特高压换流站降噪围墙结构设计优化

常 伟,王俊生,李志刚,李厚君,王 蕊,黄 英,张玉明

(1.中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710075；2.中国电建集团装备研究院有限公司，上海 200233)

1 引言

随着特高压直流工程的不断建设，换流站运行时，换流变压器、交流滤波器、直流滤波器等设备产生噪声对周边环境的影响越来越凸显[1]。目前，国内已建和在建的换流站工程均需要根据环评批复意见，站界外区域声环境执行现行国家标准《声环境质量标准》（GB3096-2008）相应标准（1类、2类或3类），站界噪声按现行国家标准《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）相应标准（1类、2类或3类）控制考虑[2-3]。设计以此为依据进行噪声计算。

从最早一批特高压换流站工程建设开始，国内学者针对特高压换流站内主要噪声污染源产生的机理和声学特性[4-9]、可听噪声频谱特性及所需防护措施[10-14]、电容器噪声传递机理及控制措施[15-17]、柔性直流换流站工程的降噪措施[18]等方面开展了一系列研究，噪声分析及治理研究的相关成果已经成功地应用到工程设计中。为了满足换流站噪声控制要求，工程设计中一般均采用加装BOX-IN和设置降噪围墙等措施[19-23]，加装BOX-IN可有效降低换流变压器噪声[24]，设置全封闭型BOX-IN与加高围墙并设置隔音屏障[25]是换流站噪声治理最有效的方案。目前对换流站降噪方案及措施的研究文献较多，但关于噪声治理后采用降噪围墙的具体结构型式、不同结构型式的降噪效果及对工程造价的影响研究较少，因此有必要通过技术经济对比分析，提出满足噪声控制要求、结构安全、造价合理的降噪围墙结构型式。

以国内某±800 kV换流站工程为例，采用SoundPlan软件对站内噪声进行预测，根据噪声计算结果，站址一些区域的围墙需要加高至5～8 m不等。此部分围墙需要按照降噪围墙考虑。对实体围墙采用框架填充、半预制、全预制三种不同结构型式从工程造价、装配角度进行对比分析，得出最佳的组合方案，为后续特高压换流站工程降噪围墙结构设计提供指导。

2 噪声计算

2.1 主要噪声源及预测方法

该±800 kV换流站主要设备噪声源有：换流变压器、换流变散热器、平波电抗器、交流滤波器场电抗器和电容器、直流滤波器场电抗器和电容器、交流区高压并联电抗器等。根据现行行业标准《换流站噪声控制设计规程》（DL/T5526-2017）及以往工程经验，换流站内主要设备的声功率取值见表1。

表1 换流站设备噪声源参数(计算取值)Tab.1 Noise source parameters of converter station equipment(calculated value)

本工程采用噪声预测软件SoundPlan对换流站噪声进行预测。在预测换流站噪声的过程中，通过软件模拟换流站站内噪声源对站界影响并考虑了站址及周边实际地形。在预测换流站噪声后,根据噪声控制标准，进行降噪措施分析，并提出所需采取的噪声控制措施。

2.2 噪声控制标准

根据该±800 kV换流站工程环境影响评价批复意见，本期及远期厂界及周边区域噪声水平执行现行国家标准《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）和《声环境质量标准》（GB3096-2008）中规定的“3类”标准要求，即昼间 ≤65dB(A)、夜间 ≤55dB(A)。

关于噪声测点位置，执行现行国家标准《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）中第5.3.2条：“一般情况下，测点选在工业企业厂界外1 m、高度1.2 m以上。”及第5.3.3.1条：“当厂界有围墙且周围有受影响的噪声敏感建筑物时，测点应选在厂界外1 m、高于围墙0.5 m以上的位置。”该±800 kV换流站站区周围不存在噪声敏感建筑物，噪声测点选在站区围墙外1 m、高度1.2 m以上。

