大連柔性直流輸電受端換流站降噪方案研究

朱洪波，王 勇，李 偉

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

大連柔性直流輸電受端換流站降噪方案研究

朱洪波，王 勇，李 偉

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

大連柔性直流輸電工程受端換流站地處大連市區(qū)中心，站界噪聲需要控制在Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。換流站的噪聲源主要來源于戶外設(shè)備，根據(jù)總平面布置方案采用Soundplan軟件對站區(qū)進行模擬仿真，計算換流站采用水冷和空冷2種方案的噪聲，當(dāng)不滿足噪聲要求時，采用降噪措施使之降至45 dB以下。該工程因故沒有實施，但是前期研究結(jié)果具有一定意義，有必要共同探討。

柔性直流；噪聲；Soundplan；仿真

隨著高壓直流工程的不斷建設(shè)和運行，換流站的噪聲對站周圍環(huán)境的影響越來越明顯。目前對柔性直流系統(tǒng)設(shè)計及變電裝置建模研究較多，對噪聲研究較少，且均為交流變電站［1－2］。文獻［3］提出普通變電站的噪聲來源來自本體的噪聲和輔助設(shè)備的噪聲。文獻［4］提出人耳非常敏感的中低頻噪聲是變電站內(nèi)主要噪聲。文獻［5］介紹了低頻噪聲給人耳帶來的傷害，如30～35 dB一般人能接受，35 dB以上人明顯感覺到心慌、煩躁等不舒服情況。文獻［6］提出噪聲治理方案，從電磁性噪聲處理、風(fēng)扇機械性噪聲處理、壁面吸聲隔聲屏治理等進行說明，但其未進行深入仿真分析。文獻［7］從隔聲、消聲、吸聲、隔振等方面對變電站噪聲進行治理，并應(yīng)用SoundPlan計算軟件進行仿真。文獻［8］介紹了一種典型城市110 kV市內(nèi)變電站的噪聲控制實例，但并未對戶外變電站噪聲控制進行說明。

本文研究的主要目的是控制噪聲污染，提出降低噪聲源水平的要求，為工程設(shè)計和采購合適的設(shè)備做好鋪墊。本文對換流站噪聲的治理和控制進行深入研究。大連柔性直流輸電工程的受端換流站地處大連市區(qū)中心，四周環(huán)境對換流站的噪聲污染提出了更高的要求。本工程換流站噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)按Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，換流站地面以上1.2 m的噪聲控制在45 dB以下，晝夜均執(zhí)行相同標(biāo)準(zhǔn)。

1 換流站的噪聲源

換流站的噪聲主要來源于戶外設(shè)備，主要噪聲源有換流變壓器、換流變壓器冷卻風(fēng)扇、220 kV和66 kV變壓器及冷卻風(fēng)扇、電抗器、空氣冷卻器及閉式蒸發(fā)塔等。

1.1 換流變壓器

在換流站中，換流變壓器是噪音最大的設(shè)備，鐵芯硅鋼片的磁致伸縮振動、繞組導(dǎo)線或繞組間電磁力和換流變壓器冷卻風(fēng)扇等均產(chǎn)生噪音。由于換流變壓器負荷電流含有更高的諧波電量，且換流變壓器會在和換流閥電橋相連的繞組里產(chǎn)生小的直流偏磁電流，因此相同額定功率的高壓直流輸電換流變壓器的聲功率級比交流變壓器要高出10 dB。

當(dāng)通電繞組導(dǎo)線處于雜散磁場時，變壓器繞組的電磁力產(chǎn)生繞組噪音，繞組電磁力與繞組電流的關(guān)系可用式（1）表示：

式中F——振動繞組力，N；

B——繞組磁場密度，T；

I——繞組電流，A。

振幅、振速與力成比例，聲功率與振速平方成正比，可得聲功率與負載電流的4次方成正比，見式（2）：

式中W——輻射聲功率，W；

υ——振動速度，m／s；

ω——角頻率，rad／s；

x——振幅，m。

1.2 電抗器

繞組和繞組磁場的電流相互作用會引起繞組振動，這是空芯電抗器產(chǎn)生噪音的主要原因。繞組電磁力與繞組電流的平方成比例，當(dāng)計算繞組電磁力時，其力頻譜和電頻譜是有區(qū)別的。如果電抗器同時加載了幾種不同頻率的電流，除了受電頻率振型影響外，還受附加振動頻率的影響。

設(shè)備表面的振動以空氣噪音向周圍幅射，音頻的聲功率級可由式（3）計算：

式中W——聲功率級，W；

ρ0——空氣密度，kg／m3；

c——聲音在空氣中的傳播速度，m／s；

AW——聲音輻射面積，m2；

σ——輻射效率，%。

因為運行電流很難在實驗室測得，可以直接縮放試驗載荷結(jié)果，假設(shè)成線性變化，即可以由在電流I1下測量的聲功率級Lw1按比例推出電流I2下的聲功率級Lw2。

