±500kV换流站噪声污染分析及控制措施研究

樊小鹏，李 丽，刘嘉文

(广东电网公司电力科学研究院，广东 广州 510080)

±500kV换流站噪声污染分析及控制措施研究

樊小鹏，李 丽，刘嘉文

(广东电网公司电力科学研究院，广东 广州 510080)

为掌握±500kV换流站的噪声污染水平，对正常运行的某±500kV换流站内的设备噪声水平及其衰减特性进行了系统测量。结果显示该±500kV换流站的主要噪声污染源为换流变压器、平波电抗器和交流滤波器。厂界噪声测试结果显示正常运行时该±500kV换流站厂界超标情况较为普遍，且大部分测点的昼夜噪声值均超标。为使厂界噪声达标，在换流站围墙上加装了隔声屏障。厂界噪声监测结果表明该±500kV换流站的敏感点区厂界噪声全部达标，噪声治理效果良好，这为换流站的设计和噪声控制提供了参考依据。

声学；声屏障；换流站；噪声；衰减

0 引言

直流输电技术近年来在我国得到了快速发展，其在长距离输电、跨区域联网及调度灵活等方面的优势日趋显现。但在已运行的直流输电工程中，换流站的噪声污染问题较为突出，并已成为当地老百姓的投诉重点[1-4]。因此对换流站内的设备进行噪声测量与分析，对提高换流站环境影响预测及评价的准确性具有重要意义。

本文以广东某±500kV换流站为例，对该换流站内的主要设备进行了噪声污染现状及衰减特性分析与研究，对开展换流站噪声环境评价、新建换流站规划设计中噪声控制的优化以及运行换流站噪声污染治理方案的优化等提供技术支持。

1 换流站概况

该±500kV换流站建设规模为±500kV直流出线2回，±500kV交流出线10回。24台油浸式单相双绕组环流变压器，电压等级为500kV，4台户外干式平波电抗器，标称电压为500kV，交流滤波器5大组，其平面位置见图1。

2 测量方法

2.1 设备噪声测量

±500kV换流站设备噪声的监测采用B&K2250型噪声分析仪。测量前后采用声学校准仪对仪器进行校准，示值偏差应不大于2dB(A)，否则测量无效。噪声测量仪器使用A计权，动态特性为“慢”相应，采样时间间隔为5s，测量高度一般为距地1.5m，测量距离一般为3m，记录各个测点的等连续A声级和倍频程频谱。

图1 ±500kV换流站位置

2.2 站界及敏感点噪声测量

±500kV换流站站界噪声测量是指在换流站围墙外进行的噪声测量，按照国家标准《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)规定的方法进行[5]，在站界布置多个测点，其中包括距噪声敏感建筑物较近以及受被测声源影响大的位置，测量点在围墙外1m，距离地面1.5m处。测量时间为昼夜各一次，测量仪器选用了B&K 公司的2250型声级计，记录其1min等效连续A声级测量值。同时测量各个位置的噪声背景值，对测量结果进行背景噪声修正。

敏感点噪声测量位置位于敏感点外1m，高度1.5m处，检测时间为昼夜各一次，测量仪器选用了B&K公司的8850型声级计，记录其1min等效连续A声级测量值。

2.3 站界及敏感点噪声标准

根据城市区域环境噪声使用区划分，该±500kV换流站适用于《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)的2类标准，其昼夜噪声排放限值分别为60dB(A)和50dB(A)。

3 测量结果

3.1 设备噪声

通过现场分析，±500kV换流站内户外噪声源包括换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、阀厅冷却水塔、阀厅空调、阀厅及交流开关场架构等，噪声类型包含电磁噪声、机械噪声和空气动力学噪声等。表1为±500kV换流站内主要设备噪声值。

表1 ±500kV换流站的主要设备噪声

设备噪声值/dB(A)换流变压器80.1～85.7交流滤波器58.7～75.8平波电抗器65.0～71.7阀厅冷却水塔77.9～85.1阀厅空调62.0～71.6换流阀厅(外)60.5～63.2交流场架构59.1～64.5

3.1.1 换流变压器

换流变的噪声主要包括本体噪声和冷却系统噪声。换流变的本体噪声主要来自变压器运行时产生的电磁噪声，主要包括两大部分：一部分是变压器运行时铁心硅钢片在交变磁场的作用下，长度发生微小变化所产生的噪声；另一部分噪声来自于绕组在漏磁场电磁力作用下所引起的噪声。磁致伸缩、绕组间点动力以及油箱上磁屏蔽的磁致伸缩等产生的电磁噪声，一起构成变压器的本体噪声。冷却系统噪声主要来自冷却风机、油泵运行时，以及连接部位转动时的振动产生的噪声。冷却系统噪声以500 ～ 4000Hz的中高频空气动力噪声为主[6-11]。

