四川地区500 kV变电站建设特性与噪声治理研究

严 青，何 洋，李小涛

（1.四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610041；2.国网四川省电力公司建设工程咨询分公司，四川 成都 610021）

0 引言

随着电力负荷不断增加，电网规模不断扩大，新建的500 kV变电站周围开始出现居民住宅等噪声敏感建筑物。与常规的110 kV和220 kV变电站相比，500 kV变电站噪声源种类较多，噪声源强较大,噪声影响较复杂[1]，对站外环境的影响也较明显。为使变电站噪声排放达标，需要在变电站设计阶段进行噪声模拟预测，进而采取相应的噪声防治措施。

变电站噪声预测结果与变电站的建设特性、噪声源特性等因素紧密相关，因此为进行准确的噪声影响预测，需要对变电站的建设特性及噪声源特性进行全方位把握。目前国内针对500 kV变电站建设特性及噪声影响的研究较少。为从源头上降低变电站噪声影响，提升降噪效果，本文基于500 kV变电站建设特性，结合声源特性分析变电站噪声的影响和传播规律，进而提出全方位降噪的措施，对新建变电站噪声预测和降噪设计有一定的指导作用。

1 四川地区500 kV变电站建设特性

针对四川地区已建或在建的26个500 kV变电站，从站址地形、噪声源设备的类型与规模、变电站总平面布置、配电装置型式等方面收集信息并进行归纳分析，四川地区的500 kV变电站具有典型的山区变电站特征。

1.1 主变压器的结构型式

本次调查的500 kV变电站中，约64%的变电站主变压器为三相分体式。这是由于500 kV一体式主变压器体积及重量均较大，而四川地区500 kV变电站大多位于山区，交通运输条件较差，在大件运输方面不能满足一体式主变压器的运输要求。因此，该地区常采用分体式主变压器，即将各相变压器分别运输至现场再进行组装[2]。虽然单相主变压器的容量和几何尺寸均小于一体式主变压器，但是主变压器噪声控制要求与一体式主变压器一致，因三台单相主变压器引起的合成噪声大于一体式主变压器，可能会造成变电站噪声超标。

1.2 高压电抗器

500 kV变电站中，除了主变压器外，另一大噪声源是500 kV高压电抗器。由于四川地区范围较广，尤其是在三州地区，地广人稀，电力输送距离较远，部分长距离输电线路需在变电站内增设线路侧高压电抗器。高压电抗器通常多组并排布置，为便于出线，其往往靠近围墙。根据最新的电力通用设备规定，500 kV高压电抗器与主变压器的噪声控制要求相同，主变压器通常布置在站区中央，线路高压电抗器则靠近围墙布置。因此，线路高压电抗器通常是导致变电站噪声超标的另一设备，且使变电站噪声控制难度增大。

1.3 变电站总平面布置

四川地区500 kV变电站总平面布置型式主要分为T型和矩形，其中T型居多，占73%。在T型布置的变电站中，主变压器基本位于T字横向区域，靠近变电站中央；500 kV配电装置位于T字纵向区域，220 kV配电装置位于T字横向区域，靠近围墙。在矩形布置的变电站中，主变压器基本成排布置于站区中央，500 kV和220 kV配电装置各位于变电站一侧。在T型和矩形布置的变电站中，500 kV高压电抗器均紧靠500 kV配电装置，且靠近围墙布置；其他电气设备如低压电抗器、电容器等位于主变压器和高压电抗器附近；变电站内主控楼、警卫室等建筑物位于站前区，500 kV继电器室位于500 kV配电装置区，220 kV继电器室位于220 kV配电装置区，消防室均位于主变压器或高压电抗器附近。由于站前区建筑物、配电装置室的遮挡，可以削弱建筑物背后的噪声。

1.4 变电站配电装置型式

四川地区500 kV变电站中，500 kV配电装置采用的布置型式有 AIS（Air Insulated Switchgear，简称AIS）、GIS（Gas Insulated Switchgear，简 称 GIS）和HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear，简称 HGIS），220 kV配电装置采用的布置型式有AIS和GIS。AIS投资较低，但是占地面积较大，施工和维护工作量大，产生的电磁环境影响较大；GIS投资较高，但是占地面积最小，施工维护工作量小，可靠性较高，电磁环境影响较小[3]；HGIS设备特性和电磁环境影响介于AIS和GIS之间。500 kV和220 kV配电装置均为AIS型式的变电站多建设于2010年以前，在四川地区分布较广泛。近年来，随着四川地区用地日益紧张、变电站周围居民逐渐增多，公众对环境的要求逐渐提高，500 kV变电站配电装置的布置型式逐渐从AIS+AIS向HGIS+GIS和GIS+GIS过渡。但是这就导致变电站占地面积减少，衰减距离缩短，不利于噪声衰减传播，增大了变电站外噪声超标的风险。

