±500kV換流站噪聲污染分析及控制措施研究

樊小鵬，李 麗，劉嘉文

(廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080)

±500kV換流站噪聲污染分析及控制措施研究

樊小鵬，李 麗，劉嘉文

(廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080)

為掌握±500kV換流站的噪聲污染水平，對(duì)正常運(yùn)行的某±500kV換流站內(nèi)的設(shè)備噪聲水平及其衰減特性進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)量。結(jié)果顯示該±500kV換流站的主要噪聲污染源為換流變壓器、平波電抗器和交流濾波器。廠界噪聲測(cè)試結(jié)果顯示正常運(yùn)行時(shí)該±500kV換流站廠界超標(biāo)情況較為普遍，且大部分測(cè)點(diǎn)的晝夜噪聲值均超標(biāo)。為使廠界噪聲達(dá)標(biāo)，在換流站圍墻上加裝了隔聲屏障。廠界噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果表明該±500kV換流站的敏感點(diǎn)區(qū)廠界噪聲全部達(dá)標(biāo)，噪聲治理效果良好，這為換流站的設(shè)計(jì)和噪聲控制提供了參考依據(jù)。

聲學(xué)；聲屏障；換流站；噪聲；衰減

0 引言

直流輸電技術(shù)近年來(lái)在我國(guó)得到了快速發(fā)展，其在長(zhǎng)距離輸電、跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)及調(diào)度靈活等方面的優(yōu)勢(shì)日趨顯現(xiàn)。但在已運(yùn)行的直流輸電工程中，換流站的噪聲污染問(wèn)題較為突出，并已成為當(dāng)?shù)乩习傩盏耐对V重點(diǎn)[1-4]。因此對(duì)換流站內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行噪聲測(cè)量與分析，對(duì)提高換流站環(huán)境影響預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性具有重要意義。

本文以廣東某±500kV換流站為例，對(duì)該換流站內(nèi)的主要設(shè)備進(jìn)行了噪聲污染現(xiàn)狀及衰減特性分析與研究，對(duì)開(kāi)展換流站噪聲環(huán)境評(píng)價(jià)、新建換流站規(guī)劃設(shè)計(jì)中噪聲控制的優(yōu)化以及運(yùn)行換流站噪聲污染治理方案的優(yōu)化等提供技術(shù)支持。

1 換流站概況

該±500kV換流站建設(shè)規(guī)模為±500kV直流出線2回，±500kV交流出線10回。24臺(tái)油浸式單相雙繞組環(huán)流變壓器，電壓等級(jí)為500kV，4臺(tái)戶外干式平波電抗器，標(biāo)稱電壓為500kV，交流濾波器5大組，其平面位置見(jiàn)圖1。

2 測(cè)量方法

2.1 設(shè)備噪聲測(cè)量

±500kV換流站設(shè)備噪聲的監(jiān)測(cè)采用B&K2250型噪聲分析儀。測(cè)量前后采用聲學(xué)校準(zhǔn)儀對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，示值偏差應(yīng)不大于2dB(A)，否則測(cè)量無(wú)效。噪聲測(cè)量?jī)x器使用A計(jì)權(quán)，動(dòng)態(tài)特性為“慢”相應(yīng)，采樣時(shí)間間隔為5s，測(cè)量高度一般為距地1.5m，測(cè)量距離一般為3m，記錄各個(gè)測(cè)點(diǎn)的等連續(xù)A聲級(jí)和倍頻程頻譜。

圖1 ±500kV換流站位置

2.2 站界及敏感點(diǎn)噪聲測(cè)量

±500kV換流站站界噪聲測(cè)量是指在換流站圍墻外進(jìn)行的噪聲測(cè)量，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)規(guī)定的方法進(jìn)行[5]，在站界布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中包括距噪聲敏感建筑物較近以及受被測(cè)聲源影響大的位置，測(cè)量點(diǎn)在圍墻外1m，距離地面1.5m處。測(cè)量時(shí)間為晝夜各一次，測(cè)量?jī)x器選用了B&K 公司的2250型聲級(jí)計(jì)，記錄其1min等效連續(xù)A聲級(jí)測(cè)量值。同時(shí)測(cè)量各個(gè)位置的噪聲背景值，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行背景噪聲修正。

敏感點(diǎn)噪聲測(cè)量位置位于敏感點(diǎn)外1m，高度1.5m處，檢測(cè)時(shí)間為晝夜各一次，測(cè)量?jī)x器選用了B&K公司的8850型聲級(jí)計(jì)，記錄其1min等效連續(xù)A聲級(jí)測(cè)量值。

2.3 站界及敏感點(diǎn)噪聲標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)城市區(qū)域環(huán)境噪聲使用區(qū)劃分，該±500kV換流站適用于《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)的2類標(biāo)準(zhǔn)，其晝夜噪聲排放限值分別為60dB(A)和50dB(A)。

