基于Cadna/A軟件的500kV變電站主變聲源預(yù)測(cè)模型研究

潘明九

摘要： 為分析研究適于預(yù)測(cè)變電站主變?cè)肼暤哪Ｐ?，本文?duì)某一典型500kV變電站主變?cè)肼曔M(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)采樣，并采用不同模型在Cadna/A軟件中對(duì)主變?cè)肼曈绊戇M(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，500kV主變采用C1模型（即5個(gè)面聲源建模，并在面聲源內(nèi)部增加一個(gè)建筑物），實(shí)測(cè)值與Cadna/A軟件預(yù)測(cè)值之間的差異較小。由此可見(jiàn)，該模型更適用于預(yù)測(cè)500kV主變近場(chǎng)區(qū)噪聲影響。

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.

關(guān)鍵詞： Cadna/A；主變；噪聲；預(yù)測(cè)；變電站

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

中圖分類號(hào)：X827 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0104-03

0 引言

隨著電網(wǎng)的發(fā)展和城鎮(zhèn)區(qū)域的擴(kuò)大，新建的變電站周圍出現(xiàn)居民住宅等噪聲敏感建筑物的現(xiàn)象有增加的趨勢(shì)[1]，變電站噪聲影響愈來(lái)愈受到公眾關(guān)注。因此，在變電站項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等過(guò)程中[2，3]，噪聲預(yù)測(cè)顯得愈加重要。

Cadna/A軟件是一套基于ISO 9613標(biāo)準(zhǔn)方法[4]、利用WINDOWS作為操作平臺(tái)的噪聲模擬和控制軟件，廣泛適用于多種噪聲源的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、工程設(shè)計(jì)和研究[5]，也是目前國(guó)內(nèi)在變電站設(shè)計(jì)、環(huán)評(píng)過(guò)程中應(yīng)用最廣的噪聲預(yù)測(cè)軟件之一[6]。

然而，由于所采用預(yù)測(cè)模型的不同，在變電站噪聲預(yù)測(cè)過(guò)程中，各設(shè)計(jì)或環(huán)評(píng)單位時(shí)常因?yàn)轭A(yù)測(cè)結(jié)果的差異產(chǎn)生爭(zhēng)議。為此，本文對(duì)某一典型500kV變電站主變?cè)肼曔M(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)采樣，采用不同模型對(duì)主變?cè)肼曈绊戇M(jìn)行預(yù)測(cè)，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，擬選取更適于預(yù)測(cè)500kV變電站主變?cè)肼暤哪Ｐ汀?/p>

1 預(yù)測(cè)模型

1.1 模型A

采用單個(gè)面聲源建模，即平行于地面的一個(gè)面聲源，詳見(jiàn)圖1。

該面聲源大小和高度可參照《特高壓輸電工程變電（換流）站可聽(tīng)噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算及影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[7]中1000kV變電站站用變壓器推薦值，即面積28m2（4m×7m），高度2m。另外，也可按主變實(shí)際幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，一般高度取主變的幾何中心高度。根據(jù)上述的兩種的面聲源大小和高度輸入方式，則衍生出兩種子模型：①模型A1的尺寸參考站用變推薦值；②模型A2的尺寸選用實(shí)際參數(shù)。

1.2 模型B

根據(jù)文獻(xiàn)[8]，500kV主變采用多個(gè)面聲源建模，包括平行于地面的一個(gè)面聲源以及四個(gè)側(cè)面的垂直面聲源（見(jiàn)圖2）。S1為平行于地面的面聲源，S2～S4分別為四個(gè)側(cè)面的垂直面聲源。

根據(jù)各面聲源及垂直面聲源大小和高度，衍生出兩種子模型：①模型B1可按主變實(shí)際幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，一般高度取主變頂端的高度；②模型B2則采用修正過(guò)的幾何參數(shù)，即只考慮主變主要發(fā)聲的部分，不包含冷卻片和油枕，一般垂直于防火墻方向上的主變長(zhǎng)度取實(shí)際的1/2，平行于防火墻方向上的主變長(zhǎng)度取實(shí)際的4/5，高度取實(shí)際的2/3。

1.3 模型C

模型C是在模型B的基礎(chǔ)上，面聲源內(nèi)部增加一個(gè)建筑物（見(jiàn)圖3）。建筑物的大小和高度可按主變實(shí)際幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。面聲源敷設(shè)于建筑物表面，但考慮到Cadna/A軟件默認(rèn)無(wú)法識(shí)別聲源設(shè)置于建筑物表面的情況，因此將面聲源與建筑物表面之間需保持一定距離（≤0.05m）。

