特高压换流站噪声控制设计研究

鲁 伟，高 湛，张 华，关林坤

(中国电力工程顾问集团中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

0 引言

1997年3月，《中华人民共和国环境噪声污染防治法》正式施行，这对工程设计和建设等方面提出了更为严格的要求。2008年10月，GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》和GB 3096—2008《声环境质量标准》正式施行，为换流站和变电站的厂界噪声排放限值和声环境评价提出了具体要求[1-2]。

在我国建成投运的±500 kV换流站工程中，各种电气设备运行时产生的噪声会导致厂界及站区周围环境噪声水平增高，有的工程因噪声超标对站区附近居民造成了干扰。然而，这种噪声超标后再进行治理的工程，限制条件较多、治理难度较大、治理费用较高。

相比于±500 kV换流站工程，±800 kV特高压换流站工程设备的电压等级更高、额定电流更大、几何高度更高，导致设备本体噪声更大、传播范围更广、噪声影响更显著。因此，在特高压换流站工程建设初期开展噪声分析和控制研究工作显得尤为重要,该工作有利于降低噪声治理的难度、减小投资、获得最佳的治理效果，做到经济建设高质量发展和生态环境高水平保护的和谐统一。

1 特高压换流站噪声控制标准

特高压换流站进行噪声分析和控制方案设计前，需要先明确相应的噪声控制标准。

对于已获得环评批复文件的工程，应按批复的噪声控制标准执行。对于尚未获得环评批复文件的新建工程，噪声控制标准可参考环评报告的建议。对于尚未获得环评批复文件的扩建工程，可参考前期工程环评批复文件或本期扩建工程环评报告的建议执行。

若无环评报告，厂界噪声可暂执行GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类标准(白天60dB(A)，晚上50dB(A))；站外声环境噪声可暂执行GB 3096—2008《声环境质量标准》2类标准(白天60dB(A)，晚上50dB(A))；站外敏感点噪声执行1类标准(白天55dB(A),晚上45dB(A))。待收到环评报告或环评批复文件后，再按相关噪声控制标准执行。

2 特高压换流站噪声控制设计流程

目前，国内常运用噪声计算软件SoundPLAN和Cadna针对特高压换流站进行噪声控制设计，其主要流程为：

a.明确换流站噪声控制标准；b.建立噪声计算模型；c.噪声计算及厂界和敏感点处噪声评价；d.噪声控制方案设计；e.更新噪声计算模型；f.噪声计算及厂界和敏感点处噪声评价，重复上述步骤d～f，直至满足噪声控制标准。

由此可见，噪声计算和控制方案设计的基础是噪声计算模型的建立。

2.1 地形模型的建立

在建立地形模型时，需要根据站址区域环境特征(是否有敏感点)和环评报告确定噪声评价范围(一般以建设项目边界向外200 m为评价范围)[3]，从而确定地形模型的范围。

对于位于地形平坦地区的工程，可将地形模型简化为平面，以提高计算效率、节约机时。对于位于地形起伏较大地区的工程，应将根据勘测资料导入软件建立地形模型。

2.2 几何模型的建立

特高压换流站的布置通常有阀厅背靠背布置和阀厅一字形布置两种形式。在进行总平面布置时，从噪声控制的角度，优化布置站内主要噪声源，从源头上抑制噪声向厂界和站外传播，以降低噪声控制的难度和成本[4]。

1)阀厅背靠背布置的特高压换流站将24台换流变压器分成4组，每2组面对面，全部布置在阀厅之间，详见图1。阀厅背靠背布置将阀厅作为天然声屏障，形成范围较大的声影区，抑制了换流变噪声向站外敏感点和交流滤波器场方向的传播，阻止了换流变和交流滤波器场设备噪声相互叠加[5]，有效地减小了站内噪声对厂界和站区周围环境的影响，降低了噪声控制的难度；

图1 阀厅背靠背布置

2)阀厅一字形布置的特高压换流站将24台换流变压器分成4组，一字形布置，详见图2。阀厅一字形布置将阀厅作为天然声屏障，形成范围较大的声影区，抑制了换流变噪声向直流场及该侧站外方向的传播；