基于以上分析，该±500kV换流变压器的噪声包括电磁噪声和冷却风扇产生的噪声，其中以冷却风扇产生的机械噪声为主，这与现场检测人员的主观感受一致。

直流输电中使用的换流变压器一般为换流站中声级最高的室外噪声源，其正常运行过程中的平均噪声水平约为85 ～ 100dB(A)。为降低其噪声量，该±500kV换流站的所有换流变压器均采用Box-in技术，有效降低了变压器的噪声，但换流变噪声仍为换流站内声压级最高的户外噪声源。且由于换流内变压器数量较多，占地面积较大，距离围墙较近，其运行时产生的噪声为换流站厂界噪声是否达标的主要控制源。

3.1.2 交流滤波器

交流滤波器一般由大容量的滤波电抗器和滤波电容器组成，电抗器为干式电抗器。交流滤波器噪声频谱峰值主要由基频及滤除的谐波频率决定，对于频率为50Hz的交变电流而言，滤波器噪声以100Hz为基频，另外换流站内一般11和13次的谐波相对较多，因此其噪声峰值主要集中在100、500、630Hz附近[1,12-13]。

换流站滤波器台数一般较多，单台容量较大，且整个滤波器区占地面积大，露天开阔布置，距离厂界较近等，使滤波器噪声成为换流站的主要户外噪声源，其噪声对换流站外构成严重干扰。

3.1.3 平波电抗器

换流站内使用的平波电抗器主要有干式空心和油浸式铁心2种，本文中的平波电抗器为干式空心电抗器。干式空心电抗器的线圈是由一个或多个密封线圈层组成的，线圈和线圈磁场的电流相互作用引起的基频和谐波频率噪声为电抗器的主要噪声[1,14-15]。对于50Hz的交流系统，其基频主要为100Hz，另外由于该换流站是12脉冲桥结构，其谐波分量主要为12次和24次谐波，对应于600Hz和1200Hz的谐波噪声。

平波电抗器为换流站直流场区最主要的噪声源，一般布置于距离地面5～7m高的空中，很难对其噪声进行屏蔽，且其容量一般较大，距离厂界较近，其噪声会对换流站外构成严重干扰。

3.1.4 冷却水塔和阀厅空调

阀厅冷却水塔和阀厅空调运行时产生的噪声为换流站中声级较高的户外噪声源。

±500kV换流站内每个阀厅分别布置一组冷却水塔和阀厅空调，且其一般布置于离阀厅较近的阀厅外地面上，高度较低，在整个换流站内位于中央位置，因此，其对换流站外的影响一般较小。

3.1.5 其他噪声源

在换流站中，换流阀厅、交流场构架也会产生一定的噪声。如表1可知，其噪声值相对较低，通过合理布置以及有效的距离衰减，其噪声污染可得到有效控制。

3.2 噪声衰减特性

以上分析表明，±500kV换流站主要户外噪声源为24台换流变压器、5大组交流滤波器和4台平波电抗器。因此，为研究换流站户外噪声源的特性，对换流变压器、交流滤波器和平波电抗器进行噪声随距离衰减量的研究，其结果如图2～4所示。

图2 交流滤波器的噪声衰减特性

图3 换流变压器的噪声衰减特性

交流滤波器的噪声衰减随距离的衰减量大致相同，约为1dB(A)/m。距离交流滤波器区围栏外50m时，其噪声值约为56dB(A)。

图4 平波电抗器的噪声衰减特性

换流变压器的噪声在0～50m内噪声衰减较快，随后趋于平缓，在距离换流变压器距离100m时，其噪声值约为60.1dB(A)，50～100m衰减量为2dB(A)/m。平波电搞器噪声在0～20m内噪声衰减较快，其后衰减趋于平缓，但距离换流变压器距离90m时，其噪声值约为51.1dB(A)，20～90m衰减量为1dB(A)/m。

3.3 厂界噪声

图5为该±500kV换流站的位置图，从图可知，该±500kV换流站南面和西面厂界外为自然山，且无居民居住。仅有北面和东面交流区厂界外有散户居住，因此本次厂界噪声监测重点位于换流站北面和东面厂界。

图5 ±500kV换流站厂界噪声监测点

根据换流站内主要噪声源的噪声衰减特性以及噪声监测值，厂界噪声排放值如表2所示。从表2可知，该±500kV换流站正常运行期间，图5中所有的厂界噪声测点均超过国家标准规定的限值。

