郑子墨 宋高宇 陈安杰
(1.福州大学，福建 福州 350108;2.国网福建省电力有限公司超高压分公司，福建 福州 350013;3.福建省送变电工程有限公司，福建 福州 363000)
本文基于换流站主要噪声来源分析、声学阻隔办法等研究，在对广东省两座±500kV换流站开展调研的基础上，提出换流站噪声治理建议。
换流站内噪声源设备与一般变电站对比区别不大，主要有换流变压器、平波电抗器、交直流滤波器组间隔的电容器与电抗器、变压器与阀的冷却风扇等。
换流变压器是换流站设备中最大的噪声源。工作中，当运行功率较大时，本体内部铁芯由于线圈产生磁通而引起的磁致伸缩，会发出较大的噪声。换流变压器噪音与厂家、型号等也有直接关系；
同时运行中由于本体的震动，某些机构例如变压器爬梯可能因此发出异响，产生噪音。
平波电抗器主要分为干式空芯电抗器与油浸式电抗器。油浸式电抗器产生噪音的原理与换流变压器基本相同，仅是噪声音量相对较小。干式空芯电抗器线圈主要由绝缘铝材质所构成，运行时由于电流流过所产生磁场的作用，线圈发生振动进而产生异响。
换流站中分别设计有交流、直流滤波器，一般设计布置地点为换流站围墙边或是角落。其中电抗器的噪声原因与上文基本一致，而电容器则是由于加上交流电压时，两端极板上产生电荷，并慢慢产生一定电场力，该力传导至电容器外壳，导致外壳震动，进而产生噪音。其余噪音主要由风扇的叶片转动生成气流等原因所引发[1]。
2.1 噪声控制基本方法
噪声在从产生到进入人的耳朵一般只经历三个部分：生成、传播与接收。
生成即噪声源产生噪音部分，对其音频特性进行研究发现，从声波产生处进行抑制是解决噪声问题的最有效方式，但换流站内设备大都处于运行状态，只能在站内设备更换或扩建中进行治理。
在噪声的传播途径中进行治理是目前比较有效的方式之一，可在传播途径沿途设立隔声屏障、安装吸音体等措施，主要作用是在传播途中对声波进行拦截，减弱声波的能量或是改变声波的传播方向等。
另一种方法在声波接收处进行治理，主要对象为人，措施为佩戴隔音耳罩等。显然此方法不太适用于现实中。
2.2 目前治理常用措施
①换流站进行扩建时优化设备的安装位置，利用换流站已有设备限制噪声的传播。
②使用一定数量隔声屏障的方法，但安装时应注意满足站内设备的散热等要求。
③有条件可加高部分围墙，在噪声传播路径上进一步对其限制[2]。
深圳±500kV宝安换流站投产于2007年，是黔电送粤的第二条直流大通道的落点站，输送容量为双极300万kW。
宝安换流站建设初期并未考虑降噪措施，换流变压器和滤波器场电气设备噪声源较大，投产后对站址周围居民的生活造成较大影响。由于受到周围居民的投诉，换流站开启噪声治理工作。宝安换流站噪声治理工程共分两期。一期工程为2011年投运，噪声治理目标为使换流站周围居民敏感点噪声排放达到《声环境质量标准》(GB3096—2008)I类标准，即昼间小于55dB(A)，夜间小于45dB(A)。二期工程为2017年投运，目的是使得换流站厂界噪声排放达到《声环境质量标准》(GB3096—2008)Ⅱ类标准，即昼间小于60dB(A)，夜间小于50dB(A)[3]。
3.1 一期工程治理情况
居民噪声敏感点主要是站区东南侧50m处、西南侧100m处以及西北侧围墙外养鸡场。一期噪声治理主要解决站边养鸡场噪声，使得养鸡场敏感点噪声排放降至I类标准。主要采取的措施有：①换流变两侧防火墙及阀厅侧墙体加装吸音体；
②换流变靠道路侧利用换流变轨道安装移动式钢构隔声屏障；
③东侧100m围墙及南侧185m围墙重建，搭建5m高框架围墙+5m高吸音板。换流变吸音板如图1所示。
在未进行噪声治理前，换流变的噪声源大小约为100dB(A)；
治理后，根据现场实测结果显示，换流变的降噪措施(两侧防火墙及阀厅侧墙体加装吸音体，安装移动式钢构隔声屏障)降噪效果约为20dB(A)，效果明显。
一期噪声治理下，站内声环境有良好的改善，东南侧及西南侧居民敏感点噪声排放达到《声环境质量标准》(GB3096—2008)I类标准，即昼间小于55dB(A)，夜间小于45dB(A)[3]。
3.2 二期工程治理情况
该站二期工程主要目的是使得换流站厂界噪声排放达到2类标准。主要采取的措施有：①更换北侧滤波器场地中双调谐交流滤波器组的电抗器、电容器设备，直接对设备厂家提出噪声排放要求；
②根据仿真结果调整各个方向围墙高度，相应增加隔声屏障。
二期治理措施直接从源头上限定了滤波器设备的噪声源大小，电抗器噪声从92dB(A)降至75dB(A)，电容器噪声从88dB(A)降至70dB(A)，且在该期整体措施下，换流站厂界噪声排放达到《声环境质量标准》(GB3096—2008)Ⅱ类标准，即昼间小于60dB(A)，夜间小于50dB(A)[3]。
