探索特高压变电站和换流站噪声控制措施

摘要：噪声是特高压工程变电站和换流站设计建设的重要控制条件之一，随着特高压电网的迅速发展，探讨变电站和换流站的噪声控制措施对保护环境、节约投资等具有重大意义。

关键词：特高压变电站；换流站；噪声控制措施

我国已经建成投运数条特高压交、直流工程，对特高压交、直流工程中变电站和换流站的设计和建设而言，由于其电压等级高、技术难度大、受影响公众范围广，其噪声控制情况也更受关注。随着纳入电网规划的多个特高压变电站、换流站建设高峰的到来，探讨其噪声控制措施对于满足环保标准、节约土地资源、减少拆迁影响、降低工程投资、保障电网安全运行都具有重要意义。

一、特高压变电站和换流站主要声源

1.1 特高压变电站主要声源

特高压变电站的主要声源为变压器、电抗器和带电构架，既有电磁噪声，也有空气动力性噪声和机械性噪声[1]。

变压器的噪声是由变压器本体（铁心、绕组、磁屏蔽、油箱等）及冷却装置的振动所引起的。变压器本体振动的主要来源有：硅钢片的磁致伸缩所引起的铁心周期性振动；硅钢片接缝处和叠片之间因漏磁而产生的电磁吸引力所引起的铁心振动；绕组中负载电流产生的绕组匝间电动力所引起的振动；漏磁所引起的油箱壁振动等[2]。其中，磁致伸缩和绕组匝间电动力所引起的振动是最主要的来源。变压器本体振动通过铁心垫脚和绝缘油两条路径传递给油箱壁，使油箱壁产生振动，进而产生本体噪声，并以声波的形式均匀地向四周发射。冷却装置自身产生振动与噪声，并通过接头等装置将振动传递到油箱壁。根据工程建设经验，1000kV变压器声功率级约为95～106dB（A）。

高压并联铁心式电抗器的分段铁心之间存在着磁吸引力，这些磁吸引力会引起额外的振动和噪声，此外，冷却风扇转动也会产生噪声。1000kV系统用高压并联电抗器声功率级约为90～102dB（A）。带电构架的噪声主要来自变电导线金具的电晕噪声。

变压器和电抗器以低频噪声为主，辅助冷却装置噪声则以高频噪声为主，带电构架的噪声频谱基本与主变压器、电抗器频谱一致。

1.2 特高压换流站主要声源

特高压换流站的声源主要有换流变压器，平波电抗器，交直流滤波器等[3]。

换流变压器噪声特性与变压器类似，但由于存在直流偏磁，其噪声比常规交流变压器大。以往铁心硅钢片磁致伸缩振动被认为是噪声的主要来源，随着铁心硅钢片设计技术的提高，磁致伸缩振动的噪声大为减少，线圈导线或线圈间电磁力产生的噪声成为主要噪声，线圈噪声的声功率级随着变压器负载的增加而增加。换流变压器噪声以中低频为主，根据工程建设经验，其声功率级约为118dB（A）。

平波电抗器的噪声主要由于直流电流和谐波电流相互作用引起线圈振动产生，其声功率级约为91dB（A）。交直流滤波器组产生的噪声除了其中的电抗器噪声之外，还包括由于电场力作用产生振动而形成的电容器噪声。其产生机理是，当电容器加上交流电压时，电容器内部电极间将有静电力产生，使电容器内部元件产生振动，元件的振动传给外壳，使箱壁振动，形成噪声，再由外壳向外传播。其声功率级约为79dB（A）。

二、噪声控制原则

在合理选址的基础上，特高压变电站、换流站的噪声控制措施应主要从规划、声源、传播途径、接受者等几方面确定相应原则。

①针对噪声污染这一特定概念的定义，从规划层面将噪声污染限定在有限范围内，可以有效防治噪声污染。②从声源特性上看特高压站的噪声控制，在声源处抑制噪声，是最根本、最有效、最直接的措施，包括降低激发力，减小系统各环节对激发力的响应以及改良制造工艺等。③在声传播途径中控制噪声，包括隔声、吸声、消声、隔振等措施，主要对声波的传播途径上进行一些阻断、改变声波的传播方向或减弱声波的传播的强度。④受体保护原则，对处于噪声污染区域的敏感建筑进行环保拆迁以及对相关接受者采取保护措施。

三、噪声控制措施

3.1 规划控制

《中华人民共和国环境噪声污染防治法》第二条明确环境噪声污染是指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象；第五条要求地方各级人民政府在制定城乡建设规划时，应合理安排功能区和建设布局，防止或减轻环境噪声污染。为加强噪声污染防治工作，改善城市和乡村的声环境质量，环保部制定了《关于加强环境噪声污染防治工作改善城乡声环境质量的指导意见》（环发[2010]144号）。其中第三条明确要强化噪声排放源监督管理，并指出要严格声环境准入，各地在编制城乡建设、区域开发、交通发展和其他专项规划时，在规划环境影响评价文件之中纳入声环境影响评价章节。一般认为，规划环评的噪声污染防治对策和建议可在“闹静分隔”和“以人为本”的原则指导下，从区域土地使用功能调整、交通运输线路布局调整、设置合理的噪声防护距离、建设隔声屏障、声环境敏感建筑物的隔声要求等方面提出相应的对策和建议。