2.3 换流站区域环境

换流站站址区域地形整体平缓，换流站内主要噪声源平面布置如图1所示。

图1 换流站主要噪声源平面布置图Fig.1 Layout of main noise sources of converter station

2.4 不采取降噪措施噪声预测

首先对该±800 kV换流站没有采取任何噪声控制措施时进行了预测（站界测点为：站区围墙外1.0 m，离地1.2 m高处），全站围墙高2.5 m，预测计算的噪声区域图如图2所示。

图2 不采取降噪措施的噪声预测结果Fig.2 Prediction results of noise without noise reduction measures

从图2可以看出，不采取辅助降噪措施时，换流站各侧围墙外均存在噪声超标情况如下：

（1）站界

南侧围墙站界噪声大部分超过65 db（A），超过了所要求的55 db（A）的限值标准，站区西北侧及东北侧区域噪声也都超过了60 db（A）。750 kV交流滤波器场西侧围墙站界噪声基本在65 db（A）左右。

（2）站内

最严重的换流变压器区域的噪声超过了80 dB(A)，对在换流变内巡视人员有影响。因此，必须采取辅助措施降低换流站噪声影响。

2.5 降噪方案及降噪后噪声预测

换流站内的主要噪声源是换流变压器及风扇、高压并联电抗器、干式平波电抗器、交流滤波器场里的电容器和电抗器等，因此，噪声防治也主要针对上述设备采取降噪措施，达到噪声防治的效果。

（1）换流变压器加装隔声罩。根据工程经验，对换流变压器采用全封闭Box-IN隔声罩降噪措施。

（2）将站区西北侧及东北侧750 kV高压并联电抗器部分围墙增高至8 m。将站区750 kV交流滤波器场南侧围墙和西侧围墙增高至5.3 m。其余部分围墙高度为2.5 m。围墙加高布置如图3所示。

图3 围墙加高示意图Fig.3 Schematic diagram of raising the wall

采用隔声罩和加高围墙方案后的站界周围监测点噪声值见表2。

表2 采用隔声罩和加高围墙方案后站界周围监测点噪声值（dB(A)）Tab.2 Noise values of monitoring points around the station boundary after adopting sound insulation cover and raising wall scheme（dB(A)）

从图4及表2可以看出，采取降噪措施后，该±800 kV换流站噪声排放达到现行国家标准《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）3类标准。

图4 采用隔声罩和加高围墙方案后的噪声预测结果Fig.4 Noise prediction results after adopting sound insulation hood and high wall scheme

2.6 降噪围墙结构选型

2.6.1 结构选型

降噪围墙一般采用上部隔音屏障+下部实体墙的组合方案。上部隔音屏障可选用轻型钢结构。下部实体墙结构一般有以下三种结构型式：

采取上述（1）、（2）两项降噪措施后，站区噪声计算如图4所示。

① 钢筋混凝土框架填充墙。钢筋混凝土框架柱，混凝土柱之间采用砌体填充，简称“框架填充”。

② 钢筋混凝土框架填充墙。钢筋混凝土框架柱，混凝土柱之间采用预制板填充，简称“半预制”。

③ 预制装配式墙体。预制混凝土柱（梁）、预制装配式板墙，简称“全预制”。

采用上述3种实体墙结构型式，混凝土柱与隔音屏障钢结构立柱均采用预埋件或预埋地脚螺栓连接。上述3种实体墙结构型式在工程中均有应用。

2.6.2 组合方案

调研国内已建和在建的特高压换流站工程，降噪围墙高度一般在4～10 m之间。

以国内某±800 kV换流站工程为例，根据噪声计算，站区南侧和站区西侧750 kV交流滤波器场附近围墙增高至5.3 m，750 kV高压电抗器区所在围墙高度需要加高至8 m。