综上所述，采用三相分体式主变压器，设置多组出线高压电抗器，总平面布置采用T型布置，配电装置采用GIS+GIS或HGIS+GIS布置，这将会是四川地区500 kV变电站的发展趋势，因此进行针对性的噪声预测及控制具有非常重要的意义。

2 500 kV变电站内主要声源特性

500 kV变电站内主要噪声源包括两大类：一是电气设备，如主变压器、电抗器、金具及导线等；二是通风散热设备，包括用于各电气设备通风散热的风机、主变压器散热器、主控室等工作用房的空调外机等。

主变压器噪声以低频为主，其频率集中在100～500 Hz之间[4]。因主变压器的特殊结构，其产生的电磁噪声基频一般为100 Hz，其他为谐频，属于有调噪声，实际监测主变压器声功率级高达98.7 dB（A）。电抗器包括高压电抗器、低压电抗器及中性点接地电抗器等，其噪声的基频是电流频率的2倍，以中低频为主，其峰值出现在125 Hz，实际监测500 kV高压电抗器声功率级高达87.3 dB（A）。低频噪声波长较长，有很强的绕射和透射能力，同时在空气中的衰减很小，随距离衰减较慢，对周围环境影响较大，因此属于难治理噪声。

主变压器及高压电抗器本体上均设置有冷却装置，包括散热器或冷却风扇。冷却装置产生的噪声主要为2 000 Hz以下的宽频带中高频噪声，随距离衰减较快，从而导致主变压器及高压电抗器不同侧的噪声频谱特性也不完全一致。

电容器作为无功补偿与滤波装置，广泛应用于变电站中。电容器噪声的主要频率分布为50 Hz、100 Hz、1 300 Hz、1 400 Hz，呈现出较宽的频带范围，噪声具有一定指向性[5]，但噪声声功率级相对较小，实际监测的500 kV变电站中电容器声功率级为76.3 dB（A）。

变电站配电装置区域导线架线高度较高，电晕较弱。均压环等金具位于绝缘子端部，距地面高度较低，数量较多，电晕较强，故该区域噪声的贡献值主要来自金具。电晕噪声具有明显的中高频特征，频带分布范围较宽，且中高频的声功率级相当，但125 Hz以下的低频段声功率级较微弱。实际监测500 kV和220 kV配电装置区域金具声功率级分别为72.3 dB（A）和66.9 dB（A）。

3 500 kV变电站的主要噪声控制措施

目前500 kV变电站的降噪主流方案包括两大类，即优化变电站总平面布置方案和声屏障方案。

3.1 优化变电站总平面布置方案

优化变电站总平面布置方案从源头控制噪声，控制效果明显，具体做法如下：

1）根据站内主变压器的分布情况，在主变压器与围墙之间布置建筑物，以其单边能完全遮挡主变压器一侧为佳，且可以适当提高建筑物的高度。

2）减小站前区面积，将变电站内的建筑物分散布置，可充分利用各个建筑物的隔声作用。

3.2 声屏障方案

3.2.1 设备侧声屏障方案

总平面布置优化后，仍有部分站界噪声超标，需在噪声源头的设备侧布置声屏障，可结合噪声预测软件制定方案，具体原则如下：

1）根据无措施的噪声预测图，对超标区域设置受声点，经受声点贡献值分析，确定出各受声点影响较大的噪声源。同时，确定单个噪声源对哪些受声点影响较大，以明确主要噪声源影响较大的区域。

2）在噪声源与受其影响较大区域之间，尽量靠近设备侧布设声屏障，并结合单个声源的布设情况综合确定最终布设位置。

3）以略低于设备高度起始，逐步抬升屏障高度试算，直至站外噪声达标。试算过程中，对屏障布置位置同步进行微调，以确保变电站外超标位置均得以治理。

4）屏障布置位置及高度确定后，利用折板式屏障试算，以尽量在达标治理的前提下降低屏障高度。

3.2.2 围墙侧声屏障方案

1）根据无措施的噪声预测图，对超标区域设置受声点，经受声点贡献值分析，确定出各受声点影响较大的噪声源，在超标区域围墙上方设置声屏障。

2）对设置的围墙声屏障，进行整体抬升试算，直至变电站外各处噪声均达标，以确定整体抬升所需的最低高度。

3）根据无措施的噪声预测图及受声点贡献值分析，确定影响各受声点噪声的主要声源，对围墙声屏障进行分段，各段屏障应能遮挡噪声源与其主要影响区域的直线传播途径。

4）在上述整体抬升最低高度的基础上，分段屏障进行下降试算，直至各段屏障均降至保证达标所需最低高度，以尽量降低工程量及投资额。

4 结语

本文分析了四川地区500 kV变电站的建设特性、噪声源种类及源强特性，提出了主要噪声控制方案，为新建500 kV变电站的噪声预测及噪声控制措施的制定提供了依据和方向，有利于促进变电站的噪声达标排放，实现环境合理性。