隔聲屏障在變電站降噪中的應(yīng)用

彭 飛，陳凌琦，石雪梅，萬 磊

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司建設(shè)分公司，安徽 合肥 230071)

500 kV超高壓變電站作為省區(qū)電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，其負(fù)荷大、數(shù)量多且多為露天變電站，在區(qū)域聯(lián)網(wǎng)供電方面具有重要作用，僅安徽省境內(nèi)就有30余座500 kV變電站。電氣設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲會(huì)無遮擋地傳播，給變電站廠界、臨近居民帶來一定的環(huán)境污染；許多住宅等噪聲敏感建筑物臨近露天變電站，噪聲對附近居民影響明顯，容易引發(fā)噪聲污染導(dǎo)致的環(huán)境矛盾，這已成為電網(wǎng)被投訴的焦點(diǎn)之一[1]。目前，針對變電站噪聲污染問題，主要的降噪措施有：優(yōu)化平面位置(包括改造變電站)；優(yōu)化設(shè)備選型；降噪改造聲源設(shè)備；控制聲源傳播途徑等。

為滿足環(huán)境保護(hù)要求，降低變電站噪聲對附近敏感點(diǎn)的影響，某工程需采取必要措施進(jìn)行降噪?？紤]到該工程為新建變電站，平面布置、設(shè)備選型、設(shè)備改造、聲源傳播途徑對變電站周圍噪聲環(huán)境影響較大，但聲源設(shè)備降噪由于改造效果有限，并且易對運(yùn)行設(shè)備造成影響[2]，暫不考慮聲源設(shè)備降噪改造措施。本文將重點(diǎn)研究聲源傳播途徑控制措施，其中，在廠界處設(shè)置隔聲屏障是非常有效的噪聲控制措施。在變電站圍墻上方設(shè)置隔聲屏障，可大幅度降低站內(nèi)噪聲對周圍環(huán)境的污染。本文利用 Cadna/A 軟件，以某 500 kV變電站為例，探討變電站隔聲屏障的參數(shù)設(shè)計(jì)和隔聲效果，為省內(nèi)乃至全國的500 kV變電站的噪聲治理提供參考。

1 變電站概況和噪聲源特性

1.1 變電站概況和平面布置

以目前在建的阜三500 kV變電站新建工程為例，站址位于安徽省阜陽市阜南縣，總占地面積3.7 km2，圍墻內(nèi)面積3.42 km2，圍墻總長776 m，高2.3 m。本期新建1 000 MVA 主變壓器2組、500 kV出線間隔4個(gè)、220 kV出線間隔8個(gè)、2×60 MW低壓電抗器2組；終期規(guī)模包括1 000 MVA主變壓器4組、500 kV出線間隔8個(gè)、220 kV出線間隔16個(gè)、3×60 MW低壓電抗器4組、1×60 MW低壓電容器4組。500 kV區(qū)域采用國內(nèi)先進(jìn)的復(fù)合式氣體絕緣組合電器(Hybrid Gas Insulated Switchgear, 簡稱HGIS) 設(shè)備方案，220 kV區(qū)域采用國內(nèi)先進(jìn)的氣體絕緣全封閉組合電器(Gas Insulated Switchgear, 簡稱GIS) 設(shè)備方案。變電站的平面布置如圖1所示。站址涉及一處聲源敏感目標(biāo)，位于變電站東北側(cè)，為一戶苗木看護(hù)房，1層平頂板房。

圖1 變電站本期/遠(yuǎn)期規(guī)模效果

廠界噪聲評價(jià)范圍在廠界外1 m處，環(huán)境噪聲評價(jià)范圍在圍墻外200 m內(nèi)。變電站站界執(zhí)行GB 12348—2008[3]中的2類環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，即晝間≤60 dB(A)，夜間≤50 dB(A)。運(yùn)行前新建阜三500 kV變電站站址處晝間噪聲測試值為42.5～43.8 dB(A)，夜間噪聲測試值為 39.5～40.8 dB(A)，滿足聲環(huán)境GB 3096—2008[4]中的2類標(biāo)準(zhǔn)要求。變電站附近噪聲敏感目標(biāo)處晝間噪聲測試值為44.1 dB(A)，夜間噪聲測試值為42.7 dB(A)，滿足GB 3096—2008[4]中的2類標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 噪聲源特性

