大连柔性直流输电受端换流站降噪方案研究

朱洪波，王 勇，李 伟

（国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

大连柔性直流输电受端换流站降噪方案研究

朱洪波，王 勇，李 伟

（国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

大连柔性直流输电工程受端换流站地处大连市区中心，站界噪声需要控制在Ⅰ类标准。换流站的噪声源主要来源于户外设备，根据总平面布置方案采用Soundplan软件对站区进行模拟仿真，计算换流站采用水冷和空冷2种方案的噪声，当不满足噪声要求时，采用降噪措施使之降至45 dB以下。该工程因故没有实施，但是前期研究结果具有一定意义，有必要共同探讨。

柔性直流；噪声；Soundplan；仿真

随着高压直流工程的不断建设和运行，换流站的噪声对站周围环境的影响越来越明显。目前对柔性直流系统设计及变电装置建模研究较多，对噪声研究较少，且均为交流变电站［1－2］。文献［3］提出普通变电站的噪声来源来自本体的噪声和辅助设备的噪声。文献［4］提出人耳非常敏感的中低频噪声是变电站内主要噪声。文献［5］介绍了低频噪声给人耳带来的伤害，如30～35 dB一般人能接受，35 dB以上人明显感觉到心慌、烦躁等不舒服情况。文献［6］提出噪声治理方案，从电磁性噪声处理、风扇机械性噪声处理、壁面吸声隔声屏治理等进行说明，但其未进行深入仿真分析。文献［7］从隔声、消声、吸声、隔振等方面对变电站噪声进行治理，并应用SoundPlan计算软件进行仿真。文献［8］介绍了一种典型城市110 kV市内变电站的噪声控制实例，但并未对户外变电站噪声控制进行说明。

本文研究的主要目的是控制噪声污染，提出降低噪声源水平的要求，为工程设计和采购合适的设备做好铺垫。本文对换流站噪声的治理和控制进行深入研究。大连柔性直流输电工程的受端换流站地处大连市区中心，四周环境对换流站的噪声污染提出了更高的要求。本工程换流站噪声控制标准按Ⅰ类标准执行，换流站地面以上1.2 m的噪声控制在45 dB以下，昼夜均执行相同标准。

1 换流站的噪声源

换流站的噪声主要来源于户外设备，主要噪声源有换流变压器、换流变压器冷却风扇、220 kV和66 kV变压器及冷却风扇、电抗器、空气冷却器及闭式蒸发塔等。

1.1 换流变压器

在换流站中，换流变压器是噪音最大的设备，铁芯硅钢片的磁致伸缩振动、绕组导线或绕组间电磁力和换流变压器冷却风扇等均产生噪音。由于换流变压器负荷电流含有更高的谐波电量，且换流变压器会在和换流阀电桥相连的绕组里产生小的直流偏磁电流，因此相同额定功率的高压直流输电换流变压器的声功率级比交流变压器要高出10 dB。

当通电绕组导线处于杂散磁场时，变压器绕组的电磁力产生绕组噪音，绕组电磁力与绕组电流的关系可用式（1）表示：

式中F——振动绕组力，N；

B——绕组磁场密度，T；

I——绕组电流，A。

振幅、振速与力成比例，声功率与振速平方成正比，可得声功率与负载电流的4次方成正比，见式（2）：

式中W——辐射声功率，W；

υ——振动速度，m／s；

ω——角频率，rad／s；

x——振幅，m。

1.2 电抗器

绕组和绕组磁场的电流相互作用会引起绕组振动，这是空芯电抗器产生噪音的主要原因。绕组电磁力与绕组电流的平方成比例，当计算绕组电磁力时，其力频谱和电频谱是有区别的。如果电抗器同时加载了几种不同频率的电流，除了受电频率振型影响外，还受附加振动频率的影响。

