB（A）。聲屏障設(shè)計為拆卸和組裝的結(jié)構(gòu)形式，在變壓器大修時，可將正對變壓器的部分吸聲隔聲屏體及鋼立柱等快速地全部拆除，檢修完成后再重新組裝。

4　降噪效果

在編制該500 kV變電站噪聲治理方案時，曾采用Cadna/A聲學軟件對噪聲治理措施的降噪效果進行模擬計算，模擬計算的輸入是采用現(xiàn)場勘測及噪聲測試數(shù)據(jù)。圖4是采取噪聲治理措施后3 m高度的水平聲場分布圖，3 m相當于邊界噪聲排放監(jiān)測點的高度。從圖4可以看出，東邊界及南邊界東段的噪聲級都低于50 dB（A），滿足2類區(qū)標準要求；東南邊界外村莊處的噪聲級已低于40 dB（A），也優(yōu)于2類區(qū)標準要求，滿足1類區(qū)的標準要求，可見降噪效果是明顯的。

圖4　噪聲治理后的水平聲場分布圖

目前噪聲治理措施正在實施，其中3#主變壓器的聲屏障已經(jīng)施工完畢，不過防爆墻吸聲結(jié)構(gòu)未安裝，而1#主變壓器的停電還未納入計劃，聲屏障和防爆墻吸聲結(jié)構(gòu)都未實施，因此暫無法實測到最終的降噪效果。不過僅3#主變壓器聲屏障實施后進行了噪聲測試，測試結(jié)果表明聲屏障的降噪效果是比較明顯的，3#主變壓器對應的東邊界處的噪聲已降至47 dB（A）左右，村莊處的噪聲已降至45 dB（A）左右，滿足2類區(qū)標準要求。此外村莊處噪聲的C聲級降至60 dB以下，低頻降噪效果也很明顯。

目前只實施了3#主變壓器的聲屏障，而如果2組主變壓器的噪聲治理措施都實施完成后，降噪效果會更好，可使東邊界、南邊界東段及村莊處的噪聲完全滿足2類區(qū)標準要求，同時村莊處的低頻噪聲能夠得到明顯降低。

圖5是已經(jīng)安裝完畢的3#主變壓器的聲屏障，聲屏障與防爆墻相連，500 kV的架空高壓線從聲屏障上方跨過。

圖5　 3#主變聲屏障

［1］袁聰波，黃家彬.變電站噪聲分析及治理［J］.上海電力，2002，（4）：59-61.

［2］GB12348-2008，工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準［S］.

［3］GB3096-2008，聲環(huán)境質(zhì)量標準［S］.

［4］黃青青.220 kV變壓器噪聲及其傳播特性淺析［J］.環(huán)境工程，2011，（29）：330-333.

［5］陳錦棟，李明.220 kV露天變電站的噪聲污染及其控制簡析［J］.噪聲與振動控制，2013，33（5）：102-106.

Noise Pollution and Control of a 500 kV Ground Substation

CHEN Jin-dong1，F(xiàn)ENG Miao-feng2，LIMing1
（1.State Grid Shanghai Material Company，Dian Wu Xin Dian Engineering Branch，Shanghai 200438，China；2.China Shipbuilding NDRI Engineering Co.Ltd.，Shanghai 200063，China）

An urban 500 kV substation on the ground usually covers large area，whose main noise sources are from the 500kV transformers.There are more than a dozen transformers widely distributed in the substation.So，noise from those transformers will make the noise in the substation boundary to exceed the critical value.In this paper，taking a 500 kV ground substation as an example，the noise situation in the substation boundary was analyzed，and the noise control technical measures without changing the main condition of the substation were put forward.This work may provide a reference to similar engineering projects.

acoustics；500 kV ground substation；transformer；electromagnetic noise；noise pollution

O422.6

ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2015.05.026

1006-1355（2015）05-0126-04

2015－01－08

陳錦棟（1958－），男，江蘇阜寧人，大學本科，從事火電廠、變電站噪聲治理的研究。

E-mail:xdchjd@126.com