特高壓變電站和換流站噪聲控制措施探討

洪倩等

【摘 要】噪聲是特高壓工程變電站和換流站設計建設的重要控制條件之一，隨著特高壓電網的迅速發展，探討變電站和換流站的噪聲控制措施對保護環境、節約投資等具有重大意義。本文在總結變電站、換流站站內主要聲源的產生機理、源強和傳播特性的基礎上，提出了相應的噪聲控制措施，包括規劃控制、源強控制、傳播過程控制、受體保護等，為特高壓變電站和換流站的噪聲控制提供參考。

【關鍵詞】特高壓 變電站 換流站 噪聲控制

1 前言

我國已經建成投運數條特高壓交、直流工程，對特高壓交、直流工程中變電站和換流站的設計和建設而言，由于其電壓等級高、技術難度大、受影響公眾范圍廣，其噪聲控制情況也更受關注。隨著納入電網規劃的多個特高壓變電站、換流站建設高峰的到來，探討其噪聲控制措施對于滿足環保標準、節約土地資源、減少拆遷影響、降低工程投資、保障電網安全運行都具有重要意義。

2 特高壓變電站和換流站主要聲源

2.1 特高壓變電站主要聲源

特高壓變電站的主要聲源為變壓器、電抗器和帶電構架，既有電磁噪聲，也有空氣動力性噪聲和機械性噪聲[1]。

變壓器的噪聲是由變壓器本體（鐵心、繞組、磁屏蔽、油箱等）及冷卻裝置的振動所引起的。變壓器本體振動的主要來源有：硅鋼片的磁致伸縮所引起的鐵心周期性振動；硅鋼片接縫處和疊片之間因漏磁而產生的電磁吸引力所引起的鐵心振動；繞組中負載電流產生的繞組匝間電動力所引起的振動；漏磁所引起的油箱壁振動等[2]。其中，磁致伸縮和繞組匝間電動力所引起的振動是最主要的來源。變壓器本體振動通過鐵心墊腳和絕緣油兩條路徑傳遞給油箱壁，使油箱壁產生振動，進而產生本體噪聲，并以聲波的形式均勻地向四周發射。冷卻裝置自身產生振動與噪聲，并通過接頭等裝置將振動傳遞到油箱壁。根據工程建設經驗，1000kV變壓器聲功率級約為95～106dB（A）。

高壓并聯鐵心式電抗器的分段鐵心之間存在著磁吸引力，這些磁吸引力會引起額外的振動和噪聲，此外，冷卻風扇轉動也會產生噪聲。1000kV系統用高壓并聯電抗器聲功率級約為90～102dB（A）。帶電構架的噪聲主要來自變電導線金具的電暈噪聲。

變壓器和電抗器以低頻噪聲為主，輔助冷卻裝置噪聲則以高頻噪聲為主，帶電構架的噪聲頻譜基本與主變壓器、電抗器頻譜一致。

2.2 特高壓換流站主要聲源

特高壓換流站的聲源主要有換流變壓器，平波電抗器，交直流濾波器等[3]。

換流變壓器噪聲特性與變壓器類似，但由于存在直流偏磁，其噪聲比常規交流變壓器大。以往鐵心硅鋼片磁致伸縮振動被認為是噪聲的主要來源，隨著鐵心硅鋼片設計技術的提高，磁致伸縮振動的噪聲大為減少，線圈導線或線圈間電磁力產生的噪聲成為主要噪聲，線圈噪聲的聲功率級隨著變壓器負載的增加而增加。換流變壓器噪聲以中低頻為主，根據工程建設經驗，其聲功率級約為118dB（A）。

平波電抗器的噪聲主要由于直流電流和諧波電流相互作用引起線圈振動產生，其聲功率級約為91dB（A）。交直流濾波器組產生的噪聲除了其中的電抗器噪聲之外，還包括由于電場力作用產生振動而形成的電容器噪聲。其產生機理是，當電容器加上交流電壓時，電容器內部電極間將有靜電力產生，使電容器內部元件產生振動，元件的振動傳給外殼，使箱壁振動，形成噪聲，再由外殼向外傳播。其聲功率級約為79dB（A）。