图2 阀厅一字形布置

3)交流滤波器场集中布置并远离站前区，交流滤波器场噪声经过更远距离的衰减后，减小了对站前区的影响[6]。便于集中采用降噪措施，降低费用；

4)500 kV GIS配电装置室布置在换流站一侧，作为天然声屏障，有效地抑制噪声向该侧厂界的传播，使该侧厂界和附近敏感点噪声更容易达标。

2.3 围墙模型的建立

设置和加高围墙、设置围墙上声屏障是特高压换流站常用的噪声控制方案。围墙的布置对上述措施的噪声控制效果有着较大影响。

通常而言，特高压换流站围墙由总图专业根据总平面布置确定，为减少用地、节约投资、满足电力工程项目建设用地指标要求，一般将边坡布置在围墙外侧、围墙靠近站内布置。然而，位于地形起伏较大地区的工程，常常存在较高的挖方边坡，此时若仍将挖方边坡布置在围墙外侧(此时围墙布置在挖方边坡坡脚)，挖方边坡坡顶以外区域的环境噪声有时难以达标。此时，宜将围墙布置在挖方边坡坡顶，该方案可扩大相同高度围墙和声屏障的声影区范围、提高降噪效果。

通常而言，墙体反射损失系数为0.27、吸声系数为0.02；隔声屏障反射损失系数为4.0，吸声系数为0.7。

2.4 声源模型的建立

特高压换流站主要噪声源有换流变压器及其冷却风扇、平波电抗器、桥臂电抗器、交流滤波电抗器和电容器、直流滤波电抗器和电容器、闭式冷却塔、空冷器、调相机变压器等[7-8]。

在可研和初步设计阶段，相关设备并未招标，此时声源模型的建立可根据DL/T 5526—2017《换流站噪声控制设计规程》[9]和相关工程经验预估设备噪声水平作为计算输入。需要注意的是，工艺专业在编写技术规范书时，设备的噪声水平要求不宜高于噪声计算的输入，否则应按技术规范书的要求重新复核噪声控制方案。

对于含远期设备设备的工程，设计本期降噪措施时，宜考虑远期设备的影响，本期建设时，对于总高度不高的围墙或声屏障可一次性建成，对于总高度较高的区域，在本期噪声达标的前提下建设框架围墙并预留远期加设声屏障的条件。

3 ±1 100 kV古泉换流站噪声计算

±1 100 kV古泉换流站是国家电网公司构建“全球能源互联网”、建设坚强电网的创新引领工程的重要组成部分，是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最高的特高压直流输电工程。

根据国家环保部关于±1 100 kV古泉换流站的环评批复文件[10]，±1 100 kV古泉换流站厂界噪声应符合GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类标准，同时确保换流站周围居民区噪声符合GB 3096—2008《声环境质量标准》相应功能区要求。由于换流站设备昼间和夜间发出的噪声声级相同，因此换流站厂界环境噪声限值白天、晚上均按50dB(A)控制。±1 100 kV古泉换流站总平面布置及周围敏感点分布详见图3。

图3 站总平面布置及周围敏感点分布图

3.1 设备噪声源及主要建筑物高度

设备噪声源及主要建筑物高度详见表1和表2。

表1 设备噪声源声功率级及高度

表2 主要建筑物高度

3.2 不采取降噪措施时的噪声计算

用噪声预测软件SoundPLAN对±1 100 kV古泉换流站进行噪声计算，首先计算不采取任何降噪措施时的噪声分布，详见图4。

图4 未采取降噪措施时噪声分布图

由图4可知，厂界噪声最大为66～68dB(A)，超过GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类夜间50dB(A)的限值标准；厂界外噪声超过GB 3096—2008《声环境质量标准》2类夜间50dB(A)的限值标准；交流滤波器场附近的噪声基本在70～72dB(A)左右，直流场附近噪声在64～66dB(A)左右；而最严重的换流变压器附近区域的噪声超过了80dB(A)，综合楼附近噪声最大达到70～72dB(A)。如不采取降噪措施，其噪声对站内运行人员和周围环境影响都较大。

