遼寧地區(qū)部分220 kV變電站噪聲污染研究分析

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(1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

目前，環(huán)境噪聲已成為社會普遍關(guān)注的焦點問題，環(huán)境噪聲影響的糾紛也越來越多。隨著城市發(fā)展，供電的負荷密度越來越大，變電站的可供電半徑越來越小，遼寧部分變電站處于人口稠密區(qū)，變電站內(nèi)各種電氣設(shè)備運行時產(chǎn)生的噪聲不可避免地會對附近的居民及環(huán)境產(chǎn)生影響,變電站噪聲擾民及投訴事件也急劇增多[1]。噪聲不僅危害人的聽覺系統(tǒng)，使人耳聾疲憊，而且還會加速機械結(jié)構(gòu)的老化，影響設(shè)備、儀表等的精度和使用壽命[2]。為了使變電站的噪聲水平下降到居民能夠承受的范圍，世界各國都在進行研究，以日本為例，Kumamoto大學經(jīng)試驗研究出一種振動抑制法[3]，采用某種控制來減少變壓器高壓側(cè)電壓對鐵芯的影響，從而抑制鐵芯的振動，以達到減低變壓器噪聲的目的。1947年H.F.奧爾森首次提出有源降噪[4]，它是利用電子線路和擴聲設(shè)備產(chǎn)生與噪聲的相位相反的聲音來抵消原有的噪聲而達到降噪目的的一種技術(shù)。從國內(nèi)外文獻查看結(jié)果可以看出：當前，國內(nèi)外對輸變電工程噪聲特性及影響的研究正不斷深入，輸電線路可聽噪聲、高壓變電站噪聲以及特高壓換流站噪聲的研究已取得階段性成果，但是輸變電設(shè)施噪聲的研究往往偏重于對單個噪聲源進行降噪。從電網(wǎng)環(huán)境噪聲影響防治工作的角度，國內(nèi)外關(guān)于變電站整體對周圍聲環(huán)境的影響以及噪聲污染治理措施研究較少,目前尚無關(guān)于遼寧電網(wǎng)噪聲污染全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及變電站噪聲特性的系統(tǒng)分析的相關(guān)文獻。

本文以220 kV變電站實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對遼寧地區(qū)61座典型變電站站界噪聲排放現(xiàn)狀以及分布規(guī)律進行分析研究，從中找出噪聲污染分布特性，為變電站噪聲污染防護措施的制定、輸變電工程的合理設(shè)計及綜合治理變電站噪聲污染提供相關(guān)科學參考。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

根據(jù)變電站的電壓等級和變電站所在地聲環(huán)境功能區(qū)兩個方面來選擇變電站，其中變電站所在地聲環(huán)境功能區(qū)是依照《中華人民共和國國家標準城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》(GB3096-2008)來確定。本文選取了遼寧地區(qū)的61個具有代表性的變電站作為研究對象，變電站電壓等級為220 kV，變電站所在區(qū)域涵蓋了中心區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)等，220 kV變電站噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)覆蓋率為29%。

1.2 檢測方法及布點

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》(GB12348-2008)和《高壓交流變電站可聽噪聲測量方法》(DL/T1327-2014)要求，聲環(huán)境監(jiān)測應(yīng)在無雨雪、無雷電天氣，風速應(yīng)低于5 m/s的情況下進行，測試噪聲時傳聲器應(yīng)加防風罩，雨、雪、雷電天氣或風速超過5 m/s應(yīng)暫停測試。測試原則如下：

(1)監(jiān)測點位應(yīng)在站界四周均勻布點，每側(cè)不應(yīng)少于2個測點，相鄰兩點噪聲測量差值應(yīng)不大于3 dB(A)，若大于3 dB(A)應(yīng)加密布點；

(2)測點應(yīng)選在站界外1 m，高度1.2 m以上、距任一反射面距離不小于1 m的位置，當站界有圍墻且周圍有受影響的噪聲敏感建筑物時，測點應(yīng)選在站界外1 m、高于圍墻0.5 m以上的位置；

(3)各點測量次數(shù)不小于3次、每次測量時間間隔不大于5 min。監(jiān)測該點的晝間和夜間1 min等效連續(xù)A聲級dB(A)作為噪聲的評價依據(jù)。

布點根據(jù)中華人民共和國國家標準《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3096-2008)和《電力變壓器一第10部分：聲級測定》(GB/T 1094.10-2003)規(guī)范確定。本次監(jiān)測的220 kV變電站數(shù)量眾多，每個站點在站界四周布設(shè)10個聲環(huán)境測試點位。每個監(jiān)測點位選擇在站界外1 m，高度1.2 m以上、距任一反射面距離不小于1 m的位置。

