某500 kV 主變擴建工程噪聲預(yù)測及治理方案比選研究

懷陽陽，張婉晴，陳環(huán)宇，鄭凱銘

(中國電力工程顧問集團東北電力設(shè)計院有限公司，吉林 長春 130022)

0 引言

隨著我國城市化進程的快速發(fā)展及人民生活水平的提高，城區(qū)用電負(fù)荷迅猛增長。然而由于城市用地資源的緊缺，城市變電站選址的難度越來越大，有些變電站布點深入到城市比較中心的區(qū)域，造成部分變電站與居民住宅的距離較近[1]。變電站噪聲治理逐漸受到公眾、建設(shè)單位和環(huán)保部門的關(guān)注和重視，成為亟待解決的環(huán)境問題[2]。近年來，一些變電站出現(xiàn)過噪聲超標(biāo)的現(xiàn)象，超標(biāo)噪聲不僅存在影響附近居民正常生活的潛在危害，還對站內(nèi)值守的員工造成持續(xù)噪聲污染[3]。因此，變電站噪聲治理愈發(fā)重要。

本文以我國廣西某500 kV 變電站主變擴建工程為例，開展噪聲預(yù)測，研究分析變電站擴建工程不同噪聲治理方案，并對其進行比選論證。

1 變電站概況及噪聲現(xiàn)狀

我國廣西某500 kV 變電站圍墻內(nèi)占地面積約7.22 hm2，站內(nèi)建有2 臺750 MVA 主變(#2、#3 主變)，每臺主變各安裝1 組60 Mvar電抗器及1 組60 Mvar 電容器，站內(nèi)建有1 組120 Mvar 高壓電抗器、500 kV 配電裝置、220 kV 配電裝置、35 kV 配電裝置和主控樓等，主變每兩相間有一面防火墻，防火墻高8m，圍墻高2.5 m。一期工程于2017 年建成投產(chǎn)。

為了滿足當(dāng)?shù)亍笆奈濉逼陂g國民經(jīng)濟用電快速發(fā)展的需求，需開展第3 臺主變擴建工程，擴建#1 主變(1×750 MVA)及其500 kV、220 kV、35 kV 三側(cè)進線間隔，裝設(shè)60 Mvar低壓電抗器，不新征占地。變電站總平面圖如圖1 所示。

圖1 某500 kV變電站總平面圖

變電站站址及周邊地勢平坦，周邊無敏感目標(biāo)。變電站站界噪聲執(zhí)行我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》[4]規(guī)定的2 類標(biāo)準(zhǔn)，即：晝間噪聲≤60 dB(A)，夜間噪聲≤50 dB(A)。

環(huán)評單位于2022 年5 月對該站的站界噪聲現(xiàn)狀進行了監(jiān)測，以了解工程所在區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量狀況?，F(xiàn)狀監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示站址四周廠界晝間噪聲監(jiān)測值為44.5～48.3 dB(A)，夜間噪聲監(jiān)測值為40.3～44.2 dB(A)，均滿足GB 12348—2008 規(guī)定的2 類標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 噪聲模擬

2.1 噪聲源強簡化及數(shù)值分析

變電站的主要噪聲源是變壓器和高壓電抗器等[5]，主變壓器分為a、b、c 三相。根據(jù)我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1518—2016《變電站噪聲控制技術(shù)導(dǎo)則》[6]，在進行噪聲預(yù)測計算時，變電站內(nèi)主變壓器和高壓電抗器一般簡化為組合面聲源，低壓電抗器及電容器可簡化為點聲源。

一期已建2 臺主變噪聲源，根據(jù)設(shè)備資料并利用站界現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果進行面聲源模型反推，聲功率級按95 dB(A)計。此時，在未疊加第三臺主變噪聲影響下，站界西北側(cè)#7 點位貢獻(xiàn)值為40.4 dB(A)，根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測，晝間背景噪聲約為44.5 dB(A)，疊加后預(yù)測值為45.9 dB(A)，與#7 點位現(xiàn)狀監(jiān)測值46.3 dB(A)相差不大。因此，利用模型反推得到噪聲源強的方式精度較高。新增1 臺主變按照1 m 處70 dB(A)要求招標(biāo)設(shè)備，利用面聲源模型反推，聲功率級按92 dB(A)計。擴建后全站噪聲源強調(diào)查情況見表1 所列。

表1 擴建后全站噪聲源強調(diào)查情況

主變噪聲典型頻譜如圖2 所示，高抗噪聲典型頻譜如圖3 所示。主變壓器輻射噪聲主要集中在100～600 Hz 頻率的中低頻段，尤其是400 Hz 和500 Hz 的頻率最突出。高抗噪聲主要集中在50～1 000 Hz 頻率范圍中低頻段，尤其是50 Hz 的低次諧頻，其中以100 Hz、200 Hz最為突出。因此，對于變電站噪聲超標(biāo)問題應(yīng)首先考慮對中低頻段噪聲的控制，以獲得最佳治理效果。

