四川地區(qū)500 kV變電站建設特性與噪聲治理研究

嚴 青，何 洋，李小濤

（1.四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610041；2.國網(wǎng)四川省電力公司建設工程咨詢分公司，四川 成都 610021）

0 引言

隨著電力負荷不斷增加，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，新建的500 kV變電站周圍開始出現(xiàn)居民住宅等噪聲敏感建筑物。與常規(guī)的110 kV和220 kV變電站相比，500 kV變電站噪聲源種類較多，噪聲源強較大,噪聲影響較復雜[1]，對站外環(huán)境的影響也較明顯。為使變電站噪聲排放達標，需要在變電站設計階段進行噪聲模擬預測，進而采取相應的噪聲防治措施。

變電站噪聲預測結果與變電站的建設特性、噪聲源特性等因素緊密相關，因此為進行準確的噪聲影響預測，需要對變電站的建設特性及噪聲源特性進行全方位把握。目前國內針對500 kV變電站建設特性及噪聲影響的研究較少。為從源頭上降低變電站噪聲影響，提升降噪效果，本文基于500 kV變電站建設特性，結合聲源特性分析變電站噪聲的影響和傳播規(guī)律，進而提出全方位降噪的措施，對新建變電站噪聲預測和降噪設計有一定的指導作用。

1 四川地區(qū)500 kV變電站建設特性

針對四川地區(qū)已建或在建的26個500 kV變電站，從站址地形、噪聲源設備的類型與規(guī)模、變電站總平面布置、配電裝置型式等方面收集信息并進行歸納分析，四川地區(qū)的500 kV變電站具有典型的山區(qū)變電站特征。

1.1 主變壓器的結構型式

本次調查的500 kV變電站中，約64%的變電站主變壓器為三相分體式。這是由于500 kV一體式主變壓器體積及重量均較大，而四川地區(qū)500 kV變電站大多位于山區(qū)，交通運輸條件較差，在大件運輸方面不能滿足一體式主變壓器的運輸要求。因此，該地區(qū)常采用分體式主變壓器，即將各相變壓器分別運輸至現(xiàn)場再進行組裝[2]。雖然單相主變壓器的容量和幾何尺寸均小于一體式主變壓器，但是主變壓器噪聲控制要求與一體式主變壓器一致，因三臺單相主變壓器引起的合成噪聲大于一體式主變壓器，可能會造成變電站噪聲超標。

1.2 高壓電抗器

500 kV變電站中，除了主變壓器外，另一大噪聲源是500 kV高壓電抗器。由于四川地區(qū)范圍較廣，尤其是在三州地區(qū)，地廣人稀，電力輸送距離較遠，部分長距離輸電線路需在變電站內增設線路側高壓電抗器。高壓電抗器通常多組并排布置，為便于出線，其往往靠近圍墻。根據(jù)最新的電力通用設備規(guī)定，500 kV高壓電抗器與主變壓器的噪聲控制要求相同，主變壓器通常布置在站區(qū)中央，線路高壓電抗器則靠近圍墻布置。因此，線路高壓電抗器通常是導致變電站噪聲超標的另一設備，且使變電站噪聲控制難度增大。

1.3 變電站總平面布置

四川地區(qū)500 kV變電站總平面布置型式主要分為T型和矩形，其中T型居多，占73%。在T型布置的變電站中，主變壓器基本位于T字橫向區(qū)域，靠近變電站中央；500 kV配電裝置位于T字縱向區(qū)域，220 kV配電裝置位于T字橫向區(qū)域，靠近圍墻。在矩形布置的變電站中，主變壓器基本成排布置于站區(qū)中央，500 kV和220 kV配電裝置各位于變電站一側。在T型和矩形布置的變電站中，500 kV高壓電抗器均緊靠500 kV配電裝置，且靠近圍墻布置；其他電氣設備如低壓電抗器、電容器等位于主變壓器和高壓電抗器附近；變電站內主控樓、警衛(wèi)室等建筑物位于站前區(qū)，500 kV繼電器室位于500 kV配電裝置區(qū)，220 kV繼電器室位于220 kV配電裝置區(qū)，消防室均位于主變壓器或高壓電抗器附近。由于站前區(qū)建筑物、配電裝置室的遮擋，可以削弱建筑物背后的噪聲。

1.4 變電站配電裝置型式

四川地區(qū)500 kV變電站中，500 kV配電裝置采用的布置型式有 AIS（Air Insulated Switchgear，簡稱AIS）、GIS（Gas Insulated Switchgear，簡 稱 GIS）和HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear，簡稱 HGIS），220 kV配電裝置采用的布置型式有AIS和GIS。AIS投資較低，但是占地面積較大，施工和維護工作量大，產生的電磁環(huán)境影響較大；GIS投資較高，但是占地面積最小，施工維護工作量小，可靠性較高，電磁環(huán)境影響較小[3]；HGIS設備特性和電磁環(huán)境影響介于AIS和GIS之間。500 kV和220 kV配電裝置均為AIS型式的變電站多建設于2010年以前，在四川地區(qū)分布較廣泛。近年來，隨著四川地區(qū)用地日益緊張、變電站周圍居民逐漸增多，公眾對環(huán)境的要求逐漸提高，500 kV變電站配電裝置的布置型式逐漸從AIS+AIS向HGIS+GIS和GIS+GIS過渡。但是這就導致變電站占地面積減少，衰減距離縮短，不利于噪聲衰減傳播，增大了變電站外噪聲超標的風險。