3 測(cè)量結(jié)果

3.1 設(shè)備噪聲

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析，±500kV換流站內(nèi)戶外噪聲源包括換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、閥廳冷卻水塔、閥廳空調(diào)、閥廳及交流開(kāi)關(guān)場(chǎng)架構(gòu)等，噪聲類型包含電磁噪聲、機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力學(xué)噪聲等。表1為±500kV換流站內(nèi)主要設(shè)備噪聲值。

表1 ±500kV換流站的主要設(shè)備噪聲

設(shè)備噪聲值/dB(A)換流變壓器80.1～85.7交流濾波器58.7～75.8平波電抗器65.0～71.7閥廳冷卻水塔77.9～85.1閥廳空調(diào)62.0～71.6換流閥廳(外)60.5～63.2交流場(chǎng)架構(gòu)59.1～64.5

3.1.1 換流變壓器

換流變的噪聲主要包括本體噪聲和冷卻系統(tǒng)噪聲。換流變的本體噪聲主要來(lái)自變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁噪聲，主要包括兩大部分：一部分是變壓器運(yùn)行時(shí)鐵心硅鋼片在交變磁場(chǎng)的作用下，長(zhǎng)度發(fā)生微小變化所產(chǎn)生的噪聲；另一部分噪聲來(lái)自于繞組在漏磁場(chǎng)電磁力作用下所引起的噪聲。磁致伸縮、繞組間點(diǎn)動(dòng)力以及油箱上磁屏蔽的磁致伸縮等產(chǎn)生的電磁噪聲，一起構(gòu)成變壓器的本體噪聲。冷卻系統(tǒng)噪聲主要來(lái)自冷卻風(fēng)機(jī)、油泵運(yùn)行時(shí)，以及連接部位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。冷卻系統(tǒng)噪聲以500 ～ 4000Hz的中高頻空氣動(dòng)力噪聲為主[6-11]。

基于以上分析，該±500kV換流變壓器的噪聲包括電磁噪聲和冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲，其中以冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的機(jī)械噪聲為主，這與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員的主觀感受一致。

直流輸電中使用的換流變壓器一般為換流站中聲級(jí)最高的室外噪聲源，其正常運(yùn)行過(guò)程中的平均噪聲水平約為85 ～ 100dB(A)。為降低其噪聲量，該±500kV換流站的所有換流變壓器均采用Box-in技術(shù)，有效降低了變壓器的噪聲，但換流變?cè)肼暼詾閾Q流站內(nèi)聲壓級(jí)最高的戶外噪聲源。且由于換流內(nèi)變壓器數(shù)量較多，占地面積較大，距離圍墻較近，其運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲為換流站廠界噪聲是否達(dá)標(biāo)的主要控制源。

3.1.2 交流濾波器

交流濾波器一般由大容量的濾波電抗器和濾波電容器組成，電抗器為干式電抗器。交流濾波器噪聲頻譜峰值主要由基頻及濾除的諧波頻率決定，對(duì)于頻率為50Hz的交變電流而言，濾波器噪聲以100Hz為基頻，另外換流站內(nèi)一般11和13次的諧波相對(duì)較多，因此其噪聲峰值主要集中在100、500、630Hz附近[1,12-13]。

換流站濾波器臺(tái)數(shù)一般較多，單臺(tái)容量較大，且整個(gè)濾波器區(qū)占地面積大，露天開(kāi)闊布置，距離廠界較近等，使濾波器噪聲成為換流站的主要戶外噪聲源，其噪聲對(duì)換流站外構(gòu)成嚴(yán)重干擾。

3.1.3 平波電抗器

換流站內(nèi)使用的平波電抗器主要有干式空心和油浸式鐵心2種，本文中的平波電抗器為干式空心電抗器。干式空心電抗器的線圈是由一個(gè)或多個(gè)密封線圈層組成的，線圈和線圈磁場(chǎng)的電流相互作用引起的基頻和諧波頻率噪聲為電抗器的主要噪聲[1,14-15]。對(duì)于50Hz的交流系統(tǒng)，其基頻主要為100Hz，另外由于該換流站是12脈沖橋結(jié)構(gòu)，其諧波分量主要為12次和24次諧波，對(duì)應(yīng)于600Hz和1200Hz的諧波噪聲。

平波電抗器為換流站直流場(chǎng)區(qū)最主要的噪聲源，一般布置于距離地面5～7m高的空中，很難對(duì)其噪聲進(jìn)行屏蔽，且其容量一般較大，距離廠界較近，其噪聲會(huì)對(duì)換流站外構(gòu)成嚴(yán)重干擾。

3.1.4 冷卻水塔和閥廳空調(diào)

閥廳冷卻水塔和閥廳空調(diào)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲為換流站中聲級(jí)較高的戶外噪聲源。

±500kV換流站內(nèi)每個(gè)閥廳分別布置一組冷卻水塔和閥廳空調(diào)，且其一般布置于離閥廳較近的閥廳外地面上，高度較低，在整個(gè)換流站內(nèi)位于中央位置，因此，其對(duì)換流站外的影響一般較小。

