基于无功补偿装置的220 kV 户内变电站噪声分析

费 彬，阙云飞，陈璞金，孔令风，周 翼，林 炬*

（1.国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，江苏 无锡 214000；2.江苏辐环环境科技有限公司，南京 210019；3.江苏通凯生态环境科技有限公司，南京 210019）

在电力供应系统中利用无功补偿可以提高功率因数、降低供电变压器及输电线路的损耗。使用无功补偿可以提高系统的供电效率，改善供电环境。无功补偿在整个供电系统中起着非常重要的作用。合理地选择补偿装置,可以最大限度地减少电网的损耗,提高供电质量[1-3]。无功补偿装置（SVG）是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿[4-5]。SVG 由3 个基本功能模块构成：检测模块、控制运算模块及补偿输出模块[6-8]。装置组成有控制柜的主要器件开关器, 主要为起动主回路的投切；缓冲器件，为起动模块充电时的母线缓冲；存在数据采集器件，起到开关量、模拟量采集；控制箱，作用为起动数据处理；逻辑控制器，起到逻辑控制的作用；人机界面，可以对参数进行设置与显示及对波形进行记录；二次电源系统，对电源进行处理，实现控制系统的稳定；功率柜的主要器件有功率单元，根据信号级联成特定幅值及相位的电压；强制冷却系统，对模块单元强制冷却；电抗器柜的主要器件是电抗器，实现无功电源源的并网并对电流滤波[9]。其工作时冷却方式分为风冷和水冷2 种。风冷式SVG 主要是利用风机进行降温，噪声的主要来源为风机本身运行声音和风道的震动噪音；水冷式SVG 主要是利用循环泵散热降温，噪声的主要来源是泵的运行产生。

SVG 广泛应用于新能源发电中，因为风力发电、光伏发电等存在波动性、随机性和可调度性差的特点[10]。SVG 能够弥补风电场不能提供无功功率，且要从电网吸收无功功率的问题。另外风能随机性大，采用有功功率控制，会给电网有功的实时平衡带来困难。SVG 设备的设计较为便捷，安装方式灵活。动态无功补偿能够满足风电场并网的无功-电压要求，在风机和电网解列的情况下，仍然能够提供电压支撑能力。对于风电场相对集中的区域，可以提供大范围内的动态无功储备，提高系统安全性，降低调度要求。光伏电站配置无功补偿装置可提高光伏输送容量和系统的稳定性，并防止电压崩溃[11]。此次，SVG 设备与先前的利用情况不同，江苏无锡地区某变电站加装SVG 的附近为居民居住区，研究SVG 对周围居住环境的影响较少。

SVG 将被增设在现有的江苏无锡某地区的变电站中，用来提升主网的送电能力，保证无锡地区负荷的正常用电需要，可解决局部地区冬季和夏季电力负荷缺口问题。因此，有必要考虑会带来较大噪声的SVG 给附近高层住宅的居民或厂界外环境带来的影响。

1 Cadna/A 预测

1.1 Canda/A 介绍

Cadna/A 系统是由德国DataKustik 公司开发，基于ISO 9613-2：1996《户外声传播的衰减的计算方法》、利用WINDOWS 作为操作平台的噪声模拟和控制软件[12-13]。Cadna/A 软件广泛适用于多种噪声源的预测、评价、工程设计和研究，以及城市噪声规划等工作，其中包括工业设施、公路和铁路、机场及其他噪声设备。Cadna/A 软件计算原理源于国际标准化组织规定的ISO 9613-2：1996《户外声传播的衰减的计算方法》。软件中对噪声物理原理的描述、声源条件的界定、噪声传播过程中应考虑的影响因素及噪声计算模式等方面与国际标准化组织的有关规定完全相同。我国公布的GB/T 17247.2—1998《声学 户外声传播的衰减 第2部分：一般计算方法》，等效采用了国际标准化组织规定的ISO9613-2：1996《户外声传播的衰减的计算方法》。Cadna/A 软件的计算方法和我国声传播衰减的计算方法原则上是一致的。

