基于Cadna/A軟件的特高壓變電站噪聲模擬研究

段金虎 魏華杰

（湖北省電力勘測設(shè)計(jì)院 湖北武漢 430040）

高速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、不斷加快的城市化進(jìn)程，導(dǎo)致用電負(fù)荷快速增長，電網(wǎng)需要大規(guī)模建設(shè)，變電站的選址也變得很困難，有的變電站不得不選在離居民較近的地方。同時(shí)隨著電壓等級(jí)的提高，電氣設(shè)備額定電流的增大和受設(shè)備制造水平的限制，特高壓交流電氣設(shè)備產(chǎn)生的噪聲比以往電壓等級(jí)設(shè)備產(chǎn)生的噪聲明顯增大，其中主要噪聲源為主變壓器、高抗以及各種金具、導(dǎo)線和絕緣子的電暈放電產(chǎn)生的噪聲。特高壓變電站、開關(guān)站的噪聲對環(huán)境的影響越來越引起環(huán)保部門、建設(shè)單位和普通公眾的關(guān)注。從我國已有特高壓工程中的噪聲治理經(jīng)驗(yàn)來看，噪聲治理與主體工程同步進(jìn)行是比較經(jīng)濟(jì)的。

特高壓變電站的變壓器、電抗器等設(shè)備運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以中低頻為主的噪聲，主要集中在63Hz～500Hz頻帶。中低頻噪聲傳播距離遠(yuǎn)，容易引起人的煩惱，是特高壓變電站運(yùn)行時(shí)重要環(huán)境影響因素之一。

本文結(jié)合國內(nèi)交流特高壓試驗(yàn)基地等工程噪音分析研究的相關(guān)成果和本工程的具體特點(diǎn)，通過噪聲預(yù)測軟件Cadna/A對1000kV變電站本期及遠(yuǎn)景的環(huán)境噪聲污染影響進(jìn)行預(yù)測分析，并提出相應(yīng)的噪聲治理措施。

1 噪聲預(yù)測軟件Cadna/A

Cadna/A系統(tǒng)是一套基于ISO9613-2:1996《戶外聲傳播的衰減的計(jì)算方法》標(biāo)準(zhǔn)方法的噪聲模擬和控制軟件。該系統(tǒng)適用于多種噪聲源的環(huán)境影響預(yù)測、評價(jià)，可應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)及其控制對策研究。

經(jīng)國內(nèi)多家單位使用結(jié)果表明，利用Cadna/A軟件預(yù)測的電廠、公路、鐵路、小區(qū)環(huán)境噪聲水平與利用GB/T17247.2-1998《環(huán)境影響評價(jià)導(dǎo)則—聲環(huán)境》規(guī)定的方法所得到的結(jié)果基本相同，LAeq值的預(yù)測結(jié)果與現(xiàn)場測量結(jié)果的誤差在1dB(A)以內(nèi)。經(jīng)國家環(huán)?？偩汁h(huán)境工程評估中心認(rèn)證，該軟件理論基礎(chǔ)與GB/T17247.2-1998《環(huán)境影響評價(jià)導(dǎo)則—聲環(huán)境》要求一致，預(yù)測結(jié)果可靠，可用于城市或區(qū)域環(huán)境噪聲的預(yù)測、評價(jià)和控制方案設(shè)計(jì)。

2 工程概況

擬建的1000kV特高壓變電站工程站址場地地形平坦，地貌成因類型為沖積平原，地貌類型為平地。站址與周邊村莊距離均在280m以上，東側(cè)圍墻距離上店村約280m。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，該1000kV變電站選用低噪聲設(shè)備，變電站圍墻外布置綠化隔離帶，并設(shè)置250m的噪聲控制區(qū)，在此范圍內(nèi)不得新建醫(yī)院、學(xué)校、居民住宅等建筑，確保該范圍邊界符合《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348-2008）II類標(biāo)準(zhǔn)限值要求，即晝間小于60dB（A），夜間小于50dB（A）；同時(shí)確保周圍居民區(qū)符合《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）1類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間小于55dB（A），夜間小于45dB（A）；由于變電站設(shè)備晝間和夜間發(fā)出的噪聲聲級(jí)相同，要使噪聲達(dá)標(biāo)，站界和周圍居民區(qū)晝間噪聲也應(yīng)按夜間標(biāo)準(zhǔn)控制。

3 噪聲預(yù)測

3.1 預(yù)測參數(shù)選取

Cadna/A軟件對工程的噪聲預(yù)測，是建立在物理模型基礎(chǔ)之上的，物理模型中包含了建筑物、屏障、預(yù)測范圍內(nèi)的地面類型、不同類型的聲源及其各種參數(shù)。聲源的參數(shù)設(shè)置包括聲源高度、聲功率級(jí)、頻率等。

特高壓變電站設(shè)備噪音源主要有1000kV高壓并聯(lián)電抗器的噪聲、1000kV主變壓器的噪聲、1000kV金具的噪聲、導(dǎo)線噪聲（包括導(dǎo)線本體噪聲和導(dǎo)線兩端電暈噪聲）、1000kV中性點(diǎn)小電抗噪聲、110kV并聯(lián)電抗器的噪聲、110kV串聯(lián)電抗器的噪聲。電暈噪聲通過對母線和金具的布置和設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可有效控制，而110kV站用電變壓器、110kV串聯(lián)電抗器、低壓電抗器等，多位于變電站中部區(qū)域，且聲功率級(jí)較低，運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的噪聲遠(yuǎn)不如主變壓器及高壓并聯(lián)電抗器的運(yùn)行噪聲，因此，可忽略不計(jì)。該1000kV變電站主要設(shè)備聲源源強(qiáng)取值見表1。