3.1.5 其他噪聲源

在換流站中，換流閥廳、交流場(chǎng)構(gòu)架也會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲。如表1可知，其噪聲值相對(duì)較低，通過(guò)合理布置以及有效的距離衰減，其噪聲污染可得到有效控制。

3.2 噪聲衰減特性

以上分析表明，±500kV換流站主要戶外噪聲源為24臺(tái)換流變壓器、5大組交流濾波器和4臺(tái)平波電抗器。因此，為研究換流站戶外噪聲源的特性，對(duì)換流變壓器、交流濾波器和平波電抗器進(jìn)行噪聲隨距離衰減量的研究，其結(jié)果如圖2～4所示。

圖2 交流濾波器的噪聲衰減特性

圖3 換流變壓器的噪聲衰減特性

交流濾波器的噪聲衰減隨距離的衰減量大致相同，約為1dB(A)/m。距離交流濾波器區(qū)圍欄外50m時(shí)，其噪聲值約為56dB(A)。

圖4 平波電抗器的噪聲衰減特性

換流變壓器的噪聲在0～50m內(nèi)噪聲衰減較快，隨后趨于平緩，在距離換流變壓器距離100m時(shí)，其噪聲值約為60.1dB(A)，50～100m衰減量為2dB(A)/m。平波電搞器噪聲在0～20m內(nèi)噪聲衰減較快，其后衰減趨于平緩，但距離換流變壓器距離90m時(shí)，其噪聲值約為51.1dB(A)，20～90m衰減量為1dB(A)/m。

3.3 廠界噪聲

圖5為該±500kV換流站的位置圖，從圖可知，該±500kV換流站南面和西面廠界外為自然山，且無(wú)居民居住。僅有北面和東面交流區(qū)廠界外有散戶居住，因此本次廠界噪聲監(jiān)測(cè)重點(diǎn)位于換流站北面和東面廠界。

圖5 ±500kV換流站廠界噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)

根據(jù)換流站內(nèi)主要噪聲源的噪聲衰減特性以及噪聲監(jiān)測(cè)值，廠界噪聲排放值如表2所示。從表2可知，該±500kV換流站正常運(yùn)行期間，圖5中所有的廠界噪聲測(cè)點(diǎn)均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。

表2 ±500kV換流站站界噪聲值 dB(A)

因此，為保證±500kV換流站在北面和東面的廠界噪聲達(dá)標(biāo)排放，在換流站的交流濾波器區(qū)域加裝12m高的隔聲屏障(如圖5所示)。加裝完成后，在該±500kV換流站正常運(yùn)行期間對(duì)其廠界噪聲進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 ±500kV換流站站界噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果 dB(A)

晝間廠界檢測(cè)結(jié)果表明，所有廠界測(cè)點(diǎn)全部滿足60dB(A)的標(biāo)準(zhǔn)要求。夜間廠界噪聲檢測(cè)顯示除1、2號(hào)測(cè)點(diǎn)外，其余測(cè)點(diǎn)均低于50dB(A)的標(biāo)準(zhǔn)限值。通過(guò)加裝隔聲屏障，該換流站的廠界噪聲得到了明顯控制，換流站內(nèi)噪聲沒(méi)有對(duì)附近居民生活產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)對(duì)某±500kV換流站設(shè)備噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，換流站內(nèi)的主要噪聲源為換流變壓器、平波電抗器和交流濾波器。

(2)通過(guò)對(duì)換流變壓器、平波電抗器和交流濾波器的噪聲衰減特性研究發(fā)現(xiàn)，近場(chǎng)區(qū)域內(nèi)設(shè)備噪聲衰減較快，遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域設(shè)備噪聲隨距離衰減較慢。

(3)±500kV換流站正常運(yùn)行期間，廠界噪聲超標(biāo)較為嚴(yán)重。通過(guò)在變電站圍墻加裝隔聲屏障，該±500kV換流站廠界噪聲值可控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值以內(nèi)，滿足國(guó)標(biāo)及居民生活要求。

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Analysis of noise pollution and control of domestic ±500kV converter stations

In order to master the level of transformer noise of domestic ±500kV converter station, the transformer noise and attenuation characteristics of device in normal operation were measured and the actual results were analyzed. The results show that the noise source was mainly from the converter transformers smoothing reactors and AC filter. Most of the boundary noise exceed the national emission standard. On this basis, the noise control measures are proposed to restrict the noise levels within theallowable range of national standards, which provides a reference for noise control during the designing and constructing process of substations.

acoustics; noise barrier; converter stations; noise; attenuation

TM4；TU112.3

B

1674-8069(2017)02-005-04

2016-09-24；

2016-10-22

樊小鵬(1986-)，男，山西臨汾人，高級(jí)工程師，主要從事電力環(huán)境保護(hù)方面的工作。E-mail:xp_fan@163.com