500kV变电站噪声特性及控制

陈　俩， 陈　双， 许　超， 张　莹

(1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，武汉　430077；2. 中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广州　510663)

· 环境噪声 ·

500kV变电站噪声特性及控制

陈俩1， 陈双2， 许超1， 张莹1

(1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，武汉430077；2. 中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广州510663)

对多座500 kV变电站的主要设备噪声和站界噪声进行测试，统计分析500kV变电站噪声水平分布特性、频谱特性以及衰减特性，指出变电站噪声的主要频段范围(1/3倍频程)并提出相应的控制措施。

变电站; 变压器; 低频噪声; 倍频带声压级; 噪声控制

随着我国经济的高速发展,电力基础设施投资明显加大,电网建设有了飞跃的发展，超高压电网甚至是特高压电网逐渐成为了未来的发展趋势。因此，高电压等级变电站的噪声所带来的危害也开始引起人们的重视。

1　变电站噪声的危害

从物理学角度而言，噪声就是在振幅和频率上完全无规律的一种震荡的声音。但是从噪声污染及环境保护的角度看，凡是人们不需要的，并且使人厌烦，对生产和生活都有碍的声音称为噪声。其危害最直接的表现就是影响人们的日常工作和正常睡眠。有研究表明，长时间接触强烈噪声还会影响孕妇的健康和胎儿的发育[1，2]。此外，根据有关部门调查，在噪声级在70dB(A)的环境中，谈话就会感到困难；在85dB(A)、90dB(A)的环境中工作30年，耳聋的可能性分别为8%、18%[3]。

然而，噪声危害中，又以低频噪声的危害最为特殊。所谓低频噪声是指中心频率在500Hz(倍频程)以下的声音[4]；也有科学研究人员将低频噪声定义为频率在20Hz～250Hz之间的声音[5]。低频噪声以其声波长、衰减慢、穿透性强等特性，使得人们对低频噪声烦恼度的反映高于同一响度条件下的其他噪声[6]。变电站的噪声危害就主要来自于低频噪声。

2　测试对象与测点布置

为了研究高电压等级变电站的噪声特性，此次测试共选取了19座500kV变电站作为测试对象。分别在每座变电站的主变、高压电抗器以及站界围墙四周布置噪声测点共591个，进行等效连续A声级测试。其中主变测点为182个，高抗测点为148个，站界测点为261个。

此外，选取其中4座站界围墙外场地空旷的变电站进行站界噪声衰减测试，测试时以围墙为0m，在 1m、10m、20m、30m、40m、50m等位置布点，进行等效连续A声级测试及1/3倍频程噪声频谱测试，频率分布范围为20Hz～20kHz。同时，对该4座变电站的主变、高抗、及站界进行1/3倍频程噪声频谱测试。

3　测试结果及分析

3.1500kV变电站主要设备及站界噪声水平分布

对所有变电站的591个噪声测点的等效连续A声级测试结果进行统计，以每5dB(A)划分一个噪声水平区间，统计噪声值在该区间内的测点数占对应总测点数的百分比，并列入表1中，以直观反应出500kV变电站主变、高抗及站界的噪声水平分布特性。

表1　500kV变电站主要设备及站界噪声水平区间分布

从表1的统计结果可以直观看出500kV变压器的噪声水平主要集中在70～80dB(A)之间；而高压电抗器的噪声水平主要集中在65～75dB(A)之间。受其影响，有34%的站界测点其噪声水平超过了50dB(A)，高于我国工业企业厂界环境噪声排放限值2类标准夜间限值[7]。根据变电站平面布置图分析，这些超标测点主要是受高抗和500kV线路的电晕放电的影响。这是因为高抗的位置一般都在变电站的进出线附近，使得其对站界噪声的影响尤其突出。

3.2500kV变电站主要设备及站界噪声频谱特性

对选取的4座变电站中的主要设备(主变、高抗)及站界采用1/3倍频程进行噪声频谱测量，频率范围为20Hz～20kHz。主变与站界典型噪声频谱分布图分别见图1和图2。

图1　500kV变电站B主变噪声频谱分布Fig.1　500kV substation B transformer noise spectrum

图2　500kV变电站D站界噪声频谱分布Fig.2　500kV substation D boundary noise spectrum

从所测得的各频谱分布图中选取声压最高的3个频段，再从所选取的高声压频段中统计出出现次数最多的3个频段的中心频率列入表2中。从表2中可以看出变电站中主要设备及站界的噪声均以低频噪声为主。对主变和高抗的噪声值贡献最大的频段为50～315Hz；对站界噪声值贡献最大的频段为20～100Hz。

变压器和高抗噪声主要来自于其运行时的电磁噪声和机械噪声。其中电磁噪声主要是由磁致伸缩引起的铁心振动，使铁心随着励磁电流频率的变化而周期性的产生振动引起的。有研究表明，电磁性噪声属中低频噪声，而风冷机械噪声属中高频噪声[8]。变压器和高抗的噪声主要是其运行时产生的电磁噪声引起的，因此变压器和高抗的噪声属中低频噪声。

