换流站环境噪声预测及预测方法比较_廖俊彦

西南民族大学学报·自然科学版第34卷第5期Journal of Southwest University for Nationalities ⋅Natural Science Edition Oct.2008______________________________________________________________________________________________收稿日期：2008-01-16作者简介: 廖俊彦(1982-), 男, 福建福州人，合肥工业大学硕士研究生.文章编号: 1003-2843(2008)05-1015-06换流站环境噪声预测及预测方法比较廖俊彦, 李志远（1.合肥工业大学资源与环境工程学院, 安徽合肥 230009； 2.合肥工业大学机械与汽车工程学院, 安徽合肥 230009） 摘 要: 随着工业、交通事业的快速发展, 噪声问题已成为一项严重的环境问题. 在项目建设之前进行环境噪声的预测是十分重要且可行的. 本文将通过使用作者编写的噪声预测软件, 以贵广二回直流工程极2系统调试—宝安换流站噪声预测为例, 建立噪声传播模型, 分别用倍频带声压级与A 声级数据进行预测, 并将预测值与现场实测值以及丹麦B&K 噪声预测软件Predictor Type 7810的预测值进行对比, 以比较两种预测方法的预测精度以及与国外噪声预测软件之间的预测误差, 并在此基础上对预测原理进行适当的补充和修正. 结果表明, 两种预测方法的预测精度都是较高的, 且用倍频带方法预测的精度要高于用A 声级方法预测的精度.该预测作为“十一五”科技支撑计划“特高压输变电开发与示范”项目的子项目“±800kV 直流系统可听噪声计算软件的开发”的一部分, 对该项目的开展和实施具有较大的现实意义. 关键词：换流站；环境噪声；预测；倍频带；A 声级；比较 中图分类号：TB533 文献标识码: A1 前言直流输电是电力系统中近年来迅速发展的一项新技术, 主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的轻型直流输电等方面. 其具有线路造价低、线路有功损耗小、系统稳定、调节速度快, 运行可靠等优点. 换流站的作用即在直流输电后将直流电转换为交流电以供市电使用. 其对周围环境的影响主要有电磁辐射和噪声影响, 无论是新建变电站还是已运行的变电站, 只要其周围有居民区, 对噪声的问题就特别敏感, 其影响已引起了社会的广泛关注. 如果能在换流站的筹建初期准确地预测变电站的环境噪声, 并将它作为选择换流变压器、滤波电容器、平波电抗器等电气设备的重要条件, 那么当其建成并投入运行后将大大减轻环保方面的压力.本文将通过使用作者编写的噪声预测软件, 以贵广二回直流工程极2系统调试（宝安换流站）中的换流变压器噪声为例, 建立噪声传播模型, 采用不同的方法进行环境噪声预测, 并对其预测的精确性进行比较.2 噪声预测软件的预测原理固定声源预测作为一种基本的预测模式, 广泛应用于工业场所等领域；而单个室外点声源又作为其中极为重要的一个组成部分, 在环境噪声影响评价等领域中的应用最为广泛. 本文将通过实例重点介绍该部分的原理及使用.在单个室外点声源预测模式中, 噪声由声源传播至接收点的过程中, 共经历5个衰减, 分别为：几何发散衰减、大气吸收衰减、声屏障衰减、地面效应衰减以及其他衰减, 用公式表达即为： L (r ) = L (r0) - △L A ,.A div atm gr bar misc L A A A A A ∆=++++ 式中：L (r ) ------预测点的声压级； L (r0) ------参考点的声压级； A div ------几何发散引起的衰减A atm ------大气吸收引起的衰减；西南民族大学学报·自然科学版 A gr ------地面效应引起的衰减；A bar ------声屏障引起的衰减；A misc ------其它多方面引起的衰减；现根据实际的项目, 简要介绍预测所用到的衰减公式. 2.1几何发散衰减从参考点传播至预测点的几何发散衰减的公式为：20lg(),div r A r =式中： r---由声源到接收点的距离, m ； r 0---参考点距声源的距离, m. 2.2 大气吸收衰减从参考点传播到预测点的大气吸收衰减为： 1000/ar A atm =,式中：a ---大气吸收衰减系数, dB/km.该部分所使用的数据来自GB/T17247.1-2000《声学 户外声传播衰减 第1部分：大气声吸收的计算》. a 与声波的频率、空气的温度、湿度有关. 对A 声级进行预测时, 在频率的选取上选择对A 声级影响最大的倍频带来计算, 一般可选中心频率为500Hz 或1000Hz. 2.3 声屏障衰减声屏障衰减可分为实体薄屏障和双绕射屏障, 分别如下图所示：图1 实体薄屏障图2 双绕射屏障在实体薄屏障中, 首先计算从三个绕射途径的声程差δ1, δ2,δ3, 图例中的δ= SO+OR-SR, 再计算菲涅耳数N 1,N 2,N 3, 菲涅耳数按如下公式计算:N =δ/λ然后按下式计算A bar ：12311110lg 320320320tbar A N N N ⎡⎤=−++⎢⎥+++⎣⎦双绕射模式的菲涅耳数N 由下式计算：2()ss sr i d e d d N λ++−=2.4 地面效应衰减声波越过疏松地面时, 或大部分为疏松地面的混合地面, 在预测点仅计算A 声级的前提下, 地面效应衰减为：A gr =4.8-(2h m /r)[17+(300/r)],式中： h m ----传播路径的平均离地高度 m, h m =面积F/r. 2.5 反射体修正点声源预测点处在反射体同侧附近时, 到达预测点的声级是直达声和反射声迭加的结果, 从而使预测点声O 1 O 3 O 2第5期 级增高, （增高量用ΔL r 表示）. 