綜上所述，采用三相分體式主變壓器，設置多組出線高壓電抗器，總平面布置采用T型布置，配電裝置采用GIS+GIS或HGIS+GIS布置，這將會是四川地區(qū)500 kV變電站的發(fā)展趨勢，因此進行針對性的噪聲預測及控制具有非常重要的意義。

2 500 kV變電站內主要聲源特性

500 kV變電站內主要噪聲源包括兩大類：一是電氣設備，如主變壓器、電抗器、金具及導線等；二是通風散熱設備，包括用于各電氣設備通風散熱的風機、主變壓器散熱器、主控室等工作用房的空調外機等。

主變壓器噪聲以低頻為主，其頻率集中在100～500 Hz之間[4]。因主變壓器的特殊結構，其產生的電磁噪聲基頻一般為100 Hz，其他為諧頻，屬于有調噪聲，實際監(jiān)測主變壓器聲功率級高達98.7 dB（A）。電抗器包括高壓電抗器、低壓電抗器及中性點接地電抗器等，其噪聲的基頻是電流頻率的2倍，以中低頻為主，其峰值出現(xiàn)在125 Hz，實際監(jiān)測500 kV高壓電抗器聲功率級高達87.3 dB（A）。低頻噪聲波長較長，有很強的繞射和透射能力，同時在空氣中的衰減很小，隨距離衰減較慢，對周圍環(huán)境影響較大，因此屬于難治理噪聲。

主變壓器及高壓電抗器本體上均設置有冷卻裝置，包括散熱器或冷卻風扇。冷卻裝置產生的噪聲主要為2 000 Hz以下的寬頻帶中高頻噪聲，隨距離衰減較快，從而導致主變壓器及高壓電抗器不同側的噪聲頻譜特性也不完全一致。

電容器作為無功補償與濾波裝置，廣泛應用于變電站中。電容器噪聲的主要頻率分布為50 Hz、100 Hz、1 300 Hz、1 400 Hz，呈現(xiàn)出較寬的頻帶范圍，噪聲具有一定指向性[5]，但噪聲聲功率級相對較小，實際監(jiān)測的500 kV變電站中電容器聲功率級為76.3 dB（A）。

變電站配電裝置區(qū)域導線架線高度較高，電暈較弱。均壓環(huán)等金具位于絕緣子端部，距地面高度較低，數(shù)量較多，電暈較強，故該區(qū)域噪聲的貢獻值主要來自金具。電暈噪聲具有明顯的中高頻特征，頻帶分布范圍較寬，且中高頻的聲功率級相當，但125 Hz以下的低頻段聲功率級較微弱。實際監(jiān)測500 kV和220 kV配電裝置區(qū)域金具聲功率級分別為72.3 dB（A）和66.9 dB（A）。

3 500 kV變電站的主要噪聲控制措施

目前500 kV變電站的降噪主流方案包括兩大類，即優(yōu)化變電站總平面布置方案和聲屏障方案。

3.1 優(yōu)化變電站總平面布置方案

優(yōu)化變電站總平面布置方案從源頭控制噪聲，控制效果明顯，具體做法如下：

1）根據(jù)站內主變壓器的分布情況，在主變壓器與圍墻之間布置建筑物，以其單邊能完全遮擋主變壓器一側為佳，且可以適當提高建筑物的高度。

2）減小站前區(qū)面積，將變電站內的建筑物分散布置，可充分利用各個建筑物的隔聲作用。

3.2 聲屏障方案

3.2.1 設備側聲屏障方案

總平面布置優(yōu)化后，仍有部分站界噪聲超標，需在噪聲源頭的設備側布置聲屏障，可結合噪聲預測軟件制定方案，具體原則如下：

1）根據(jù)無措施的噪聲預測圖，對超標區(qū)域設置受聲點，經(jīng)受聲點貢獻值分析，確定出各受聲點影響較大的噪聲源。同時，確定單個噪聲源對哪些受聲點影響較大，以明確主要噪聲源影響較大的區(qū)域。

2）在噪聲源與受其影響較大區(qū)域之間，盡量靠近設備側布設聲屏障，并結合單個聲源的布設情況綜合確定最終布設位置。

3）以略低于設備高度起始，逐步抬升屏障高度試算，直至站外噪聲達標。試算過程中，對屏障布置位置同步進行微調，以確保變電站外超標位置均得以治理。

4）屏障布置位置及高度確定后，利用折板式屏障試算，以盡量在達標治理的前提下降低屏障高度。

3.2.2 圍墻側聲屏障方案

1）根據(jù)無措施的噪聲預測圖，對超標區(qū)域設置受聲點，經(jīng)受聲點貢獻值分析，確定出各受聲點影響較大的噪聲源，在超標區(qū)域圍墻上方設置聲屏障。

2）對設置的圍墻聲屏障，進行整體抬升試算，直至變電站外各處噪聲均達標，以確定整體抬升所需的最低高度。

3）根據(jù)無措施的噪聲預測圖及受聲點貢獻值分析，確定影響各受聲點噪聲的主要聲源，對圍墻聲屏障進行分段，各段屏障應能遮擋噪聲源與其主要影響區(qū)域的直線傳播途徑。

4）在上述整體抬升最低高度的基礎上，分段屏障進行下降試算，直至各段屏障均降至保證達標所需最低高度，以盡量降低工程量及投資額。

4 結語

本文分析了四川地區(qū)500 kV變電站的建設特性、噪聲源種類及源強特性，提出了主要噪聲控制方案，為新建500 kV變電站的噪聲預測及噪聲控制措施的制定提供了依據(jù)和方向，有利于促進變電站的噪聲達標排放，實現(xiàn)環(huán)境合理性。