因为低频噪声其衰减慢，穿透性强的特点，使得变电站内主变、高抗以及电晕等各种噪声叠加传播至站界后，最终也以低频噪声的形式出现。

表2　500kV变电站主要设备及站界噪声频谱特性统计

注：表中带“/”表示其两边的中心频率出现的次数一样多。

3.3500kV变电站站界噪声衰减特性

选取站界4个方位中噪声最大，受其它干扰最小的一面围墙进行站界噪声的衰减测试。 为了尽可能地排除交通、人为作业等环境噪声的干扰，衰减测试在深夜进行。同时，为了使数据有针对性，在测试结果中除了选取等效A声级进行衰减分析外，还选取了站界噪声3个主要频段的声压级(中心频率分别为31.5Hz、50Hz、100Hz)进行对比分析，其典型衰减曲线见图3。从衰减曲线图中可以看出，对于等效A声级测试结果，其站界噪声从1m测点到10m测点有较大的衰减，这主要是变电站站界围墙所起的隔声作用；而10m之后则无明显衰减趋势，这主要是因为受到环境本底噪声的影响，当变电站的噪声衰减到一定程度时便淹没于环境本底噪声中，因此测试结果不再有明显衰减。

然而对于低频段的声压级(31.5Hz、50Hz、100Hz)，无论是1m～10m段，还是10m～50m段均无明显的衰减趋势。除了无法排除的环境本底噪声的影响外，变电站低频噪声的穿透性与慢衰减特性也可见一斑。

图3　500kV变电站C站界噪声衰减特性Fig.3　Attenuation characteristics of 500kV substation C boundary noise

4　变电站噪声的控制

500kV变电站因其电压等级较高，高噪声设备较多，对环境的影响与危害较大。因此，对变电站的噪声控制必须贯穿于工程项目的可研、环评、设计、施工、环保验收以及运行维护的全过程中。

对新建变电站，应在设计阶段从站址选择、总平面布置、选用低噪声设备等多方面进行预防控制。对已运行变电站的降噪改造，应在满足不影响设备正常运行及维护的基础上，从技术经济的角度提出相应的降噪措施及施工方案。

4.1新建变电站噪声控制

新建变电站的噪声控制，应在项目可行性研究和环境影响评价阶段，充分考虑站址、布局方式、设备类型及布置等因素，并采取必要的隔声、消声等降噪措施。在项目的设计阶段，应对可研和环评阶段制定的降噪措施及相关降噪要求予以落实。在项目施工阶段，严格执行环评和设计阶段制定的噪声控制措施和要求。

4.1.1站址的选择

为减少变电站对周边噪声敏感建筑物的环境影响，降低引发环境纠纷的风险，减小环保拆迁，应尽量将站址布局在声环境质量要求较低的区域，如4类、3类及2类声环境功能区[9]。

4.1.2变电站的布局设计及优化

500kV变电站的布局应根据其本身的特点、所在地声环境功能区类别及其周边噪声敏感建筑物的情况确定变电站的总体布局方式。应尽量将站内变压器、电抗器等设备布置在站址中央区域或远离站外噪声敏感建筑物区域，并在设备外侧设置防火墙，同时对防火墙的隔声效果进行综合设计。尽可能将控制楼等高大建筑物布置在主要噪声设备与站外噪声敏感建筑物之间，将其作为主要噪声源的第一道声屏障，以减少变电站噪声对周边环境的影响。

如果变电站不同方位执行的声环境功能区类型不同，可酌情考虑将主要噪声设备布局在声环境要求较低的方位。例如，紧靠交通干线的变电站，距离道路一定距离的区域执行4a类声环境功能区限值要求[9]，因此可酌情将主要噪声设备布局在该方位。

4.1.3设备选型

由于主变、高抗等高噪声设备均以低频噪声为主，传播远，穿透性强，在其传播过程中进行噪声控制难度较大，只有通过对声源的直接控制是才是控制变电站噪声的根本措施，因此变电站的设备选型就显得尤为关键。

在设备选型过程中，应将噪声指标作为衡量设备性能的重要参数进行严格控制，在技术和经济许可的条件下，尽可能选用噪声(声功率级)低的设备，同时在安装过程中，采取必要的隔振降噪措施。此外，鉴于自冷和风冷的噪声差别较大，在满足技术性能和经济性合理的情况下，应优先选用自冷式设备。

4.2在运变电站噪声控制

在运变电站噪声治理首先应对变电站噪声进行现场调查和监测，掌握站内主要噪声源的强度及特性，分析引起噪声超标的原因。若因系统原因引起(如谐波、直流偏磁等)，则进行谐波治理(如安装无源滤波装置或有源滤波装置等)或者抑制中性点直流电流(包括在变压器中性点装设电阻，限制直流电流的大小；在输电线上装设串联电容补偿，阻断直流的通路；在变压器中性点装设电容，阻断直流电流等3种方法[10]。这主要针对换流站与变电站合建的情况)。若是非系统原因引起，则结合变电站的布置形式和周围环境状况制定详细的降噪技术方案。