Cadna/A 软件自身的特点非常适用于工业设施、道路和变电站等多种声源的噪声预测中。近年来，我国也正在加强环境保护措施，特别是对于噪声治理方面。要求各部门人员合理、科学地开展噪声检测工作。该软件已经通过了国家环保部环境工程评估中心的认证，能够作为变电站噪声影响预测应用研究的可信赖的软件[14]。其中对于变电站噪声预测运用了软件的一般工业噪声预测模块。在进行噪声预测时，可直接导入需要计算的相关输变电项目的总平面布置示意图。并需要在计算中充分考虑声源的几何衰减率及各类障碍物（建筑物）的阻隔，并通过合适的网格计算得到相关的等声值曲线图。通过该软件可形象地将预测噪声通过图形来表示。并且可在软件中设置相关的、可操作的噪声防护设施，然后再通过快速地预测得到是否达标的情况[12]。

1.2 变电站平面布置情况

江苏无锡某220 kV 户内型变电站呈矩形布置，长约95 m，宽约62 m。其变电站主控楼北侧设有3 间电容器室，共设有8 台电容器。变电站采用电缆进线方式，现设有1#～3#共3 台主变。具体站内布置如图1 所示。

图1 江苏无锡某220 kV 变电站平面布置图

1.3 变电站噪声分析

该220 kV 变电站在现有情况下主要的噪声源[15]为变电站北侧布置的8 台电容器产生的振动噪声，以及位于变电站中部的3 台主变发出的噪声。在加装了SVG 后主要噪声源是风机散热或循环泵产生噪声及现有变电站噪声进行叠加后产生的。变电站内的主要实体（主控通信室、消防室等）建筑物在预测时已考虑噪声影响，该220 kV 变电站厂界围墙高2.3 m。根据DL/T 1518—2016《变电站噪声控制技术导则》和GB 3096—2008《声环境质量标准》，声源预测见表1，声源的分布示意如图2 和图3 所示。

图2 某220kV 变电站安装风冷式SVG 下声源分布示意图

图3 某220kV 变电站安装水冷式SVG 下声源分布示意图

表1 江苏无锡某220 kV 变电站主要噪声声源

1.4 变电站周围保护目标分析

户内变电站需要根据现有的建筑情况选择屋面天窗等作为室外声源来模拟对外部环境的影响[16]。考虑加装SVG 的变电站位于居民区住宅区附近，距变电站南侧最近27 m 处有一栋34 层的居民住宅，距西侧最近20 m 处有一间高度为4 m 的房屋，并在距离变电站西侧最近17 m 处也有一栋34 层的居民建筑，具体情况如图4 所示。

图4 变电站周围情况

2 加装SVG 后的噪声分析

现有的3 台变压器位于变电站南侧，1#与2#主变相距5.7 m，2#与3#主变相距5.6 m，3#主变距离西侧墙体约3.3 m，1#主变相距主控楼东侧墙体2.3 m。主变周围都设有建筑墙体，可以相应减少噪声的影响。由于主变设在变电站底部而电容器位于变电站区北侧，可以分别将两者视为面声源进行预测。SVG 装备后主要由风机或循环泵引发噪声，可以将其视为点声源。该变电站的主要噪声源强见表1。

先考虑该变电站加装风冷式SVG 的情况，且SVG加装在先前预留的电容器室内。根据噪声预测可知该220 kV 变电站在加装SVG 后北侧部分区域夜间噪声无法满足GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2 类标准要求，具体噪声情况如图5 所示。

由图5 可知，变电站北侧存在电容器和风冷式SVG的噪声影响，初始最大噪声可超过60 dB（A）。北侧存在围墙（2.3 m）有减弱噪声的作用，但在厂界外的部分区域噪声已超过了50 dB（A），并且靠近厂界的大部分噪声在45～50 dB（A）。对于变电站西侧受SVG 影响的高层居民建筑最高可达41 dB（A），最大噪声范围值集中出现在9层以上建筑楼层。变电站南侧主要受主变的影响，最大噪声可达51 dB（A），户内变电站的建筑和南侧围墙的作用，噪声在厂界外最大噪声仅41 dB（A），离变电站较远的4 m 住宅不受其影响[17]，噪声值在35 dB（A）以下。

图5 加装风冷式SVG 装置的噪声等声级线图

若该变电站加装水冷式SVG，加装SVG 的位置不变。通过Cadna/A 预测分析，该220 kV 户内变电站的厂界四周昼间、夜间噪声排放值可以满足GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2 类标准要求。该变电站在加装水冷式SVG 情况下的预测结果如图6 所示。