满足下列条件：a ：反射体表面平整光滑, 坚硬的；b ：反射体尺寸远远大于所有声波波长λ；c ：入射角θ＜85　, r r -rd >>λ反射引起的增加量ΔL r 与r r /r d 有关, 可按表1计算：表1 反射体修正值图3 反射体修正示意图3 噪声预测软件的功能本文采用的噪声预测软件依据国家最新《声环境影响评价技术导则》编写, 计算原理源于我国公布的GB/T17247.2-1998《声学户外传播的衰减第2部分：一般计算方法》, 该原理等效于国际标准化组织规定的ISO9613-2：1996《户外声传播的衰减的计算方法》. 软件可以同时对多个声源进行复合计算, 预测结果可以用A 计权声级表示, 也可以用倍频带声压级表示. 该软件共分为五大模块, 分别为：固定声源预测、公路交通噪声预测、铁路及城市轨道交通噪声预测、机场预测和基础计算.图4 程序主界面示意图4 换流站实例计算由于本次预测作为“十一五”科技支撑计划“特高压输变电开发与示范”项目的子项目“±800kV 直流系统可听噪声计算软件的开发”的前期验证和准备, 我们选取了与其较类似的贵广二回直流工程极2系统调试—r r /r d ΔL r (dB)≈1 3 ≈1.4 2 ≈2 1 ≈2.5西南民族大学学报·自然科学版 宝安换流站（±500kV ）作为预测模型, 将预测的结果与实测值进行比较.换流站的主要噪声源为换流变压器、滤波电容器、电抗器等. 在本次预测中, 我们选取的的噪声源为三台Y/Y 换流变压器和三台Y/△换流变压器, 其实际外观见图4、图5. 在预测时将这六台变压器视为点声源, 编号为①—⑥. 距离变压器一定距离处设置若干预测点, 共设6个预测点, 编号为A —F. 并现场实测了这六个声源和六个预测点的1/3倍频带声压级和A 声级. 声源与预测点的相对位置如图6所示.图9 预测模型示意图国内外的环境噪声预测软件主要是以声源的A 声级为数据源, 选取某一频率作为代表频率进行预测. 在本次预测中, 除了用声源的A 声级预测外, 还将采用声源的倍频带声压级进行预测, 并将最终结果叠加为A 声级, 以比较这两种方法的预测精度.在该声传播模型中, 涉及到几何发散衰减、大气吸收衰减、声屏障衰减及地面反射引起的修正. 以预测点A 为例, 声波从声源①、②、③发出到达A 点的过程中经历了几何发散衰减和大气吸收衰减；而声源④、⑤、第5期 ⑥发出的声波到达A 点的过程中除了几何发散和大气吸收衰减外, 还有位于变压器之间的声屏障的阻挡衰减.同时, 对各个声源, 在满足一定条件下, 还应考虑地面反射引起的修正. 表2列出了在6个预测点的实测A 声级、预测A 声级及之间的误差.用A 声级和倍频带声压级预测的结果分别见表2及表3, B&K Predictor Type 7810的预测结果见表4.表2 A 声级预测值及误差 (单位：dBA) 表3 倍频带声压级预测值及误差 (单位：dBA)表4 Predictor Type 7810预测值及误差 (单位：dBA)图10 各方法预测结果对比5 结论从表2和表3的对比中可以看出, 采用声源的倍频带声压级进行预测要比采用A 声级预测的精度高. 原因在于, 日常生活与生产中设备发出的噪声大多数均为宽频噪声, 各个频带上的声功率级不尽相同. 而在进行环境噪声预测时, 大气吸收及声屏障等的衰减均是频率的函数, 故采用对各个频带分别预测后再叠加为A 声级的方法要比采用只选取一个代表频率对A 声级进行预测的方法更精确, 更能体现声波传播过程中的特点. 同时, 从表2和表3中可以看出, 在两种预测方法下C 点和F 点的误差较其他点都相对较大, 原因在于换流站内各设备位置较近, C 点和F 点距离换流变压器相对较远, 实测值受到其他声源的影响, 故实测值要大于真实值, 从而造成这两点预测误差的增大.由丹麦B&K 噪声预测软件Predictor Type 7810的预测结果可知, 该软件的预测精度也是较高的, 通过与预测点实测值预测值误差A 81.3 79.6 -1.7B 77.4 76.7 -0.7C 77.5 74.4 -3.1D 79.1 79.7 +0.6E 77.7 77.2 -0.5F 78.6 75.6 -3.0预测点 实测值 预测值误差A 81.3 79.5 -1.8B 77.4 76.4 -1.0C 77.5 73.5 -4.0D 79.1 79.6 +0.5E 77.7 76.9 -0.8F 78.6 75.0 -3.6 预测点 实测值 预测值 误差A 81.3 80.3 -1.0B 77.4 78.7 +1.3C 77.5 77.6 +0.1D 79.1 80.7 +1.6E 77.7 80.9 +3.2F 78.6 79.9 +1.3西南民族大学学报·自然科学版其的横向对比证明本次预测的模型的建立是相对比较准确的, 计算结果与国外主流噪声预测软件的精度也是比较接近的.