根據(jù)各面聲源及垂直面聲源大小和高度，衍生出兩種子模型：①模型C1可按主變實(shí)際幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；②模型C2則采用修正過(guò)的幾何參數(shù)，具體同模型B2。

1.4 模型D

《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》[2]的工業(yè)噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算模式提出，在一定條件下，面源可用處于中心位置的點(diǎn)聲源表示。模型D是在模型B的基礎(chǔ)上，將圖2中的5個(gè)面聲源用處于面中心位置的點(diǎn)聲源表示。

根據(jù)各面聲源及垂直面聲源大小和高度，衍生出兩種子模型：①模型D1可按主變實(shí)際幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；②模型D2則采用修正過(guò)的幾何參數(shù)，具體同模型B2。

2 噪聲現(xiàn)場(chǎng)采樣

本文選取采樣對(duì)象為某典型500kV變電站，采樣時(shí)，背景噪聲低于38dB（A）。噪聲現(xiàn)場(chǎng)采樣內(nèi)容包括設(shè)備聲功率級(jí)及衰減特性測(cè)定兩部分。其中，聲功率級(jí)按《電力變壓器第10部分：聲級(jí)測(cè)定》[9]推薦的方法進(jìn)行測(cè)定；衰減特性采樣點(diǎn)設(shè)置在①邊相主變北側(cè)平行于防火墻方向的中心軸線上，②邊相主變西側(cè)垂直于防火墻方向的中心軸線上。

3 聲學(xué)參數(shù)輸入

圖4給出了主變聲功率級(jí)測(cè)定結(jié)果，假定設(shè)備表面各質(zhì)點(diǎn)輻射的噪聲強(qiáng)度相同，各面聲源（或點(diǎn)聲源）的聲功率級(jí)大小可根據(jù)其所在側(cè)面的面積大小，按式（1）進(jìn)行計(jì)算。

各反射面吸聲系數(shù)等參數(shù)按《特高壓輸電工程變電（換流）站可聽(tīng)噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算及影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中的建議值進(jìn)行設(shè)定，即防火墻與圍墻吸聲系數(shù)為0.06，建筑物表面吸聲系數(shù)為0.21，不考慮地面反射（吸收系數(shù)為1）。

4 結(jié)果分析

圖5給出了采用各模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比結(jié)果。由圖5可知，實(shí)測(cè)結(jié)果受到聲波干涉等因素的影響，使得衰減趨勢(shì)呈一定起伏[10]。而模型預(yù)測(cè)結(jié)果是以物理模型為基礎(chǔ)的，因此衰減趨勢(shì)較為規(guī)則。

為了比較各模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，本文采用歐氏距離來(lái)描述實(shí)測(cè)值與各模型預(yù)測(cè)值之間的差異，見(jiàn)下式：

式中，ρ表示歐氏距離；Ri表示距防火墻某一距離上的實(shí)測(cè)值；Pi表示距防火墻相同距離上的預(yù)測(cè)值；n表示維數(shù)（平行于防火墻方向的中心軸線上，本文選用了不同距離上的10個(gè)值，因此n=10。垂直于防火墻方向的中心軸線上，本文選用了不同距離上的的6個(gè)值，因此n=6）。

按式（2），通過(guò)計(jì)算分別給出平行和垂直于防火墻方向的中心軸線上，實(shí)測(cè)值與各模型預(yù)測(cè)值之間的歐式距離，詳見(jiàn)表1。由表可知，平行和垂直于防火墻方向的中心軸線上，均是實(shí)測(cè)值與模型C1預(yù)測(cè)值的歐氏距離最小，說(shuō)明兩組數(shù)據(jù)的差異最小，可見(jiàn)C1模型更適用于預(yù)測(cè)500kV主變近場(chǎng)區(qū)噪聲影響。

5 結(jié)論

針對(duì)各設(shè)計(jì)或環(huán)評(píng)單位在變電站噪聲預(yù)測(cè)過(guò)程中所采用預(yù)測(cè)模型的不一而同的情況，本文基于Cadna/A軟件對(duì)500kV變電站主變聲源預(yù)測(cè)模型開(kāi)展了研究。結(jié)果表明，500kV主變采用C1模型（即多個(gè)面聲源建模，并在面聲源內(nèi)部增加一個(gè)建筑物，詳見(jiàn)圖3），實(shí)測(cè)值與Cadna/A軟件預(yù)測(cè)值之間的差異較小。由此可見(jiàn)，C1模型更適用于預(yù)測(cè)500kV主變近場(chǎng)區(qū)噪聲影響。

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