广州±500kV肇庆换流站投产于2005年，是贵广I回直流输电工程的逆变电站，容量为3000MW，共12台换流变压器，总容量为2×6×282MVA。肇庆换流站建设初期并未考虑降噪措施，换流变压器和滤波器场电气设备噪声源较大，投产后对站址周围村民和学校的生活造成较大影响，受到周围居民的投诉甚至上访，因此南网超高压输电公司广州局先后对肇庆换流站进行了三期噪声综合治理。
肇庆换流站噪声治理工程共分三期。主要目的是为了解决周边居民敏感点的投诉问题，治理目标是使得换流站周围居民敏感点噪声排放达到《声环境质量标准》(GB3096—2008)I类标准，即昼间小于55dB(A)，夜间小于45dB(A)；
以及换流站厂界噪声排放达到《声环境质量标准》(GB3096—2008)Ⅱ类标准，即昼间小于60dB(A)，夜间小于50dB(A)。换流站外居民敏感点主要为东北侧约350m新星村及东侧约200m山根村居民。肇庆换流站居民敏感点卫星图如图2所示。
4.1 各期治理措施
4.1.1 一期治理措施
换流变防火墙侧及阀厅侧安装吸音体，道路侧安装可移动片式消声器，平抗安装通风消声器和防磁声屏障。供货单位为北京绿创声学工程股份有限公司，本期投资约720万元。换流变压器、道路以及平波电抗器装设的降噪设备如图3～图5所示。
图3 换流变防火墙侧及阀厅侧安装吸音体
图4 换流变道路侧安装可移动片式消声器
图5 平抗安装通风消声器和声屏障器
4.1.2 二、三期治理措施
二期治理中为第四大组交流滤波器场(靠近新星村)安装隔声屏障。供货单位为北京绿创声学工程股份有限公司，本期投资约260万元；
三期治理中在第二大组交流滤波器场(靠近山根村)安装隔声屏障。供货单位为北京绿创声学工程股份有限公司，本期投资约260万元。交流滤波场的隔声屏障如图6所示。
图6 交流滤波器场(靠近新星村)隔声屏障(16m高)
4.2 治理成效
治理前根据现场实测显示，各电气设备的噪声源大小为：
表1 各设备噪音监测情况
续表
治理措施实施后，根据在换流变外的实测结果显示，对换流变的降噪措施(防火墙侧及阀厅侧安装吸音体，道路侧安装可移动片式消声器)的降噪效果约20dB(A)。
换流变经过三期噪声治理，对敏感点的噪声排放基本达到I类标准，厂界的噪声排放基本达到Ⅱ类标准。
经过上述宝安、肇庆换流站噪声治理情况，更加证明了换流变采用BOX-IN降噪的必要性。
BOX-IN降噪为近些年针对变压器本体的一种新型降噪技术。其使用带有通风、散热等功能的隔音室把变压器本体进行封闭处理。通过仿真模型与实际测试都表明，变压器采用BOX-IN结构，相当于把换流变压器的声功率级进行大幅削减，这对减小噪声对站内及周边环境、居民的影响具有十分重要的意义。
BOX-IN降噪技术经历了三代发展：初代为固定式BOX-IN，其顶面和正面由声屏障板组成，侧面、背面则安装有防火墙， 底部由变压器油坑组成的一个封闭式隔音室，隔音效果十分不错，但变压器检修维护时需要拆除固定式BOX-IN，存在费时费力、维护检修不方便等缺点；
二代为拆卸式BOX-IN，与初代对比，将顶部、外墙等设施的材料及安装方式进行了一定改进，但仍然需要对一些屏障板等进行拆卸；
三代为移动式BOX-IN，是将本身一部分构架直接安装于变压器上，可随设备一同移动，且移动式BOX-IN顶部与变压器顶部间设计足够高度，方便变压器检修等工作。目前三代技术在我国换流站内均有使用[4]。
在噪声源治理方面，除了优化全站总平面布置，还可在招标阶段对厂家提出电气设备噪声排放水平上限；
在低频噪音方面，可采取措施使得居民敏感点噪声排放标准至I类标准。在传播途径隔断方面，可根据仿真情况加高各方向围墙，加装隔声屏障[5]。
5.1 噪声源治理
由于宝安换流站和肇庆换流站投运时间较早，在建设期对噪声污染问题未引起足够重视。后续治理经验表明，治理效率最高的方法为噪声源降噪。因此对噪声源治理建议如下：
①换流变采用BOX-IN降噪，不仅免去后期安装吸音体及移动式隔声屏障的工作，且效果更好。
②对滤波器场的电容器电抗器生产厂家指定设备的噪声排放水平，如宝安换流站噪声治理过程中对电抗器提出声功率级75dB(A)、电容器提出声功率级70dB(A)的要求[6]。
③通过仿真、试验合理布置滤波场内电容、电抗的布置，降低电容电抗整体辐射声功率。
5.2 传播途径隔断
针对敏感点对全站进行声学传播仿真，根据仿真结果对相关区域围墙加高及加装隔声屏障，阻断噪声向围墙外传播。也可以尝试对平波电抗器、阀冷却塔采用消声罩、隔声罩处理，在噪声的起始传播阶段阻断传播路径。
5.3 低频噪音治理
根据研究，对人体影响较大的低频噪音频段分布在20～200Hz。根据肇庆站噪声研究工作表明，换流变压器的噪声频率主要以100Hz、400Hz为主；
滤波场的噪声频率主要以500Hz、600Hz、700Hz为主。低频噪声的治理主要针对换流变压器。目前，低频噪音治理还未有针对性较强的处理措施，但换流变采用BOX-IN降噪可以有效减小低频噪音的影响。