降噪围墙采用下部实体围墙+上部隔音屏障的组合方式，具体的组合方案需根据当地的设计风速、施工方案、工程造价、降噪效果等因素综合确定。

8 m高降噪围墙可以采用“5+3”、“6+2”、“7+1”3种不同组合方式。即：

①5 m高实体围墙+3 m隔音屏障；

②6 m高实体围墙+2 m隔音屏障；

③7 m高实体围墙+1 m隔音屏障。

5.3m高降噪围墙因其高度不是很高，可以采用4.3 m高实体围墙 +1 m隔音屏障组合方式。不再对其他进行其他组合。

笔者拟对8 m高降噪围墙所采用不同高度实体围墙与隔音屏障的组合方案后的降噪效果及工程造价进行对比研究。

2.6.3 不同组合方案降噪效果

隔音屏障的安装高度也会影响隔声量，隔声屏障的隔声损失取决于声程差，而屏障高度不同时，声程差也会变化。笔者采用Soundplan噪声计算软件，选取站区东北侧750 kV高压并联电抗器围墙外4个测点，如图5所示。

图5 站区东北侧围墙取测点位置示意图Fig.5 Schematic diagram of measuring points on the northeast wall of the station area

对8m高降噪围墙采用“5+3”、“6+2”、“7+1”三种组合方案分别进行降噪计算，研究实体围墙与隔音屏障不同组合方案时的降噪效果。噪声计算结果见表3。

表3 不同组合方案噪声预测值（dB(A)）Tab.3 Noise prediction values of different combination schemes（dB(A)）

根据表3可知：随着隔声屏障的高度的增加，隔声衰减量基本保持不变，测点处隔声衰减量并不随隔音屏障的高度的增加而线性增加。

可见当降噪围墙总体高度达到一定高度时，隔声衰减量随着隔音屏障的高度增大而微小变化，隔音屏障的高度对测点处隔声效果影响较小，隔声屏障的作用主要体现在吸声方面，即减少声音通过隔声屏障反射回站内的部分。因此在降噪围墙设计中应首先考虑降噪围墙总体高度满足计算要求，然后根据计算所确定的总体高度确定出所需的合适、性价比最优的实体围墙和隔音屏障组合方案。

3 降噪围墙技术经济比选

以5.3 m和8 m这两种高度的降噪围墙为研究对象，对上部隔音屏障及下部实体墙分别取不同的高度，采用不同的结构型式及组合方式进行研究，并进行技术经济对比分析。

3.1 技术方案比较

①5.3 m高降噪围墙

该±800 kV换流站交流滤波器场西侧及南侧降噪围墙需加高至5.3 m，总长度714 m。

5.3 m降噪围墙一般可采用“4.3+1”组合方式，即4.3 m实体围墙与1 m隔音屏障组合方式。

②8 m高降噪围墙

该±800 kV换流站交流场西北角、东北角降噪围墙需加高至8 m，总长度440 m。可以采用“5+3”、“6+2”、“7+1”三种组合方式。即：

(1)5 m高实体围墙+3 m隔音屏障，简称：“5+3组合降噪围墙”。

(2)6 m高实体围墙+2 m隔音屏障，简称：“6+2组合降噪围墙”。

(3)7 m高实体围墙+1 m隔音屏障，简称：“7+1组合降噪围墙”。

不同高度的实体围墙可采用钢筋混凝土框架填充、半预制及全预制装配式结构等三种方案。即：

方案1（框架填充）：钢筋混凝土框架梁、柱，砌体填充墙，顶部隔音屏障。

方案2（半预制）：钢筋混凝土框架梁、柱，预制板填充墙，顶部设置隔音屏障。

方案3（全预制）：预制装配式梁、柱，预制板填充墙，顶部设置隔音屏障。

5.3 m和8 m高降噪围墙采用不同组合方式的方案1～方案3工程量见表4。

表4 降噪围墙工程量Tab.4 Noise reduction fence engineering quantity

3.2 经济性分析

在降噪围墙（实体围墙+隔音屏障）总体高度确定的前提条件下，降噪围墙上部主体结构工程造价主要包括实体围墙费用和隔音屏障两部分费用。实体围墙的结构型式不同、以及实体围墙与隔音屏障的高度取值不同，降噪围墙的总体费用也会有所差异。因此，以8 m高降噪围墙为例，在工程设计中，应结合实体围墙和隔音屏障取不同高度的组合方式，对不同组合方式进行技术经济对比分析，在结构安全可靠的前提条件下，选用工程造价较低的结构型式。

