典型高壓直流換流站噪聲治理研究

＊王首魁 房小健 王輝 劉強(qiáng)

（1.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司 廣東 510700 2.中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司 湖北 430071）

1.概述

(1)噪聲控制技術(shù)在高壓輸電領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用

由于我國的能源資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展地區(qū)的地理分布極不均衡，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)西南水電東送和西北、華北火電南送，采用高壓直流輸電已是我國輸電建設(shè)的一大趨勢(shì)，伴隨著的環(huán)境噪聲問題也更加突出[1]。

針對(duì)相應(yīng)的環(huán)境噪聲問題，我國分別從設(shè)備噪聲本體、傳播途徑以及接收端的控制方法進(jìn)行了相應(yīng)的研究，取得了一些成果和經(jīng)驗(yàn)。華新?lián)Q流站由于周圍居民較多，其換流變降噪首次采用了ABB公司設(shè)計(jì)的封閉隔聲箱式（BOX-IN）結(jié)構(gòu)，之前我國已建成的高壓直流換流站，多采用聲屏障降噪措施[2]。高嶺背靠背換流站則首次采用了由國內(nèi)單位負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的換流變可拆卸式BOX-IN降噪方案。之后，又有技術(shù)人員改進(jìn)設(shè)計(jì)出了移動(dòng)式BOX-IN，縮短了其拆卸和安裝所需時(shí)間，降低了維修的難度，并在奉賢換流站、兩渡工程等的噪聲治理中被采用[3]。

以上的治理措施多是從控制傳播途徑上加以治理，只能被動(dòng)地對(duì)噪聲加以治理，往往存在治理經(jīng)費(fèi)高、效果不明顯的缺點(diǎn)，因此近些年來南方電網(wǎng)開始對(duì)設(shè)備本體的噪聲也開展了相應(yīng)的研究，如對(duì)電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)改進(jìn)，通過在內(nèi)部加消聲器對(duì)電容器的噪聲進(jìn)行控制，取得了相應(yīng)的成果，目前工作正在進(jìn)一步深化[8-10]。

本研究選取典型高壓直流換流站（寶安換流站）作為研究對(duì)象，開展全廠噪聲治理理論和工程研究，減少高壓直流換流站的噪聲問題。

(2)工程概況

±500kV寶安換流站位于廣東省深圳市光明新區(qū)白花社區(qū)，是一座典型的直流輸電系統(tǒng)受端換流站，站內(nèi)裝設(shè)換流變壓器12臺(tái)，備用2臺(tái)；裝設(shè)500kV變壓器4臺(tái)，500kV出線、220kV出線及相關(guān)的交流配電裝置。根據(jù)環(huán)評(píng)批復(fù)，站外環(huán)境敏感目標(biāo)噪聲應(yīng)滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）2類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，廠界噪聲執(zhí)行《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348-2008）中的2類標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目投產(chǎn)階段，居民敏感點(diǎn)主要位于站址南側(cè)；至后續(xù)項(xiàng)目擴(kuò)建時(shí)，在站址東側(cè)、北側(cè)、西側(cè)均產(chǎn)生了新增的敏感點(diǎn)。

2.換流站噪聲現(xiàn)狀

(1)噪聲治理現(xiàn)狀

寶安換流站建成后，為改善換流站周邊噪聲條件，建設(shè)單位對(duì)換流站已進(jìn)行了第一期噪聲治理，主要措施有：在換流變壓器防火墻前增設(shè)可拆裝的隔聲屏，防火墻及主控樓墻壁增加吸音材料；部分南側(cè)圍墻頂部設(shè)置隔聲屏障。

在項(xiàng)目建成投運(yùn)后，周邊村民陸續(xù)在換流站東側(cè)、北側(cè)、西側(cè)建立起了零星分布的養(yǎng)雞場(chǎng)、看護(hù)棚等敏感點(diǎn)，隨著新版《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)條例》及事中事后監(jiān)管越來越嚴(yán)格，則必須對(duì)寶安換流站第一期噪聲治理時(shí)未予考慮的東側(cè)、北側(cè)、西側(cè)廠界噪聲治理納入整治范圍，進(jìn)行第二期治理，確保廠界、敏感點(diǎn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)滿足國家限制要求。