换流站内主要声源为换流变压器、平波电抗器、滤波电容器等, 当设备的距离较接近时, 会使声场发生叠加, 造成预测难度的增大. 因此, 更需要掌握详细的设备噪声频谱特性, 以提高预测的精度. 换流站中声场主要为中低频噪声, 在没有详细的设备频谱特性时, 应特别注意500Hz成分的传播.通过对实际项目的实测与预测, 我们对换流站中设备的发声特性有了较深刻的了解, 在一些参数的选择及声传播模型的细化修正上积累了经验, 为今后更大规模、更复杂的电力工业场所环境噪声预测提供了帮助.参考文献:[1] 洪宗辉, 潘仲麟.环境噪声控制工程[M]. 北京：高等教育出版社, 2002: 87-107.[2] 国家环境保护总局环境工程评估中心.环境影响评价技术导则与标准[M].北京: 中国环境科学出版社, 2006: 93-105.[3] 过春燕, 卢向明.德国Cadna/A环境噪声模拟软件在公路交通噪声预测中的应用[J].商丘职业技术学院学报, 2002,1(3): 12-16.[4] 李秀鸿, 张振维, 占美, 等.城市道路噪声预测方法的修正[J]. 环境保护科学, 1999,25(3): 42-48.[5] 夏为民.用QBasic编程实现环评中场界噪声预测自动计算[J]. 江苏环境科技, 2000,13(4): 14-15.[6] 汪筝.噪声计算软件在变电站设计中的尝试[J].上海电力, 2005,2(2): 161-162.[7] 马进, 陈文燕.环境噪声预测极其图形交互环境下的软件实现[J].电力环境保护, 2005,21(1): 46-49.[8] PAOPRAYOON S. 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School of Machinery and Automobile Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, P.R.C.)Abstract: With the fast development of urban industry and traffic, noise has become a serious environmental problem. The prediction of environmental noise is very important and practicable. This paper uses the noise predicting software written by the authors, takes the BaoAn converter station for example, and establishes proper sound broadcast model to predict the environmental noise by means of octave sound pressure level and A-weighted sound pressure level. The results will be compared with the results which are practically measured and results predicted by the B&K Predictor Type 7810 software, in order to verify the deviation between the two methods and the predicting deviation compared with the overseas noise predicting software. On this base, we could precisely make sure the enter parameters. The results show that the precision of the two predicting methods is relatively high, and the results predicted by octave sound pressure level is more precise than by A-weighted sound pressure level. As part of the hearable noise predicting soft campaign in ±800kV DC system which is subordinate to UHV power transmission and transformation campaign and demonstration project supported by Outline of the Eleventh Five-Year Plan, it is of great significance to the implementationof the project.Key words: converter station；environmental noise；prediction；octave；A-weighted sound pressure level；contrast。