表2 ±500kV换流站站界噪声值 dB(A)

因此，为保证±500kV换流站在北面和东面的厂界噪声达标排放，在换流站的交流滤波器区域加装12m高的隔声屏障(如图5所示)。加装完成后，在该±500kV换流站正常运行期间对其厂界噪声进行检测，检测结果见表3。

表3 ±500kV换流站站界噪声监测结果 dB(A)

昼间厂界检测结果表明，所有厂界测点全部满足60dB(A)的标准要求。夜间厂界噪声检测显示除1、2号测点外，其余测点均低于50dB(A)的标准限值。通过加装隔声屏障，该换流站的厂界噪声得到了明显控制，换流站内噪声没有对附近居民生活产生影响。

4 结语

(1)通过对某±500kV换流站设备噪声进行监测分析发现，换流站内的主要噪声源为换流变压器、平波电抗器和交流滤波器。

(2)通过对换流变压器、平波电抗器和交流滤波器的噪声衰减特性研究发现，近场区域内设备噪声衰减较快，远场区域设备噪声随距离衰减较慢。

(3)±500kV换流站正常运行期间，厂界噪声超标较为严重。通过在变电站围墙加装隔声屏障，该±500kV换流站厂界噪声值可控制在国家标准限值以内，满足国标及居民生活要求。

[1]韩 辉,吴桂芳,瞿雪弟,等. 我国±500kV换流站设备可听噪声的测量分析及降噪措施[J]. 电网技术,2008, 32(2): 38-41.

[2]韩 辉,吴桂芳,陆家榆. ±800kV换流站阀厅与换流变压器采用一字型或面对面布置的噪声分析[J]. 电网技术, 2008,32(9):1-5.

[3]周 兵,裴春明,倪 园,等. 特高压交流变电站噪声测量与分析[J]. 高电压技术, 2013, 39(6): 1447-1453.

[4]李文毅,孙竹森,肖安全,等. 三沪直流工程换流站噪声治理[J]. 中国电力, 2008, 41(1): 32-35.

[5]国家质量监督检验检疫总局. GB12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准[S]. 北京:中国环境科学出版社,2008.

[6]马大猷. 噪声与振动控制工程手册[M]. 北京：机械工业出版社,2002.

[7]余尤好,陈志宝. 大型电力变压器的噪声分析与控制[J]. 变压器, 2007, 44(6): 23-26.

[8]叶春燕, 王方强,陈 巍,等. 高压直流换流设备可听噪声的分析与降噪探讨[J]. 四川电力技术, 2014,37(1): 68-70.

[9]阮学云,李志远,魏浩征,等. 换流变压器噪声预测模型及其简化研究[J]. 应用声学, 2011, 30(3): 235-240.

[10]李静雅,任 艳.基于AHP的可听噪声影响因素权值分析[J].电力科技与环保,2013,29(5):25-27.

[11]张红霞,史玉柱,梁汉桥,等.500kV变电站噪声影响及防治措施[J].电力科技与环保,2012,28(4):50-51.

[12]杨志萍,李 明,陈建敏. 500kV华新换流站厂界噪声治理及降噪效果[J]. 电力与能源, 2011, 32(4): 303-308.

[13]汲胜昌,寇小括,李彦明. 换流站中电容器装置噪声水平计算方法的研究[J]. 中国电机工程学报, 2006, 26(3): 112-118.

[14]Lan T S, Chiu M C. Optimal Noise Control on Plant Using Simulated Annealing[J]. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, 2008, 32(3-4): 423-437.

[15]杨一鸣,章旭雯. 特高压直流换流站设备的降噪措施[J]. 高电压技术, 2006, 32(9): 149-152.

Analysis of noise pollution and control of domestic ±500kV converter stations

In order to master the level of transformer noise of domestic ±500kV converter station, the transformer noise and attenuation characteristics of device in normal operation were measured and the actual results were analyzed. The results show that the noise source was mainly from the converter transformers smoothing reactors and AC filter. Most of the boundary noise exceed the national emission standard. On this basis, the noise control measures are proposed to restrict the noise levels within theallowable range of national standards, which provides a reference for noise control during the designing and constructing process of substations.

acoustics; noise barrier; converter stations; noise; attenuation

TM4；TU112.3

B

1674-8069(2017)02-005-04

2016-09-24；

2016-10-22

樊小鹏(1986-)，男，山西临汾人，高级工程师，主要从事电力环境保护方面的工作。E-mail:xp_fan@163.com