3.3 仅设置BOX-IN时的噪声计算

由于±1 100 kV古泉换流站处于2类环境地区，且噪声敏感点离厂界较近，根据以往工程经验，针对±800 kV及以上换流变需采取设置BOX-IN(隔声量20dB(A))的方式，即采用可拆卸式和带有通风散热消声器的隔音室把换流变压器本体封闭起来，冷却风扇放在隔音室外面，可有效控制换流变噪声的传播。

由图5可知，±1 100 kV古泉换流站换流变压器采取BOX-IN后，500 kV交流滤波组北侧和东侧附近部分厂界噪声为54～56dB(A)，1 000 kV交流滤波组北侧及站址东侧附近部分厂界噪声为56～58dB(A),均超过了《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类夜间50dB(A)的限值标准。因此仅对换流变采取BOX-IN降噪措施还不能满足±1 100 kV古泉换流站噪声达标的要求。

图5 仅设置BOX-IN时噪声分布图

3.4 设置BOX-IN和隔声屏障时的噪声计算

为了使厂界和周围环境噪声达标，并尽量减小站内噪声，在换流变设置BOX-IN的同时，还需要从控制传播途径上采取进一步的降噪措施。在厂界超标的区域加高围墙和声屏障，降噪措施详见图6。采取该降噪措施后的噪声分布见图7。

图6 降噪措施示意图

图7 采取降噪措施后的噪声分布图

由图7可知，±1 100 kV古泉换流站采取上述降噪措施后，厂界和周围环境噪声噪声低于50dB(A)，满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》和《声环境质量标准》2类夜间50dB(A)限值的要求。

4 ±1 100 kV古泉换流站噪声计算与实测对比

4.1 噪声实测工况

2019年10月，对±1 100 kV古泉换流站厂界噪声进行实测，噪声接收点布置详见图8。测试当天的运行工况为：双极四换流器大地回线方式运行，输送功率 4 000 MW。1 000 kV 交流系统：所有开关运行、两条交流出线运行；1 000 kV 交 流 滤 波 器 ：T614、T615、T621、T626交流滤波器运行；其余交流滤波器热备用；500 kV交流系统：所有开关运行、六条交流出线运行；500 kV交流滤波器：5632、5633、5651、5652交流滤波器运行；其余交流滤波器热备用。24台换流变压器全部投运，其BOX-IN的顶板和端板未安装。

图8 ±1 100 kV古泉换流站噪声接收点布置图

4.2 噪声计算与实测对比

根据实测时的工况，建立相应的噪声计算模型，模型中仅包含实际投运的主要设备(24台换流变压器、BOX-IN的顶板和端板未安装、8组交流滤波器)，其余未投运的交流滤波器组和设备不予考虑。

表3中的对比结果表明，站区大部分接收点处噪声计算值大于实测值，部分接收点处噪声计算值小于实测值，其可能的原因：计算软件的误差；计算与实测两种情况下接收点的定位存在一定的误差；实测包含一定的背景噪声和其他因素的干扰等。

表3 噪声接收点处声压级dB(A)

综合对比结果，噪声计算与实测结果的噪声分布和传播趋势基本一致。在一段区域内，最大噪声计算值不小于实测值，因此，针对特高压换流站进行噪声计算和噪声控制方案设计时，宜根据噪声区域分布情况，在区域内进行包络设计：即在区域内以噪声计算的峰值不超过噪声控制标准作为噪声控制方案的设计依据。

5 结论

1)本文结合相关工程经验，总结了特高压换流站噪声分析流程。

按照本文总结的噪声分析流程，以±1 100 kV古泉换流站为工程背景，通过SoundPLAN软件进行噪声计算，并结合厂界噪声实测数据，进行对比分析，得到如下结论：

噪声计算与实测结果的噪声分布和传播趋势基本一致。在一段区域内，最大噪声计算值不小于实测值，根据噪声计算结果进行噪声控制方案设计时，宜根据噪声区域分布情况，在区域内进行包络设计。