(2)噪聲治理措施研究

①換流站主要聲源分析

寶安換流站主要聲源有交流濾波器組中的電抗器和電容器、換流變壓器、交流變壓器、空調(diào)冷卻機(jī)組、冷卻塔等，為后續(xù)精準(zhǔn)建模提供依據(jù)，工作人員對(duì)寶安換流站內(nèi)的主要聲源及廠界敏感點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試。測(cè)試目的包括：

A.通過對(duì)主要聲源設(shè)備的噪聲頻譜及振動(dòng)頻譜的同時(shí)測(cè)量，分析各部件振動(dòng)級(jí)與聲壓級(jí)的相關(guān)性情況，查明主要聲源設(shè)備的重點(diǎn)發(fā)聲部件（部位），為制定合理的聲學(xué)處理措施提供技術(shù)依據(jù)。B.摸清換流站主要聲源對(duì)廠界及敏感點(diǎn)的噪聲貢獻(xiàn)大小，為不同方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析提供計(jì)算依據(jù)。C.為最終噪聲治理方案的選取及規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù)。

該研究的訪談對(duì)象為兩所學(xué)校所調(diào)查班級(jí)的任課老師和每個(gè)班好、中、待轉(zhuǎn)的3名學(xué)生，以及其中一所中學(xué)的英語教研組長。筆者設(shè)計(jì)了老師學(xué)生各6個(gè)開放性問題。

表1 寶安換流站主要聲源特性

圖1 寶安換流站主要聲源噪聲與振動(dòng)特性

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，A型雙調(diào)諧濾波器電抗器主要發(fā)聲部位為外殼，其主要頻率為600Hz、700Hz和1200Hz；電容器C1輻射噪聲帶有明顯指向性，主要發(fā)生部位為接線端面，其主要頻率為500Hz。C型并聯(lián)電容器電抗器主要發(fā)聲部位為外殼，其主要頻率為2100Hz；電容器C1輻射噪聲帶有明顯指向性，主要發(fā)生部位為接線端面，其主要頻率為500Hz。A型雙調(diào)諧濾波器對(duì)廠界點(diǎn)及敏感點(diǎn)的噪聲貢獻(xiàn)大于C型并聯(lián)電容器，兩者差距在10dB(A)以上。主變壓器噪聲譜線峰值出現(xiàn)在100Hz、200Hz、300Hz，100Hz的高次諧頻，能量主要分布在100～600Hz；換流變壓器噪聲譜線峰值出現(xiàn)在100Hz、400Hz，其中400Hz的噪聲最為明顯。

根據(jù)測(cè)量結(jié)果表明，寶安換流站南側(cè)廠界及外居民敏感點(diǎn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，所以將換流站東、西、北側(cè)部分廠界及廠界外居民敏感點(diǎn)作為第二期噪聲治理的重點(diǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)地測(cè)量，換流站周邊個(gè)別敏感點(diǎn)也存在一定額噪聲排放，與換流站的聲存在相反的指向性，如，北側(cè)敏感點(diǎn)2為一處養(yǎng)雞場(chǎng)，經(jīng)反復(fù)測(cè)試，得出了正常工況下敏感點(diǎn)2處的聲強(qiáng)測(cè)試結(jié)果，其中紅色表示聲強(qiáng)方向?yàn)檎緝?nèi)指向敏感點(diǎn)，黑色表示聲強(qiáng)方向?yàn)槊舾悬c(diǎn)指向站內(nèi)（見圖2）。