由图6 可知，由于南侧主变的影响噪声最大可超过50 dB（A），但经过2.3 m 围墙的阻隔和旁侧建筑物的阻挡，在厂界外噪声仅40 dB（A）左右，未超过GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2 类标准中昼间60 dB（A）和夜间50 dB（A）的限值。北侧受水冷SVG 和电容器的影响，最大噪声值可达53 dB（A），但在厂界外噪声范围在40 dB（A）左右。对于变电站西侧受SVG 影响的高层居民建筑最高可达40 dB（A），最大噪声范围值也集中出现在9 层以上建筑楼层，但可以满足GB 3096—2008《声环境质量标准》中2 类标准的要求。2 种类型的SVG 对西侧居民楼的影响见表2。

表2 各楼层在不同类型SVG 下的噪声情况

图6 加装水冷式SVG 装置的噪声等声级线图

由表2 可知，2 种SVG 的噪声对低层住户的影响较小，对高层住户的影响较大，其中风冷式SVG 对高层的影响比水冷式SVG 对高层的影响要大。为了进一步验证预测的正确性，监测人员现场监测了扬州市某110 kV 户外风电场升压站加装了风冷式SVG 的厂界外1 m 四周的噪声情况。该变电站厂界外噪声的监测结果见表3。

表3 扬州市某110 kV 风电升压站厂界外1 m 噪声情况

由表3 可以看出，扬州市该地区的110 kV 升压站厂界外噪声范围在43～63 dB（A），而该升压站未采用隔音墙等设施时，风冷式SVG 会给站区某侧带来较大噪声。综合以上可知，噪声预测结果符合实际情况，加装SVG 后某侧噪声会受到较大影响。

3 治理措施分析

由预测结果可知，水冷式SVG 相比于风冷式SVG，对周围产生的噪声影响较小。因此，在居民住宅、医疗卫生、文化教育、科研设计和行政办公为主要功能的区域，优先考虑在变电站内加装水冷式SVG，使周围环境符合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》中相应标准的要求。

噪声污染防治措施主要从3 方面进行控制：噪声源，传播途径和接受者。噪声源控制可考虑吸声、隔声装备，使用油浸自冷式的变压器。噪声传播途径上控制改变机器设备的安装方向和位置。尽量不要建在居民生活的密集区内，要与居民生活区保持一定的距离。对接受者的防护主要考虑减少人员在噪声环境中的暴露时间外，可采取各种个人防护措施，如进行耳塞、耳罩的佩戴等。在考虑到环境和成本等要求，一些必须装备风冷式SVG 的站区在原本围墙符合典型设计的条件下，可选择相应措施来有效降低SVG 带来的噪声影响。在现有变电站的典型设计背景下，控制噪声手段较多的是阻断声源的传播路径来降低对附近保护目标的影响。最常见的是在变电站区内设置隔声屏障[18-19]。设置隔声屏障在站内，主要是将其放置在靠近主要噪声源的附近和在站区的围墙上加装适当高度的隔声屏障。隔声屏障越接近噪声源强处，屏障能够阻隔声波传播的效果也就越好。在具体的变电站工程中应根据其总平面布置、声源位置和围墙等情况确定声屏障的设置位置和屏障的宽度和高度。

江苏无锡某220 kV 变电站通过预测可知，在加装风冷式SVG 的变电站北侧存在噪声区域不符合GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》中相应标准的要求，可在北侧加高围墙以求符合相应的标准要求[20]。经过预测当北侧围墙加高至2.8 m 时，可以符合厂界处噪声GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》中2 类相应标准的要求。变电站北侧围墙加高后的噪声预测等声级线图如图7 所示。

图7 变电站北侧围墙加高至2.8 m 的等声级线图

由图7 可知，通过在变电站原本北侧围墙的基础上增加0.5 m 高度，变电站北侧厂界外1 m 处噪声范围在45～49 dB（A），符合GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》中2 类相应标准的要求。

4 结论

本文针对江苏无锡某地区220 kV 户内变电站，利用Cadna/A 软件分别对加装2 种类型的SVG 的变电站噪声进行了预测分析。经过预测，在加装SVG 时应优先选用水冷式来减少噪声对周围环境的影响。在实际工程中选用风冷式SVG 时应考虑降噪需求，一次性加高某侧受噪声影响处的围墙以达到噪声标准要求，减少环保纠纷。本文中所提及的SVG 随着电网的进一步发展，将会有越来越多的变电站运用，因此所提及的措施具有一定的实际参考价值。