變電站內(nèi)主要聲源有主變壓器和油浸式低壓電抗器，主變壓器采用單相自耦式主變。聲環(huán)境影響預(yù)測，一般采用聲源的倍頻帶聲功率級、A聲功率級或靠近聲源某一位置的倍頻帶聲壓級、A聲級來預(yù)測計(jì)算距聲源不同距離處的聲級。該變電站聲源均為室外聲源，擬采用聲功率級來預(yù)測計(jì)算距聲源不同距離處的聲級。

2 數(shù)值分析

采用通用噪聲預(yù)測軟件Cadna/A[5]進(jìn)行建模分析，研究在圍墻上安裝隔聲屏障來降低噪聲的效果。

2.1 源強(qiáng)簡化和聲源分布效果

根據(jù)技術(shù)導(dǎo)則[6-7]，可將本工程主變壓器簡化為垂直于地面的面聲源，聲源高度4.2 m，聲功率級95.5 dB(A) ；油浸式低壓電抗器簡化為點(diǎn)聲源，聲源高度1.9 m，聲功率級96.5 dB(A),聲源分布效果如圖2所示。其中，主變壓器本期規(guī)模為2號、4號主變，遠(yuǎn)期規(guī)模1～4號主變；電抗器本期規(guī)模為4、5、6、10、11、12號，遠(yuǎn)期為1～12號。

圖2 聲源分布效果

主變壓器設(shè)計(jì)尺寸為7.5 m×7.1 m× 4.2 m，油浸式低壓電抗器尺寸為6.6 m×4.2 m×3.7 m。主變壓器防火墻長12.5 m，高8.2 m；低壓電抗器防火墻長11 m，高5.6 m；主控樓高4.7 m；圍墻高度2.3 m。變電站圍墻外200 m噪聲評價(jià)范圍內(nèi)涉及1處噪聲敏感目標(biāo)， 即變電站東北側(cè)的苗木看護(hù)房。因此，采取廠界噪聲達(dá)標(biāo)措施前，面向居民點(diǎn)的東北、東南廠界噪聲預(yù)測點(diǎn)高度為圍墻上方0.5 m處，即預(yù)測高度2.8 m，其余兩側(cè)廠界噪聲預(yù)測點(diǎn)以及居民點(diǎn)預(yù)測點(diǎn)高度為1.5 m，網(wǎng)格點(diǎn)高度為1.5 m；采取廠界噪聲達(dá)標(biāo)措施后，廠界噪聲預(yù)測點(diǎn)、居民點(diǎn)預(yù)測點(diǎn)及網(wǎng)格點(diǎn)高度均為1.5 m。

2.2 相對位置關(guān)系

主要噪聲源與廠界、敏感目標(biāo)之間的相對位置關(guān)系如表1所示。

2.3 預(yù)測結(jié)果

本期規(guī)模運(yùn)行噪聲等級線圖(降噪前)如圖3所示。

在降噪措施實(shí)施前，變電站本期規(guī)模下，東北側(cè)、西北側(cè)廠界的噪聲超過GB 12348—2008[3]中的2類標(biāo)準(zhǔn)要求； 阜三變電站終期規(guī)模下，東北側(cè)、東南側(cè)、西北側(cè)廠界噪聲不滿足GB 12348—2008[3]中的2類標(biāo)準(zhǔn)要求，詳見表2。因此，需要采取降噪措施，廠界外超標(biāo)范圍內(nèi)無居民住宅。

變電站終期規(guī)模運(yùn)行噪聲等級線圖(降噪前)

表1 主要噪聲源與廠界、敏感目標(biāo)的相對位置關(guān)系 m

表2 降噪措施前后廠界點(diǎn)、敏感點(diǎn)噪聲對比表 dB(A)

圖3 本期規(guī)模運(yùn)行噪聲等級線圖(降噪前)

如圖4所示。在降噪措施實(shí)施前，變電站投運(yùn)后在本期規(guī)模、終期規(guī)模下，周圍噪聲敏感目標(biāo)處的噪聲預(yù)測值均滿足GB 3096—2008[4]中的2類標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 變電站終期規(guī)模運(yùn)行噪聲等級線圖(降噪前)

3 降噪措施和效果評價(jià)

3.1 降噪措施

根據(jù)分析可知，噪聲源和隔聲屏障設(shè)計(jì)對變電站降噪效果影響較大。針對上述影響因素提出以下降噪措施。

(1)提高設(shè)備制造水平，降低各設(shè)備運(yùn)行噪聲值，500 kV主變壓器總聲功率級不得高于95.5 dB(A)，油浸式低壓電抗器總聲功率級不得高于96.5 dB(A)。