圖2 敏感點(diǎn)2聲強(qiáng)測(cè)量結(jié)果

由上圖可知，影響敏感點(diǎn)的噪聲全部來自換流站，其中第一峰值頻率1250Hz和第二峰值頻率為630Hz全部來自于A型雙調(diào)諧濾波器電抗器；第三峰值頻率500Hz則主要來自于A型雙調(diào)諧濾波器電容器，因此需重點(diǎn)對(duì)這兩種聲源進(jìn)行降噪處理。

3.噪聲治理方案

(1)預(yù)測(cè)模型建立

為驗(yàn)證預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性，本研究采用Canda/A、SoundPLAN兩種噪聲預(yù)測(cè)軟件對(duì)寶安站第二期治理前、治理后兩種情況下的噪聲影響情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并將預(yù)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，預(yù)測(cè)模型見圖3。

圖3 500kV寶安換流站第二期噪聲治理三維預(yù)測(cè)模型

(2)治理方案

經(jīng)對(duì)聲源的分析以及換流站現(xiàn)有場(chǎng)地的布置，考慮到日后檢修和設(shè)備通風(fēng)散熱的需要，結(jié)合聲源降噪方案，提出以下綜合降噪方案：

方案1：更換6組濾波器組的L1、L2電抗器，聲功率級(jí)小于85dB(A)；對(duì)6組濾波器組的C1電容器設(shè)置底部阻尼隔聲套筒（聲功率級(jí)小于76dB(A)）。濾波器場(chǎng)地附近圍墻處新建最高15m聲屏障，其余部分局部圍墻處新建最高7m圍墻聲屏障。大門更換為實(shí)心不銹鋼鐵門，高3m。

方案2：更換6組濾波器組的L1、L2電抗器，聲功率級(jí)小于85dB(A)；濾波器場(chǎng)地附近圍墻處新建最高18m聲屏障，其余部分局部圍墻處新建最高9m圍墻聲屏障。大門更換為實(shí)心不銹鋼鐵門，高3m。

方案3：更換6組濾波器組的L1、L2電抗器，聲功率級(jí)小于85dB(A)；更換6組濾波器組的C1電容器為低噪聲電容器(單元聲功率級(jí)小于70dB(A))；濾波器場(chǎng)地附近圍墻處新建最高13m聲屏障，其余部分局部圍墻處新建最高7m圍墻聲屏障。大門更換為實(shí)心不銹鋼鐵門，高3m。

經(jīng)綜合比選，推薦采用方案3作為工程實(shí)施方案，該方案可保證換流站所有廠界和周邊敏感點(diǎn)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全面滿足國家限值要求，一勞永逸解決寶安換流站噪聲擾民問題。該方案屏障高度相對(duì)較低，屏障距離交流濾波器場(chǎng)遠(yuǎn)，方便日后電氣設(shè)備更換檢修，不會(huì)造成電氣設(shè)備運(yùn)行隱患。

采用SoundPLAN噪聲預(yù)測(cè)軟件對(duì)上述各方案的降噪效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，推薦的降噪方案預(yù)測(cè)見圖4。

圖4 推薦降噪方案實(shí)施前后預(yù)測(cè)網(wǎng)格圖

4.結(jié)論

寶安換流站噪聲治理項(xiàng)目通過多種降噪方案的噪聲模擬，保證其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良，能夠有效降低換流站整體噪聲水平，確保換流站廠界與居民敏感點(diǎn)全面滿足國家限值標(biāo)準(zhǔn)，化解噪聲擾民問題。該項(xiàng)目對(duì)聲源降噪措施的探索，以及聲源降噪與聲屏障相結(jié)合的噪聲治理思路對(duì)同類項(xiàng)目起到借鑒作用。

根據(jù)以上現(xiàn)狀測(cè)試和噪聲影響預(yù)測(cè)結(jié)果，采用可研推薦方案可以達(dá)到招標(biāo)文件中噪聲控制目標(biāo)的要求。站區(qū)廠界滿足《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348-2008）中2類標(biāo)準(zhǔn)、廠界周邊居民區(qū)滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）中2類聲環(huán)境功能區(qū)噪聲限值要求。