3 噪聲控制原則

在合理選址的基礎上，特高壓變電站、換流站的噪聲控制措施應主要從規劃、聲源、傳播途徑、接受者等幾方面確定相應原則。

（1）針對噪聲污染這一特定概念的定義，從規劃層面將噪聲污染限定在有限范圍內，可以有效防治噪聲污染。

（2）從聲源特性上看特高壓站的噪聲控制，在聲源處抑制噪聲，是最根本、最有效、最直接的措施，包括降低激發力，減小系統各環節對激發力的響應以及改良制造工藝等。

（3）在聲傳播途徑中控制噪聲，包括隔聲、吸聲、消聲、隔振等措施，主要對聲波的傳播途徑上進行一些阻斷、改變聲波的傳播方向或減弱聲波的傳播的強度。

（4）受體保護原則，對處于噪聲污染區域的敏感建筑進行環保拆遷以及對相關接受者采取保護措施。

4 噪聲控制措施

4.1 規劃控制

《中華人民共和國環境噪聲污染防治法》第二條明確環境噪聲污染是指所產生的環境噪聲超過國家規定的環境噪聲排放標準，并干擾他人正常生活、工作和學習的現象；第五條要求地方各級人民政府在制定城鄉建設規劃時，應合理安排功能區和建設布局，防止或減輕環境噪聲污染。為加強噪聲污染防治工作，改善城市和鄉村的聲環境質量，環保部制定了《關于加強環境噪聲污染防治工作改善城鄉聲環境質量的指導意見》（環發[2010]144號）。其中第三條明確要強化噪聲排放源監督管理，并指出要嚴格聲環境準入，各地在編制城鄉建設、區域開發、交通發展和其他專項規劃時，在規劃環境影響評價文件之中納入聲環境影響評價章節。一般認為，規劃環評的噪聲污染防治對策和建議可在“鬧靜分隔”和“以人為本”的原則指導下，從區域土地使用功能調整、交通運輸線路布局調整、設置合理的噪聲防護距離、建設隔聲屏障、聲環境敏感建筑物的隔聲要求等方面提出相應的對策和建議。

《環境影響評價技術導則 聲環境》（HJ2.4-2009）10.3.1條明確工業噪聲防治措施要進行經濟、技術可行性論證；在符合《城鄉規劃法》中規定的可對城鄉規劃進行修改的前提下，提出廠界與敏感建筑物之間的規劃調整建議。

《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB12348-2008）4.1.4條明確：工業企業若位于未劃分聲環境功能區的區域，當廠界外有噪聲敏感建筑物時，由當地縣級以上人民政府參照《聲環境質量標準》（GB3096-2008）和《城市區域環境噪聲適用區劃分技術規范》（GB/T 15190-94）（現已更新為《聲環境功能區劃分技術規范》（GB/T 15190-2014））的規定確定廠界外區域的聲環境質量要求，并執行相應的廠界環境噪聲排放限值。

根據以上法規標準，規劃控制也是噪聲污染防治的重要措施之一。在變電站和換流站內廠界噪聲達標、周邊敏感目標聲環境達標要求的情況下，設置合理范圍的噪聲控制區且在控制區內不再新建噪聲敏感建筑，可以很好地滿足當前及未來該區域聲環境質量標準，符合噪聲控制的根本目的和環評技術導則要求。

4.2 源強控制

在源強控制方面，主要是通過對特高壓設備在設計、制造工藝上進行優化實現。

對于特高壓變壓器，降低鐵心磁密，采用磁致伸縮率小的高導磁材料；鐵心采用多級接縫，減少硅鋼片在加工、生產過程中的機械撞擊，保證所用硅鋼片中晶粒的最優取向；合理調整窗口尺寸，避開鐵心的自振頻帶；在鐵心端面涂張力約束涂料，鐵心級間增加橡膠墊；合理分布繞組的安匝，將漏磁面積減到最小；鐵心拉板采用低磁鋼板，以降低拉板內部的漏磁通量；油箱內盡量不使用磁屏蔽，盡量選用低噪聲的潛油泵和低轉速風扇的冷卻器。