4.2.1声环境现状调查及现场监测

为了详细了解变电站噪声现状，使变电站的噪声治理工作能够“对症下药”，在制定降噪技术方案之前必须进行声环境现状调查及现场监测。声环境现状调查内容包括变电站所在地的声环境功能区类别和应执行的噪声标准；变电站的规模、电压等级、负荷及主要噪声设备等基本情况；变电站噪声超标情况以及噪声敏感建筑物分布(名称、数量、方位、距离等)以及变电站设备布置平面图、站址所在地的地形图。

现场噪声监测内容包括设备噪声、厂界噪声、敏感建筑物的噪声及其他关键区域(如单独测量设备冷却风机噪声)等。为全面了解其噪声特性，不但要进行声压级测试，还要进行噪声频谱测试。

4.2.2降噪方案设计

变电站降噪方案的设计应针对噪声超标情况，结合噪声源的特点及周围环境状况，制定多个降噪方案，并对各种降噪方案进行经济合理性分析，通过比选得到最优方案。

由于500kV变电站主要为户外站，对于其主要设备噪声需根据噪声产生原因及噪声特性，采取声源控制或传播途径控制两种方法来降低噪声。声源控制包括设备改造或更换等；传播途径控制包括设置隔声屏障、加装隔声罩及隔振装置等。

(1)声源控制

在经济和技术条件允许的情况下，应优先采取控制声源的降噪措施。对变压器、电抗器、风机等因设备老化、设备故障等原因引起的噪声问题，宜优先考虑改造或更换设备以降低噪声。

对于本体噪声过大(如变压器因服役期长引起电磁噪声过大)的设备，当采取降噪措施的成本相对较高时，可考虑更换设备。对于冷却装置(如变压器的冷却风扇等)噪声过大的设备，可考虑改进冷却方式，或采用低噪声设备。

(2)声屏障

设置声屏障是户外变电站主设备噪声控制最常用的一种措施。声屏障结构包括砖墙、钢、复合结构等多种类型，可单独设置在噪声源附近，也可结合厂界围墙来设置。

(3)隔声罩

隔声罩是通过将噪声源封闭起来以隔断噪声传播的降噪措施，其隔声效果较好。变电站主设备所采用的半封闭型隔声罩降噪量一般可达到10～20dB(A)，而全封闭型隔声罩降噪量可达15～30dB(A)。

由于变压器、电抗器等主设备在运行过程中会产生大量热量，因此隔声罩需设置通风散热装置。隔声罩的隔声量取决于隔声材料和通风散热装置的组合效果。隔声罩的具体声学设计包括确定隔声罩的设计目标值、隔声罩通风量、隔声罩位置和几何尺寸、通风方式、通风通道的消声设计、隔声罩插入损失估算和隔声罩设计的调整。

在特高压变电站中，高压电抗器降噪采用的Box-in技术，本质上是一种带通风散热装置的隔声罩。此技术也可应用于换流变的降噪设计[11]。利用换流站阀厅墙体、防火墙，在换流变压器前部、顶部设置吸声隔声屏障，将换流变压器完全密闭在屏障里面。该方案可有效降低噪声量30 dB(A)以上[12]。

(4)隔振装置

距离变压器、电抗器等主设备噪声源较近的噪声敏感建筑物，不仅受空气传播噪声的影响，还会受到结构(振动)传播噪声的影响。因此，当噪声敏感建筑物与变压器、电抗器等主要设备噪声源之间距离较近时，建议采取隔振措施。加装隔振装置对低频结构噪声具有较好的抑制作用，一般可降低噪声1～5dB(A)。

(5)消声器

变电站通风风机的空气动力性噪声可以通过在风机进(出)风口加装消声器的方法控制。对于冷却风扇噪声占主导的变压器，也可在冷却风扇的通风口加装消声器，以达到降低噪声的目的。消声器一般可取得10～25dB(A)的降噪效果。

通风消声器的设计应根据噪声特性、消声量、空气动力性能以及设备的防潮、耐高温等特殊要求进行确定。

5　结　语

变电站的噪声污染已成为继电磁污染之后变电站最为突出的一个环境问题。因其噪声频率低，波长长，穿透性强，衰减慢等特点，给变电站的噪声治理工作带来了很大的困难。因此，变电站的噪声控制应坚持预防为主，防治结合的原则。

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Study on the Characteristics and Control of 500kV Substation Noise

CHEN Lia1,CHEN Shuang2, XU Chao1, ZHANG Ying1

(1.StateGridHubeiElectricPowerResearchInstitute,HubeiWuhan430077,China;2.GuangdongElectricPowerDesignInstitute,Guangzhou510663,China)

According to the noise test of main equipment and boundary at 500kV substation, the characteristics of the noise distribution, spectrum and attenuation were analyzed in this paper. Meanwhile, the main noise frequency range (1/3 octave) of the substation was pointed out, and proposed corresponding noise control measures.

substation; transformer; low frequency noise; sound pressure level in octave bands; noise control

2014-10-27

陈俩(1981-)，男，福建漳州人，2006年毕业于武汉大学环境工程专业，工学硕士，工程师。长期从事电网环保技术监督及电厂相关环保技术服务工作。

X593

A

1001-3644(2015)02-0080-05