1.3 測試儀器

主要的測試儀器如表1。

表1主要測試儀器及功能列表

序號儀器名稱設(shè)備型號設(shè)備編號功能1溫濕度計310011203642測量環(huán)境溫濕度2空盒氣壓表DYM32824測量環(huán)境大氣壓力3數(shù)字風速表Testo43541866測量環(huán)境風速4噪聲分析儀NL-42031071測量環(huán)境噪聲及頻譜分析

2 檢測依據(jù)和評價標準

2.1 檢測依據(jù)

變電站噪聲測試檢測依據(jù)見表2。

表2檢測和評定依據(jù)

檢測內(nèi)容檢測依據(jù)結(jié)果評定依據(jù)站界噪聲GB 12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準DL/T 1327-2014高壓交流變電站客廳噪聲測量方法GB 12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準

2.2 評價標準

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3096-2008)中各類標準適用區(qū)域的說明，本文涉及到的變電站所在地涵蓋了中心區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)等。具體數(shù)值見表3。

表3工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放限值/dB(A)

序號聲環(huán)境功能區(qū)類別晝間夜間00504011554522605033655544a70554b7060

3 結(jié)果與分析

測試期間，大氣壓100.1～100.3 kPa，環(huán)境溫度為18～25℃，相對濕度為42%～53%，風速為0.8～2.3 m/s，滿足噪聲測試要求[5]，待測變電站正常運行。

3.1 變電站噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與分析

遼寧省在運210座220 kV變電站，開展變電站站界噪聲監(jiān)測61座，220 kV變電站噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)覆蓋率為29%，根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》和《高壓交流變電站可聽噪聲測量方法》要求，對220 kV變電站站界開展了晝間和夜間1 min等效連續(xù)A聲級測量。為了更加清晰的體現(xiàn)220 kV變電站個體站界噪聲水平以及所測61座220 kV變電站總體站界噪聲水平，對所監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，如圖1。

圖1 晝間220 kV變電站噪聲水平分布情況

本文在220 kV變電站站界共采集1 220個數(shù)據(jù)，其中晝間數(shù)據(jù)610個，夜間數(shù)據(jù)610個。從圖1可以看出，晝間220 kV變電站站界噪聲監(jiān)測數(shù)值主要分布在55 dB(A)以下，占總測點的98.9%。分布測點最多的是[0，45]dB(A)區(qū)間，占總測點數(shù)的44.7%。經(jīng)現(xiàn)場實地觀測，晝間站界噪聲最大值為68.6 dB(A)，所在變電站臨近市內(nèi)繁華路段，人車混雜，背景值偏高，所以導(dǎo)致個別臨路測點受周圍噪聲影響較大，噪聲監(jiān)測結(jié)果明顯偏高。晝間站界噪聲最小值為31.8 dB(A)，所在變電站距公路較遠，人煙稀少，受周圍噪聲影響較小。通過220 kV變電站噪聲水平分布情況一定程度上能夠代表220 kV變電站站界晝間的噪聲水平。

圖2 夜間220 kV變電站噪聲水平分布情況

從圖2可以看出，夜間220 kV變電站站界噪聲監(jiān)測數(shù)值主要分布在35～45 dB(A)之間，占總測點的83.8%。分布測點最多的是[40，45]dB(A)區(qū)間，占總測點數(shù)的56.5%。經(jīng)現(xiàn)場實地觀測，夜間站界噪聲最大值為53.9 dB(A)，由于其臨近公路且處于市區(qū)中心區(qū)域臨近繁華商業(yè)圈，導(dǎo)致臨路測點受周圍噪聲影響較大，噪聲監(jiān)測結(jié)果明顯偏高。晝間站界噪聲最小值為27.8 dB(A)，所在變電站距公路較遠，人煙稀少，受周圍噪聲影響較小。通過220 kV變電站噪聲水平分布情況一定程度上能夠代表220 kV變電站站界夜間的噪聲水平。

變電站站界噪聲排放執(zhí)行GB12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準》。站界噪聲排放標準與變電站所處的聲環(huán)境功能區(qū)域有關(guān)，詳見表3。 為了滿足供電需求，220 kV變電站分布較為廣泛，雖然大部分建設(shè)在鄉(xiāng)村區(qū)域、城郊區(qū)域，但是仍然不能完全避免城市中心地帶，還有部分站點建設(shè)在城鄉(xiāng)主干道旁邊，所以220 kV變電站所處的聲環(huán)境功能區(qū)比較多，大部分是屬于1類區(qū)和2類區(qū)，也有部分站點位于4a類區(qū)域。從圖3可以看出61座變電站有41座變電站站界噪聲滿足1類聲環(huán)境功能區(qū)的標準，17座變電站站界噪聲滿足2類聲環(huán)境功能區(qū)標準，2座變電站站界噪聲滿足3類聲環(huán)境功能區(qū)標準，1座變電站站界噪聲滿足4類聲環(huán)境功能區(qū)標準。