在计算工程造价费用时，框架柱（梁）、钢筋、埋件等套用电力建设工程预算定额，其余定额中无法取费的项目采用询价方式，针对该工程所在地区，对三家不同地域的供货方进行询价，求得平均值后的单价如下：预制板550元/m2、隔音屏障1200元/m2、4.3 m高全预制围墙3200元/m、5.0 m高全预制围墙7 000元/m、6.0 m高全预制围墙7 400元/m、7.0 m高全预制围墙8 000元/m。全预制围墙每米单价包含预制柱（梁）、预制板、预埋件等材料费及人工费。

5.3 m高降噪围墙采用了4.3 m实体围墙与1 m高隔音屏障的组合方式，并对采用框架填充、半预制、全预制三种不同结构型式分别计列工程费用。详见表5。

8 m高降噪围墙采用了“5+3”、“6+2”、“7+1”三种不同的实体围墙与隔音屏障的组合方式，每种组合方式又对采用框架填充、半预制、全预制三种不同结构型式分别计列工程费用，详见表5。由表5得知：

（1）高度分别为5.3 m和8 m的降噪围墙，采用框架填充墙方案（方案1）、半预制方案（方案2）、全预制方案（方案3）的降噪围墙总体费用在逐步增大，框架填充方案是工程造价最优的结构选型。

（2）8 m高降噪围墙，无论采用框架填充墙方案、半预制方案，还是全预制方案，随着实体围墙高度逐步变大，隔音屏障高度逐步降低，降噪围墙总体费用在逐步降低。工程设计中，要合理选取隔音屏障高度。

（3）框架填充方案（方案1）与半预制方案（方案2）的差别仅仅是填充材料的不同。两种不同方案的工程造价差异主要取决于不同填充材料的单价费用。砌体填充墙工程造价低，施工周期长，墙体易裂缝。预制板墙组件简单，施工方便，墙体不易裂缝，但造价较高（同样高度及长度的围墙，预制板的费用超出砌体填充墙约40%以上）。

（4）半预制方案（方案2）与全预制方案（方案3）的差别主要是框架柱是现浇还是预制。但工程造价费用计列方法完全不同。半预制方案（方案2）费用由框架柱、预制板、预埋件及隔音屏障等组成，而全预制方案的实体围墙费用按照米来计列，每米单价中包含预制柱（梁）、预制板、预埋件、隔音屏障等。

三种方案降噪围墙每米单价见表6。

表6 三种方案降噪围墙单价Tab.6 Unit price of noise reduction wall for the three schemes

4 结论

依托国内某±800 kV换流站，经降噪计算后确定降噪围墙高度，对降噪围墙的组合方式及结构型式进行研究。通过计算得出不同组合方式下降噪围墙采用不同结构型式的工程造价费用，并进行技术经济对比分析，提出降噪围墙最优的实体围墙与隔音屏障的组合方式及结构选型，主要结论如下：

（1）围墙总高度一定的情况下，实体围墙与隔音屏障采用不同的组合方案后的降噪效果基本相当。

（2）框架填充墙（砌体）是工程造价最优的降噪围墙结构方案，工程设计中应优先选用。

（3）降噪围墙采用半预制方案的工程费用多于框架填充墙方案，但较全预制方案费用低。从推动装配式角度出发，降噪围墙应首选现浇框架梁柱+预制板墙的半预制方案。

（4）实际工程设计中，降噪围墙的工程造价会因地域条件、交通运输、建设工序、人工取费等条件不同有所差异。隔音屏障的高度不同影响降噪围墙整体工程造价，应合理选取隔音屏障高度。

研究结论可为后续特高压换流站降噪围墙结构设计提供技术支持和参考。