设备表面的振动以空气噪音向周围幅射，音频的声功率级可由式（3）计算：

式中W——声功率级，W；

ρ0——空气密度，kg／m3；

c——声音在空气中的传播速度，m／s；

AW——声音辐射面积，m2；

σ——辐射效率，%。

因为运行电流很难在实验室测得，可以直接缩放试验载荷结果，假设成线性变化，即可以由在电流I1下测量的声功率级Lw1按比例推出电流I2下的声功率级Lw2。

式中Lw1——负载电流I1下的声功率级，dB；

Lw2——负载电流I2下的声功率级，dB。

总声功率级可以由各个负载电流下的声功率级对数和求得。声频谱和电抗器负载电流频谱有关，因此它跟电抗器应用有很大关系。

式中LPT——总声功率级，dB；

LPi——负载电流Ii下的声功率级，dB。

2 噪声源的声功率级水平

在工程作为噪声源设备的噪声水平资料主要来源于电科院、设备制造厂的资料，以及高压直流换流站的设备资料。计算用噪声资料见表1。

表1 声源的声功率级水平

3 换流站建筑物和敏感点测量高度

3.1 受端换流站建筑物高度

受端换流站主建筑物高度为32.5 m，220 kV主控楼高度为22.2 m，备件库高度为11.9 m。

3.2 换流站总平布置

受端换流站的平面布置如图1所示。

图1 换流站的平面布置

4 噪声计算

4.1 计算软件

文献［9］提出国外在噪声仿真计算上起步较早，应用SoundPLAN，CadnaA等软件进行噪声仿真。本文对换流站噪声预估算采用的计算软件是SoundPLAN。该计算软件存在一定计算误差，在输入数据正确时，将有±（1～3）dB（A）的计算误差。在计算中未计及风对噪声的影响，因此在实际评价时需考虑这些误差的存在。

4.2 声源模型

在计算中对于电抗器设备采用点声源模型；对于换流变压器、换流变压器冷却风扇、220 kV及66 kV变压器、空气冷却器或闭式蒸发塔采用面声源；在模型中考虑了换流变压器全封闭材料的隔声量及全封闭盒子中内侧的吸声系数等。

4.3 换流站噪声控制原则

本工程噪声控制标准按Ⅰ类标准执行，即站界噪声控制在45 dB以下（昼间与夜间相同）；本次计算应按照总体规模所有设备进行计算，且应保证站界达标。

4.4 噪声控制方案及结果分析

a.换流变采用水冷方案

换流站采用水冷方案，无降噪的情况下对噪声预测如图2所示，图中10个测试点噪声的计算结果如表2所示，可以看出，不采取降噪措施，控制边界噪声能够达标。

图2 水冷方案无降噪措施噪声预测图

表2 换流变采用水冷方案无降噪措施的噪声测试点噪声值

b.换流变采用风冷方案

换流站采用风冷方案，无降噪的情况下对噪声预测如图3所示，图中10个测试点噪声的计算结果如表3所示，可以看出，不采取降噪措施，1—3测试点控制边界噪声已经超标。由于换流站地处市区中心，必须采取降噪措施。

表3 换流变采用风冷方案无降噪措施的噪声测试点噪声值

5 降噪方案

换流站采取的降噪方案为在风冷设备外侧设置高为5 m的声屏障，屏障在1～2 m之间为透明屏障。设置高声屏障后，风冷方案的测试点噪声数值如表4所示。

表4 风冷方式有降噪措施的噪声测试点噪声值

由表4可见，采取降噪措施后，能够有效控制噪声，减少电力建筑在中心市区对市民的干扰。

6 结束语

根据计算结果及优化设计，换流站若采用风冷设备，应在周围设置5 m高的声屏障，屏障在1～2 m之间为透明屏障，能够有效抑制噪声，采取降噪措施后，基本达标。按照变电站噪声控制原则，首先应结合环境条件确定控制标准，考虑噪声源的控制，如低噪声生产工艺、设备的选用等；其次是传递途径中的声衰减措施，如合理规划布局隔声、吸声、消声、减振等措施；最后是测试者的听力保护，使强烈的噪音不能传进耳内。SoundPLAN程序对噪音的预测计算与具体工程的地理位置、平面布置、噪音源大小等有关，在具体工程设计时，应尽可能使计算模型与实际情况相符合，使计算结果对工程具有指导意义。

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Noise Reducing Scheme Study on Dalian Voltage Source Converter Station From High Voltage Direct Current Transmission System

ZHU Hongbo，WANG Yong，LI Wei
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Convertor station of Dalian voltage source converter based on HVDC transmission system is located in central urban of Zhongshan district.Converter station noise should be controlled within standardⅠ.Noise source comes from outdoor devices. According to the general layout plan，a simulation using Soundplan is done to simulate and calculate noise levels of water cooling and air cooling.After implementing counter⁃noise measures，noise level is reduced to below 45 decibels.Although this engineering project is not actually realized，it is believed that the simulation results help to make sense in the future.

flexible direct current；noise；soundplan；simulation

TM721.1

A

1004－7913（2016）11－0019－03

朱洪波（1978），男，硕士，高级工程师，主要从事电力系统规划工作。

2016－08－20）