圖3 220 kV變電站聲環(huán)境功能區(qū)分布情況

一般情況，220 kV變電站站界外的聲環(huán)境功能區(qū)多為1類和2類，經(jīng)過查詢環(huán)評批復(fù)文件，所測61座220 kV變電站站界噪聲水平基本滿足國家相關(guān)標準。個別臨路測點受周圍噪聲影響較大，噪聲監(jiān)測結(jié)果明顯偏高，但是其處于4a類聲環(huán)境功能區(qū)，所以不存在超出國家聲環(huán)境標準的情況。

3.2 典型變電站噪聲污染分布特性研究

通過本文所涉及的220 kV變電站的監(jiān)測結(jié)果來看，除少數(shù)位于市內(nèi)且站區(qū)較小(不能有效利用距離衰減噪聲)站點對周圍人們生活有影響外，大部分站界噪聲對人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鬏^小。然而，變電站可聽噪聲對站內(nèi)運行人員帶來的職業(yè)衛(wèi)生問題卻不容忽視[6]。城市變電站在運行時會產(chǎn)生噪聲，它們大部分不屬于高分貝的強噪聲，但絕大多數(shù)情況下這種低頻噪聲也會對人體產(chǎn)生慢性損傷[7]。

3.2.1 研究對象

本節(jié)選取的典型220 kV變電站為離市區(qū)較近的站點，同時，為了降低外界噪聲對本研究結(jié)果的干擾，考慮選取距離主要交通干道以及噪聲大的企業(yè)較遠的站點進行研究。

所選220 kV戶外變電站為雙母線帶旁路接線方式，分別與其他電廠和變電站系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)。變電站位于市郊，占地面積較大，聲波經(jīng)過長距離的幾何發(fā)散，可衰減約10～20 dB(A)；其次隨著距離的增加，變電站圍墻、主控樓等建筑物遮擋及草地吸收，可衰減約18～25 dB(A)。變電站簡化示意圖見圖4。

圖4 220 kV變電站示意圖

3.2.2 檢測方法與原則

監(jiān)測方法及原則綜合參考中華人民共和國電力行業(yè)標準DL/T 1327-2014《高壓交流變電站可聽噪聲測量方法》、DL/T 1050-2007《電力環(huán)境保護技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》、DL/T 799.3-2010《電力行業(yè)勞動環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范第3部分：生產(chǎn)性噪聲監(jiān)測》和現(xiàn)場實際情況進行監(jiān)測。

設(shè)備區(qū)監(jiān)測原則如下：

(1)應(yīng)滿足設(shè)備及人身安全的要求。

(2)變電站主要噪聲源產(chǎn)生的噪聲，在距設(shè)備1 m的間距進行測量，為了了解噪聲特性，需作頻譜分析，常用倍頻程頻譜分析，測量中心頻率包括63 Hz、125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz、8 000 Hz時的聲級。必要時，可在變電站設(shè)備區(qū)選點進行1/3倍頻程聲頻譜分析測量。

(3)測量儀器應(yīng)在大于設(shè)備水平距離1 m、距地面高度應(yīng)大于1.2 m、距任一反射面應(yīng)不小于1 m的位置。

(4)應(yīng)選在操作者作業(yè)處或巡檢路線上有代表性的地點。

3.2.3 測試儀器

測試儀器及功能見表1。

3.2.4 測量布點

該變電站噪聲監(jiān)測布點嚴格按照3.2.2的要求以及分布特性研究需求進行布點。由于220 kV變電站電壓等級較低，且其主要噪聲貢獻源為站內(nèi)主變壓器。所以本節(jié)主要討論220 kV變電站變壓器的噪聲監(jiān)測結(jié)果，布點位置見圖4，圓形標志為變壓器噪聲倍頻帶測量點位。該變電站右側(cè)為板油馬路，為研究不同地表材質(zhì)其噪聲隨著距離的變化規(guī)律提供了有利條件，向右箭頭(垂直于圍墻向外0～5 m區(qū)域)標志為變壓器噪聲衰減規(guī)律測量點位。

3.2.5 結(jié)果與分析

測試期間，環(huán)境溫度為17.8℃，濕度為46.5%，風速為1.17 m/s，大氣壓為99.7 kPa，自然環(huán)境適合噪聲監(jiān)測。由于變電站內(nèi)帶電導(dǎo)體縱橫交錯，帶電設(shè)備和接地架構(gòu)多種多樣，變電站內(nèi)的噪聲無法準確反映單臺設(shè)備噪聲水平，只能體現(xiàn)該設(shè)備所處區(qū)域的噪聲水平。