表1 設(shè)備和導(dǎo)線的聲功率級(jí)

噪聲源本體及主要建筑、具有隔聲功能的防火墻等的高度見表2。

表2 噪聲源本體及主要建筑高度

3.2 未采取降噪措施時(shí)的噪聲預(yù)測

將該變電站周邊的地形圖導(dǎo)入Cadna/A中，建立三位仿真模型，見圖1。

在軟件中輸入聲源源強(qiáng)及相關(guān)參數(shù)后，對變電站建成后的噪聲分布情況進(jìn)行模擬預(yù)測，模擬結(jié)果可顯示出敏感區(qū)噪聲級(jí)的分布情況及典型受聲點(diǎn)的噪聲預(yù)測結(jié)果，預(yù)測結(jié)果見圖2。

圖1 三維仿真模型圖

圖2 未采取降噪措施的三維仿真模型圖

由上圖可知，由于本期在站區(qū)東北角出線回路安裝出線并聯(lián)高抗，該處45dB噪聲范圍線（黃色區(qū)域外邊緣）超出站區(qū)邊界350m以上，不符合噪聲控制要求。

從降噪效果角度看，采用聲屏障距聲源越近，隔聲效果約好；聲屏障越高，隔聲效果越好。為減少隔聲設(shè)備造價(jià)，提高降噪效果，考慮將隔聲屏障在1000kV高壓并聯(lián)電抗器油池東側(cè)，墻體高度與高抗防火墻相同，高度9m，墻兩端與高抗防火墻相連。同時(shí)在高抗防火墻上貼隔聲材料。為不阻礙高抗運(yùn)輸，隔聲墻采用可拆除的輕質(zhì)墻體。采取該措施后噪聲預(yù)測結(jié)果見圖3：

根據(jù)建模仿真計(jì)算，采取該措施后東側(cè)敏感點(diǎn)噪聲47.9dB（A），不能滿足1類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)進(jìn)一步仿真計(jì)算，增高隔聲屏障對限制噪聲敏感點(diǎn)噪聲強(qiáng)度作用非常有限，且裕度過小。根據(jù)研究。隨著聲源幾何尺寸的增大，聲源防火墻外繞射衰減區(qū)域的面積隨之減小，即聲波由聲源繞射至接收點(diǎn)的路徑比點(diǎn)聲源的路徑更短，聲屏障的衰減量更少。

進(jìn)一步預(yù)測時(shí)，1000kV并聯(lián)高抗采用隔聲效果更好的BOX-IN降噪措施，即采用可拆卸和帶有通風(fēng)散熱消聲器的隔音室把高壓并聯(lián)電抗器封閉起來，把套管、冷卻器、風(fēng)扇和壓力釋放器等放在隔音室的外面。根據(jù)測算并結(jié)合國內(nèi)直流換站BOX-IN的噪聲治理經(jīng)驗(yàn)，其降噪效果一般可降低噪聲15dB（A）~20dB（A）。本工程計(jì)算模型考慮高抗采用BOX-IN后噪聲下降15dB，為89dB，預(yù)測結(jié)果見圖4。

圖3 采取隔聲墻降噪后的三維仿真模型圖

根據(jù)建模仿真計(jì)算，采取該措施后站區(qū)250m范圍外噪聲均小于45dB（A），可滿足I類標(biāo)準(zhǔn)。變電站周圍最近敏感點(diǎn)，變電站東圍墻外280m處的上店村居民點(diǎn)噪聲均能夠滿足I類標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 采取BOX-IN降噪后的三維仿真模型圖

4 結(jié)語

根據(jù)預(yù)測，1000kV變電站噪聲源強(qiáng)較高，若不采取降噪措施，將會(huì)對周邊聲環(huán)境造成污染。通過選擇合理的預(yù)測參數(shù)，適用Cadna/A軟件進(jìn)行變電站噪聲分布預(yù)測，可以對各種降噪措施進(jìn)行必選，有針對性地提出合理的噪聲控制措施。

[1]張新寧,杜祥庭,陳新龍.SoundPLAN軟件在特高壓交流變電站噪聲預(yù)測中的應(yīng)用探討[C].四川省首屆環(huán)境影響評價(jià)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集,2009:15-27．

[2]孫竹森,俞敦耀.新華換流站噪聲控制探討[J].電力建設(shè),2007 Vol.28No.11：10-13.

[3]李雪亮,徐振,周英等.1000kV特高壓變電站聲環(huán)境影響仿真研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2012,Vo.2,No.3：264-270．

[4]韓輝,吳桂芳,陸家榆.±800kV換流站閥廳與換流變壓器采用一字形或面對面布置的噪聲分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(9)：1-5．

[5]張智敏.變壓器噪聲控制技術(shù)及裝備[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2010,6：50-52．

[6]余尤好,陳寶志.大型電力變壓器的噪聲分析與控制[J].變壓器,2007,44（6）：23-26.