《环境影响评价技术导则 声环境》（HJ2.4-2009）10.3.1条明确工业噪声防治措施要进行经济、技术可行性论证；在符合《城乡规划法》中规定的可对城乡规划进行修改的前提下，提出厂界与敏感建筑物之间的规划调整建议。

《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）4.1.4条明确：工业企业若位于未划分声环境功能区的区域，当厂界外有噪声敏感建筑物时，由当地县级以上人民政府参照《声环境质量标准》（GB3096-2008）和《城市区域环境噪声适用区划分技术规范》（GB/T 15190-94）（现已更新为《声环境功能区划分技术规范》（GB/T 15190-2014））的规定确定厂界外区域的声环境质量要求，并执行相应的厂界环境噪声排放限值。

根据以上法规标准，规划控制也是噪声污染防治的重要措施之一。在变电站和换流站内厂界噪声达标、周边敏感目标声环境达标要求的情况下，设置合理范围的噪声控制区且在控制区内不再新建噪声敏感建筑，可以很好地满足当前及未来该区域声环境质量标准，符合噪声控制的根本目的和环评技术导则要求。

3.2 源强控制

在源强控制方面，主要是通过对特高压设备在设计、制造工艺上进行优化实现。

对于特高压变压器，降低铁心磁密，采用磁致伸缩率小的高导磁材料；铁心采用多级接缝，减少硅钢片在加工、生产过程中的机械撞击，保证所用硅钢片中晶粒的最优取向；合理调整窗口尺寸，避开铁心的自振频带；在铁心端面涂张力约束涂料，铁心级间增加橡胶垫；合理分布绕组的安匝，将漏磁面积减到最小；铁心拉板采用低磁钢板，以降低拉板内部的漏磁通量；油箱内尽量不使用磁屏蔽，尽量选用低噪声的潜油泵和低转速风扇的冷却器。

对于电抗器，目前适宜采取的措施主要有合理控制铁心的工作磁密；选择合理的铁心结构，避免固有频率接近铁心的自振频率；使用弹性压紧装置，保证铁心饼有足够的压紧力，增加整体的刚性；提高各部件的刚度和强度；在铁心和油箱中增设隔振、减振装置。

对于滤波器组中的的电容器，增加串联电容器元件的数目可减小电容器罐里的电介质应力和振动力；改进机械阻尼，压紧堆栈式电容器元件，可以此来提高电容器单元外壳的刚度；此外，还可以增加电容器壳体的隔声量，并在安装电容器的支架上增加减震胶垫，采用双塔结构以降低声源高度。

对于带电构架，应优化站内导线及金具，控制电晕噪声。根据已取得的成果和经验，变电导线金具的电晕噪声已不再是变电站噪声控制的限制因素。

3.3 传播过程控制

选址阶段应尽量避开村庄、乡镇、学校、居民点等噪声敏感点。同时充分利用地形因素降低噪声影响，如地坡、山丘、堤岸等，充分利用以替代部分声屏障。此外，低洼地势会存在声影区，噪声级较低。

总平面优化布置也是噪声控制的主要手段。利用站内自身设施和建筑物进行合理的布置，可以很好地降低噪声的传播。如复龙换流站高、低端阀厅采用了面对面布置，按此布置换流站东侧居民点较多方向的噪声可下降1～3dB，从总平面布置角度为噪声控制创造了良好的条件。交流滤波器采用“田”字型布置，降噪效果较好，在换流站围墙及围墙外20m范围的测点上可降低2～7dB，但对于80m以远处的降噪效果与以往相差不大，约0.2～2dB。

在设备周围以及站区部分围墙上装设声屏障或者利用阀厅墙体、防火墙等作为隔声屏障，可有效阻挡噪声传播。晋东南变电站对高抗装设自承重结构形式隔声罩之后，平均降噪量为21.8dB（A）。向家坝—上海工程换流站的平波电抗器采用高效一体化降噪装置，利用栅式声障、局部迷宫以及盘式消声原理，能够将特定频率的噪声降低约16dB（A），使其达到并优于技术规范要求。

采用全封闭型隔声装置（BOX-IN）可以取得更明显的降噪效果。复龙换流站换流变压器采用BOX-IN措施，与采取隔声屏障方案比较，近场降低了8dB（A），中场降低了约20dB（A）左右，远场降低了15dB（A）左右，降噪效果极为显著。并且采用了新型设计，一部分为固定设施，安装在防火墙上；另一部分安装在换流变压器本体上，随换流变压器同进出，既满足了换流变压器隔声降噪的要求，又满足了运行检修及快速更换的需要。

3.4 受体保护

对于变电站、换流站站外敏感建筑，环保拆迁或加装隔声设施也是噪声控制的措施之一。为降低对控制楼内运行人员的干扰，可对站内建筑物的降噪设计以有效控制噪声。由于站内户外的噪声依然很大，对于户外巡检人员，可通过佩戴降噪耳塞来降低进入人耳内的噪声而实现受体保护。

结语

特高压变电站、换流站的噪声控制应考虑规划控制、源强控制、传播过程控制、受体保护等措施。由于目前的水平限制，从设备设计、制造和安装上降低噪声已经极其困难，除了传统措施与方法外，应在充分重视规划控制的基础上，根据环境敏感情况确定经济、合理、可行的综合噪声控制方案，实现良好的环境效益和经济效益。