對于電抗器，目前適宜采取的措施主要有合理控制鐵心的工作磁密；選擇合理的鐵心結構，避免固有頻率接近鐵心的自振頻率；使用彈性壓緊裝置，保證鐵心餅有足夠的壓緊力，增加整體的剛性；提高各部件的剛度和強度；在鐵心和油箱中增設隔振、減振裝置[4，5]。

對于濾波器組中的的電容器，增加串聯電容器元件的數目可減小電容器罐里的電介質應力和振動力；改進機械阻尼，壓緊堆棧式電容器元件，可以此來提高電容器單元外殼的剛度；此外，還可以增加電容器殼體的隔聲量，并在安裝電容器的支架上增加減震膠墊，采用雙塔結構以降低聲源高度。

對于帶電構架，應優化站內導線及金具，控制電暈噪聲。根據已取得的成果和經驗，變電導線金具的電暈噪聲已不再是變電站噪聲控制的限制因素。

4.3 傳播過程控制

選址階段應盡量避開村莊、鄉鎮、學校、居民點等噪聲敏感點。同時充分利用地形因素降低噪聲影響，如地坡、山丘、堤岸等，充分利用以替代部分聲屏障。此外，低洼地勢會存在聲影區，噪聲級較低。

總平面優化布置也是噪聲控制的主要手段。利用站內自身設施和建筑物進行合理的布置，可以很好地降低噪聲的傳播[6]。如復龍換流站高、低端閥廳采用了面對面布置，按此布置換流站東側居民點較多方向的噪聲可下降1～3dB，從總平面布置角度為噪聲控制創造了良好的條件。交流濾波器采用“田”字型布置，降噪效果較好，在換流站圍墻及圍墻外20m范圍的測點上可降低2～7dB，但對于80m以遠處的降噪效果與以往相差不大，約0.2～2dB。

在設備周圍以及站區部分圍墻上裝設聲屏障或者利用閥廳墻體、防火墻等作為隔聲屏障，可有效阻擋噪聲傳播。晉東南變電站對高抗裝設自承重結構形式隔聲罩之后，平均降噪量為21.8dB（A）[7，8]。向家壩—上海工程換流站的平波電抗器采用高效一體化降噪裝置，利用柵式聲障、局部迷宮以及盤式消聲原理，能夠將特定頻率的噪聲降低約16dB（A），使其達到并優于技術規范要求。

采用全封閉型隔聲裝置（BOX-IN）可以取得更明顯的降噪效果。復龍換流站換流變壓器采用BOX-IN措施，與采取隔聲屏障方案比較，近場降低了8dB（A），中場降低了約20dB（A）左右，遠場降低了15dB（A）左右，降噪效果極為顯著。并且采用了新型設計，一部分為固定設施，安裝在防火墻上；另一部分安裝在換流變壓器本體上，隨換流變壓器同進出，既滿足了換流變壓器隔聲降噪的要求，又滿足了運行檢修及快速更換的需要[9]。

4.4 受體保護

對于變電站、換流站站外敏感建筑，環保拆遷或加裝隔聲設施也是噪聲控制的措施之一。為降低對控制樓內運行人員的干擾，可對站內建筑物的降噪設計以有效控制噪聲。由于站內戶外的噪聲依然很大，對于戶外巡檢人員，可通過佩戴降噪耳塞來降低進入人耳內的噪聲而實現受體保護。

5 結語

特高壓變電站、換流站的噪聲控制應考慮規劃控制、源強控制、傳播過程控制、受體保護等措施。由于目前的水平限制，從設備設計、制造和安裝上降低噪聲已經極其困難，除了傳統措施與方法外，應在充分重視規劃控制的基礎上，根據環境敏感情況確定經濟、合理、可行的綜合噪聲控制方案，實現良好的環境效益和經濟效益。

參考文獻：

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[9]劉振亞.特高壓直流輸電技術研究成果專輯（2007年）[M].中國電力出版社，北京：2008.