圖2 主變噪聲典型頻譜

圖3 高抗噪聲典型頻譜

根據(jù)我國生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ 2.4—2021《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境》[7]，變電站噪聲預(yù)測評價量為全站噪聲對站界的貢獻(xiàn)值。因此，考慮擴建后3 臺主變對站界的疊加影響。

2.2 預(yù)測參數(shù)和預(yù)測結(jié)果

變電站內(nèi)重要建(構(gòu))筑物預(yù)測參數(shù)見表2所列。采用通用噪聲預(yù)測軟件SoundPLAN 進行建模分析，得到擴建后無降噪措施情況下站界噪聲預(yù)測值及等聲級線圖，以及預(yù)測接收點位置，如圖4 所示。降噪前站界噪聲預(yù)測結(jié)果詳見表3 所列。

表2 變電站內(nèi)重要建(構(gòu))筑物預(yù)測參數(shù)表

表3 降噪前站界噪聲預(yù)測結(jié)果

圖4 擴建后運行站界噪聲等聲級線圖

根據(jù)等聲級線圖及接收點預(yù)測結(jié)果，在實施降噪措施前，考慮第3 臺主變擴建后的變電站西側(cè)站界噪聲貢獻(xiàn)值超過GB 12348—2008關(guān)于2 類標(biāo)準(zhǔn)的要求，站界噪聲最大預(yù)測值為51.4 dB(A)，位于#7 點位，超標(biāo)區(qū)域主要集中在靠近擴建主變的圍墻外側(cè)，其它區(qū)域均達(dá)標(biāo)。針對超標(biāo)區(qū)域采取降噪措施。由于本工程站界外無居民住宅，噪聲治理目標(biāo)為站界噪聲貢獻(xiàn)值及站界外聲環(huán)境質(zhì)量滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 降噪方案

3.1 降噪措施選擇

降噪措施通常包括3 種：(1)在聲源降噪，如防震、減震等；(2)在傳播路徑采取措施，包括隔聲、吸聲和聲屏障等；(3)對受聲點采取降噪措施。500 kV 變電站噪聲治理的途徑可以分為變電站主體改造及單純的噪聲治理。變電站的主體改造包括把地面變電站改造為地下變電站或室內(nèi)變電站，或是把變壓器更換為噪聲更低的變壓器，都可以使變電站的噪聲污染得到徹底或基本上消除。但主體改造的投資巨大，涉及的因素眾多，就目前來看恐怕只有在變電站所在區(qū)域或電網(wǎng)系統(tǒng)有重大變動時才會實施。單純噪聲治理是指在不改變變電站的主體情況下，采取適當(dāng)?shù)脑肼曋卫泶胧?，也可以取得一定的降噪效果，這是目前已運行500 kV 變電站噪聲治理的主要方向[8]。

聲屏障是變電站噪聲治理最常用的措施。由于越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點的聲能比沒有屏障時的直達(dá)聲能小得多，使聲屏障背面一定范圍內(nèi)形成聲影區(qū)，如圖5 所示。在噪聲控制措施的設(shè)計中，聲音接收點應(yīng)盡可能位于聲影區(qū)域內(nèi)。由圖5 可以看出，聲屏障距離聲源越近，聲影區(qū)范圍越大[9]。

圖5 聲影區(qū)示意圖

主變、電抗及電容是最主要的噪聲源，要使變電站廠界排放的噪聲達(dá)到2 類標(biāo)準(zhǔn)限值，需要對主變、電抗及電容進行相應(yīng)的降噪處理。根據(jù)總平面布置及噪聲源特性分析，本次研究提出3 種降噪方案，經(jīng)過方案比選后確定最終噪聲治理方案。

3.2 方案布置及應(yīng)用案例

方案一：在變電站西側(cè)，拆除原長40 m、高2.5 m 的裝配式圍墻，新建裝配式圍墻加高至4 m，即圖6 中的草綠色區(qū)域。擬加高的裝配式圍墻長度為40 m，可以利用一期的裝配式模具制作裝配式板材，避免不同廠家制造的裝配式圍墻出現(xiàn)外觀差異。方案一噪聲治理措施布置及實際應(yīng)用案例如圖6 所示。