3.2.5.1 220 kV變電站主要設(shè)備頻譜特性

通過統(tǒng)計分析可以看出，典型220 kV變電站主要噪聲源是其變壓器。該變電站有2臺主變，分別對每臺主變的A相、B相、C相進行倍頻程噪聲頻譜測量，其頻譜分布圖分別見圖5和圖6。

圖5 220 kV變電站1#主變噪聲頻譜分布

圖6 220 kV變電站2#主變噪聲頻譜分布

從圖5和圖6可以看出，典型220 kV變電站中主變壓器的噪聲在中心頻率為250 Hz、500 Hz、1 000 Hz的倍頻帶噪聲值均較大，呈現(xiàn)典型的中低頻噪聲特性。所測的6個測點在中心頻率250 Hz、500 Hz處均出現(xiàn)聲壓級最大值，66.7%的測點聲壓級最大值出現(xiàn)在中心頻率500 Hz處，33.3%的測點聲壓級最大值出現(xiàn)在中心頻率250 Hz處，均處于低頻區(qū)域。變壓器的主要噪聲來源于其運行時的電磁噪聲和機械噪聲。其中電磁噪聲主要是由磁致伸縮引起的鐵芯振動，使鐵芯隨著勵磁電流頻率的變化而周期性的產(chǎn)生振動引起的，其主要貢獻頻帶為基頻及其整數(shù)倍頻。機械噪聲主要由冷卻風扇噪聲引起的，冷卻風扇以500～4 000 Hz中高頻空氣動力噪聲為主。從本次的頻譜分析可以看出，典型220 kV變電站的變壓器噪聲是本體噪聲以及冷卻風扇的噪聲綜合作用的結(jié)果。有研究表明，傳統(tǒng)的消聲降噪技術(shù)可有效降低冷卻風扇噪聲，但對變壓器本體噪聲的降噪效果欠佳[8]。同時，因為低頻噪聲衰減慢，穿透性強的特點，使得變電站內(nèi)各種設(shè)備噪聲以及電暈噪聲疊加傳播至站界后，大多也以低頻噪聲的形式出現(xiàn)[9]。

3.2.5.2 220 kV變電站變壓器噪聲衰減規(guī)律

該變電站右側(cè)墻外是板油馬路，如圖4所示，分別測試#1主變壓器方向向西、東0～5 m區(qū)域。不同地表材質(zhì)其噪聲隨著距離變化的測試結(jié)果如圖7。

圖7 220 kV變電站周圍噪聲分布情況

采用聲功率級預(yù)測公式對變壓器主變噪聲衰減測試結(jié)果進行分析

La=LW-b×lg(r)-8

式中La——距離噪聲源b處的升壓級/dB；

b——距離衰減系數(shù)；

r——距離噪聲源的直線距離/m。

分別用測試數(shù)據(jù)計算衰減系數(shù)，測試結(jié)果如表4所示。

表4衰變系數(shù)測試結(jié)果

距離/m011.522.533.544.55草坪 噪聲值/dB73.865.761.659.156.754.853.552.351.150.2衰變系數(shù)--23.922.322.923.122.622.422.522.3板油路噪聲值/dB73.86662.359.958.156.454.353.852.951.6衰變系數(shù)--19.919.619.319.720.219.919.720.3

通過計算結(jié)果可以看出同一地表形式衰變系數(shù)比較穩(wěn)定，說明測試數(shù)據(jù)與理論擬合度較高。經(jīng)計算在此氣候條件、工況下草地衰變系數(shù)平均值為22.7，板油路衰變系數(shù)為19.8。植被對噪聲的衰減效果較自然衰減效果好，在草坪影響下變壓器5 m外噪聲會降低1.4 dB左右。

4 結(jié)論與建議

(1)對遼寧省內(nèi)61座220 kV等級變電站進行站界噪聲監(jiān)測，對比環(huán)評批復(fù)文件對站界噪聲的要求，本項目所監(jiān)測的220 kV變電站站界噪聲值基本滿足國家相關(guān)標準。

(2)利用噪聲分析儀對典型220 kV變電站內(nèi)主變壓器的噪聲倍頻帶分析，結(jié)果顯示典型220 kV變電站中主變壓器的噪聲在中心頻率為250 Hz、500 Hz、1 000 Hz的倍頻帶噪聲值均較大，呈現(xiàn)典型的中低頻噪聲特性，變電站內(nèi)工作人員需做好重點防護來降低噪聲的影響。

(3)通過對該典型220 kV變電站不同地表材質(zhì)噪聲衰減規(guī)律的研究表明：植被對噪聲的衰減效果較自然衰減效果好。所以對于噪聲污染治理可以考慮設(shè)計植被隔離帶，能有效加快噪聲的衰減。