式中Lw1——負載電流I1下的聲功率級，dB；

Lw2——負載電流I2下的聲功率級，dB。

總聲功率級可以由各個負載電流下的聲功率級對數(shù)和求得。聲頻譜和電抗器負載電流頻譜有關(guān)，因此它跟電抗器應(yīng)用有很大關(guān)系。

式中LPT——總聲功率級，dB；

LPi——負載電流Ii下的聲功率級，dB。

2 噪聲源的聲功率級水平

在工程作為噪聲源設(shè)備的噪聲水平資料主要來源于電科院、設(shè)備制造廠的資料，以及高壓直流換流站的設(shè)備資料。計算用噪聲資料見表1。

表1 聲源的聲功率級水平

3 換流站建筑物和敏感點測量高度

3.1 受端換流站建筑物高度

受端換流站主建筑物高度為32.5 m，220 kV主控樓高度為22.2 m，備件庫高度為11.9 m。

3.2 換流站總平布置

受端換流站的平面布置如圖1所示。

圖1 換流站的平面布置

4 噪聲計算

4.1 計算軟件

文獻［9］提出國外在噪聲仿真計算上起步較早，應(yīng)用SoundPLAN，CadnaA等軟件進行噪聲仿真。本文對換流站噪聲預(yù)估算采用的計算軟件是SoundPLAN。該計算軟件存在一定計算誤差，在輸入數(shù)據(jù)正確時，將有±（1～3）dB（A）的計算誤差。在計算中未計及風(fēng)對噪聲的影響，因此在實際評價時需考慮這些誤差的存在。

4.2 聲源模型

在計算中對于電抗器設(shè)備采用點聲源模型；對于換流變壓器、換流變壓器冷卻風(fēng)扇、220 kV及66 kV變壓器、空氣冷卻器或閉式蒸發(fā)塔采用面聲源；在模型中考慮了換流變壓器全封閉材料的隔聲量及全封閉盒子中內(nèi)側(cè)的吸聲系數(shù)等。

4.3 換流站噪聲控制原則

本工程噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)按Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，即站界噪聲控制在45 dB以下（晝間與夜間相同）；本次計算應(yīng)按照總體規(guī)模所有設(shè)備進行計算，且應(yīng)保證站界達標(biāo)。

4.4 噪聲控制方案及結(jié)果分析

a.換流變采用水冷方案

換流站采用水冷方案，無降噪的情況下對噪聲預(yù)測如圖2所示，圖中10個測試點噪聲的計算結(jié)果如表2所示，可以看出，不采取降噪措施，控制邊界噪聲能夠達標(biāo)。

圖2 水冷方案無降噪措施噪聲預(yù)測圖

表2 換流變采用水冷方案無降噪措施的噪聲測試點噪聲值

b.換流變采用風(fēng)冷方案

換流站采用風(fēng)冷方案，無降噪的情況下對噪聲預(yù)測如圖3所示，圖中10個測試點噪聲的計算結(jié)果如表3所示，可以看出，不采取降噪措施，1—3測試點控制邊界噪聲已經(jīng)超標(biāo)。由于換流站地處市區(qū)中心，必須采取降噪措施。

表3 換流變采用風(fēng)冷方案無降噪措施的噪聲測試點噪聲值

5 降噪方案

換流站采取的降噪方案為在風(fēng)冷設(shè)備外側(cè)設(shè)置高為5 m的聲屏障，屏障在1～2 m之間為透明屏障。設(shè)置高聲屏障后，風(fēng)冷方案的測試點噪聲數(shù)值如表4所示。

表4 風(fēng)冷方式有降噪措施的噪聲測試點噪聲值

由表4可見，采取降噪措施后，能夠有效控制噪聲，減少電力建筑在中心市區(qū)對市民的干擾。

6 結(jié)束語

根據(jù)計算結(jié)果及優(yōu)化設(shè)計，換流站若采用風(fēng)冷設(shè)備，應(yīng)在周圍設(shè)置5 m高的聲屏障，屏障在1～2 m之間為透明屏障，能夠有效抑制噪聲，采取降噪措施后，基本達標(biāo)。按照變電站噪聲控制原則，首先應(yīng)結(jié)合環(huán)境條件確定控制標(biāo)準(zhǔn)，考慮噪聲源的控制，如低噪聲生產(chǎn)工藝、設(shè)備的選用等；其次是傳遞途徑中的聲衰減措施，如合理規(guī)劃布局隔聲、吸聲、消聲、減振等措施；最后是測試者的聽力保護，使強烈的噪音不能傳進耳內(nèi)。SoundPLAN程序?qū)υ胍舻念A(yù)測計算與具體工程的地理位置、平面布置、噪音源大小等有關(guān)，在具體工程設(shè)計時，應(yīng)盡可能使計算模型與實際情況相符合，使計算結(jié)果對工程具有指導(dǎo)意義。

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Noise Reducing Scheme Study on Dalian Voltage Source Converter Station From High Voltage Direct Current Transmission System

ZHU Hongbo，WANG Yong，LI Wei
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Convertor station of Dalian voltage source converter based on HVDC transmission system is located in central urban of Zhongshan district.Converter station noise should be controlled within standardⅠ.Noise source comes from outdoor devices. According to the general layout plan，a simulation using Soundplan is done to simulate and calculate noise levels of water cooling and air cooling.After implementing counter?noise measures，noise level is reduced to below 45 decibels.Although this engineering project is not actually realized，it is believed that the simulation results help to make sense in the future.

flexible direct current；noise；soundplan；simulation

TM721.1

A

1004－7913（2016）11－0019－03

朱洪波（1978），男，碩士，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃工作。

2016－08－20）