圖6 方案一噪聲治理措施位置示意圖

方案二：#1 主變西側(cè)邊相外加8 m 高防火墻，在西側(cè)圍墻與道路之間的內(nèi)側(cè)空地設(shè)置安裝聲屏障；聲屏障呈“一”字形布置，長度42.3 m，總高為5 m。聲屏障立柱采用高度5 m 的H 鋼立柱作為支撐，H 鋼型號為75 mm×175 mm×7.5 mm×11 mm，H 鋼立柱安裝于深埋的鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，該基礎(chǔ)與原圍墻柱基礎(chǔ)間隔布置；基礎(chǔ)施工涉及破除前期道路并恢復(fù)，面積約280 m2。聲屏障背面采用防雨吸音百葉孔，聲屏障背面用Φ16 mm 螺絲螺帽固定，聲屏障為可拆裝結(jié)構(gòu)，不影響變電站的正常運行，滿足消防和安全要求，方便變電站運維人員日常巡查。方案二噪聲治理措施布置及實際應(yīng)用案例如圖7 所示。

圖7 方案二噪聲治理措施位置示意圖

方案三：在本期#1 主變西側(cè)邊相外加8 m高防火墻，在#1 主變正面(北側(cè))增加聲屏障；隔音屏兩側(cè)與主變防火墻緊鄰布置，形成三面維護結(jié)果降低噪音；并呈“一”字形布置，聲屏障長度32.3 m，總高為6 m。聲屏障立柱采用高度6 m 的H 鋼立柱作為支撐；聲屏障為可拆裝結(jié)構(gòu)，方案三噪聲治理措施布置及實際應(yīng)用案例如圖8 所示。

圖8 方案三噪聲治理措施位置示意圖

3.3 采取噪聲治理措施后的預(yù)測結(jié)果

采取上述不同降噪措施后，繪制變電站的噪聲預(yù)測等聲級線圖，直觀呈現(xiàn)預(yù)測結(jié)果及擴建噪聲對站界噪聲和站外聲環(huán)境的影響，變電站站界四周的噪聲預(yù)測值見表4 所列。

表4 不同降噪方案下站界噪聲預(yù)測結(jié)果

綜上，3 種措施均可以使變電站站界噪聲貢獻(xiàn)值滿足GB 12348—2008 關(guān)于2 類標(biāo)準(zhǔn)的要求，且站界外聲環(huán)境質(zhì)量滿足GB 3096—2008關(guān)于2 類標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.4 方案技術(shù)經(jīng)濟比較

3 種方案在經(jīng)濟、技術(shù)、實施難易程度等方面進行綜合比較，見表5 所列。

表5 不同降噪方案技術(shù)經(jīng)濟比較表

本方案設(shè)計的聲屏障為吸隔聲復(fù)合板，使屏障在低、中頻段具有合理的降噪效果。聲屏障采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，為“金屬背板+骨架+空腔+無纖維材料”的吸聲面板。隔聲板規(guī)格：寬1 000 mm，長3 000 mm，厚100 mm?？蚣懿捎肅 型鋼龍骨，骨架立柱間距為3 m。外護面隔聲采用1.5 mm的鍍鋅鋼板，吸隔聲板防腐性能良好，使用壽命大于30 a。多孔吸聲材料選用時除盡量選用在較寬的頻帶內(nèi)都有較高吸聲系數(shù)的材料，本方案聲屏障采用無纖維吸聲面板，平均降噪系數(shù)CNR≥0.95，含雜質(zhì)量不大于3%，纖維直徑小于6 μm，不含渣球，防潮；聲屏障計權(quán)隔聲量Rw≥35 dB(A)，降噪效果較好。

綜合上述比選內(nèi)容，方案一外觀的整體性、一致性更強，施工更簡單、工期更短，不影響后期運維，且投資明顯低于其它方案，因此，確定方案一為降噪措施方案。

4 結(jié)語

通過分析廣西某500 kV 戶外變電站噪聲源特性并對其站界噪聲進行預(yù)測，提出傳播途徑方面的措施。本文使用SoundPLAN 軟件快速準(zhǔn)確地計算擴建變電站站界噪聲的貢獻(xiàn)值，提出可滿足噪聲控制要求的不同方案，設(shè)計了針對中低頻噪聲有較好治理效果的“金屬背板+骨架+空腔+無纖維材料”的吸聲面板和隔聲板的復(fù)合結(jié)構(gòu)聲屏障，并驗證了在靠近聲源位置設(shè)置聲屏障的降噪效果優(yōu)于遠(yuǎn)離聲源位置設(shè)置聲屏障的結(jié)論。

本文對不同方案進行了綜合比選，結(jié)果表明，在主變前加裝聲屏障是一種更加有效的降噪措施，但綜合考慮外觀、投資及施工工期等多方因素，在滿足相關(guān)噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，加高圍墻成為“多快好省”的最佳噪聲治理方案。同時，加高圍墻對整體穩(wěn)定性有較高要求，因此，需要對圍墻基礎(chǔ)及支撐進行優(yōu)化設(shè)計。