(2)加高變電站超標(biāo)廠界區(qū)域圍墻及設(shè)置隔聲屏障，其中：1～2段圍墻+隔聲屏障總高4.5 m(聲屏障2.0 m)，長370 m；3～4段圍墻+隔聲屏障總高4.5 m(聲屏障2.0 m)，長100 m。聲屏障的隔聲量≥20 dB(A)。降噪措施平面布置示意圖見圖5。

圖5 變電站降噪措施平面布置示意

3.2 降噪結(jié)果

采取降噪措施后，變電站廠界噪聲及噪聲敏感目標(biāo)噪聲預(yù)測結(jié)果見表2，本期規(guī)模下噪聲預(yù)測等級線圖(降噪后)見圖6，遠(yuǎn)期規(guī)模下噪聲預(yù)測等級線圖(降噪后)見圖7。

圖6 本期規(guī)模噪聲預(yù)測等級線圖(降噪后)

圖7 遠(yuǎn)期規(guī)模噪聲預(yù)測等級線圖(降噪后)

3.3 可行性評價(jià)

將降噪前后變電站廠界、敏感點(diǎn)噪聲值分別進(jìn)行對比可知，采用了加高圍墻+聲屏障的降噪措施后，廠界、敏感點(diǎn)的噪聲值均有所下降，最大降噪達(dá)16.2 dB(A)。在降噪后，變電站廠界噪聲達(dá)標(biāo)，噪聲敏感點(diǎn)處聲環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)，即采用加高圍墻+聲屏障的降噪方法是可行有效的。

4 方案實(shí)施

采用在聲源朝向敏感點(diǎn)一側(cè)廠界圍墻安裝隔聲屏障的治理方式，聲屏障平面總長度為468.75 m，圍墻上方高度2 m。聲屏障具體立面構(gòu)成見圖8。屏障主體結(jié)構(gòu)由下法蘭預(yù)埋件、鋼結(jié)構(gòu)框架及吸隔聲模塊3部分組成。

圖8 聲屏障立面

(1)預(yù)埋件。預(yù)埋件采用250 mm×300 mm×10 mm鋼板上焊接4根M20規(guī)格長度600 mm的螺栓，螺栓底部折彎成U型，鋼板安裝平面與柱頂標(biāo)高相同。

(2)鋼框架。屏障立柱采用熱軋HW125×125型鋼制作，柱腳焊接250 mm×300 mm×20 mm厚鋼板法蘭(可開條形孔避免安裝時(shí)與下法蘭的錯(cuò)位)，立柱中心跨度可選3 500 mm或1 750 mm。根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，選擇各立柱柱腳和柱頂拉結(jié)連梁，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，連梁亦采用型鋼制作。所有鋼構(gòu)件表面均進(jìn)行防腐處理。

(3)吸隔聲模塊。吸隔聲模塊采用噴塑工藝制作，屏障整體采用插片式結(jié)構(gòu)，采用螺栓固定。模塊采用平面吸聲模塊，模塊性能如下：隔聲結(jié)構(gòu)，在125～4 000 Hz頻段的1/3倍頻程中心頻率的隔聲量均大于15 dB，計(jì)權(quán)隔聲量大于25 dB(A)；吸聲結(jié)構(gòu)，在100～5 000 Hz頻段的1/3倍頻程中心頻率平均吸聲系數(shù)均大于0.8。

聲屏障實(shí)施效果如圖9所示。

圖9 聲屏障效果圖

5 結(jié)語

本文利用Cadna/A軟件精確并快速計(jì)算擬建變電站廠界噪聲貢獻(xiàn)值，確定擬建項(xiàng)目噪聲防治措施，確保了噪聲達(dá)標(biāo)。通過采用優(yōu)化設(shè)備選型、主變壓器和電抗器側(cè)防火墻設(shè)計(jì)、圍墻上增加隔聲屏障等降噪措施可以滿足噪聲控制要求。在隔聲屏障模擬時(shí)，通過分析降噪前后本期、遠(yuǎn)期規(guī)模下的變電站噪聲預(yù)測等級線分布，明確了隔聲屏障方案可有效降噪，充分滿足廠界和敏感目標(biāo)的噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了環(huán)保要求。隔聲屏障的方案實(shí)施可為后續(xù)新擴(kuò)建變電站工程實(shí)際應(yīng)用提供借鑒。