Cadna/A在江苏500kV变电站噪声环境预测的价值体现

前言
　　江苏电网是华东电网的重要组成部分之一，东联上海、南邻浙江、西接安徽，现有10条500kV省际联络线分别与上海、浙江、安徽相联，3条500kV线路与山西阳城电厂相联，通过1回±500kV龙政直流、1回±800kV锦苏直流与华中电网相联。至2013年底，江苏电网拥有500kV变电站、开关站（含东明站，不含政平换流站）41座，变压器93台（组），主变压器总容量80750MVA（不含换流变容量）。
　　随着江苏经济的不断发展，变电站建设呈现出变电站远景规模越来越大，但占地面积却变得越来越小；变电站选址越来越接近居民区等特征。变电站运行噪声的影响也逐渐得到重视。文章采用Cadna/A软件对江苏省内普遍采用的某典型500kV变电站进行了噪声影响预测，就厂界达标提出了相应的噪声防治措施。并应用《环境影响评价技术导则-声环境》（HJ2.4-2009）中推荐的公式进行了验算。结果表明，Cadna/A软件可较为精确并快速的计算500kV变电站运行后的噪声影响。
　　1 研究对象与方法
　　1.1 研究方法
　　预测采用Cadna/A噪声预测软件进行预测。Cadna/A软件为德国datakustia公司开发的一款噪声预测软件。Cadna/A系统是一套基于ISO9613标准方法、利用WINDOWS作为操作平台的噪声模拟和控制软件，广泛适用于多种噪声源的预测、评价、工程设计和研究，以及城市噪声规划等工作。Cadna/A具有较强的计算模拟功能：可以同时预测各类噪声源（点声源、线声源、任意形状的面声源）的复合影响，对声源和预测点的数量没有限制，噪声源的辐射声压级和计算结果既可以用A计权值表示，也可以不同频段的声压值表示，任意形状的建筑物群、绿化林带和地形均可作为声屏障予以考虑。由于参数可以调整，可用于噪声控制设计效果分析，其屏障高度优化功能可以广泛用于道路等噪声控制工程的设计。该软件理论基础与《环境影响评价导则-声环境》（HJ2.4-2009）的要求相一致，且功能强，操作方便，预测结果直观可靠。其中，变电站噪声预测主要运用了其中的一般工业噪声预测模块。在该预测模块中，可直接导入需要计算的工业项目的总平面布置示意图，简化了建立坐标系的过程。同时，在计算中充分考虑的声源的几何衰减率及各类障碍物的阻隔，并通过网格计算直接绘制等声值曲线图，形象的将噪声计算通过图形化表示。并可直接在软件中设置各类噪声防护措施，快速的预测达标情况。基本公式为：
　　LP（r）=Lw+DC-A
　　A=Adiv+Abar+Aatm+Agr+Amisc
　　LW-倍频带声功率级，dB；DC-指向性校正，dB；对辐射到自由空间的全向点声源，Dc=0dB；A-倍频带衰减，dB；Adiv-几何发散引起倍频带衰减，dB；Abar-声屏障引起的A声级衰减，dB；Aatm-大气吸收引起的倍频带衰减，dB；Amisc-其他多方面效应引起的倍频带衰减，dB；Agr-地面效应引起的倍频带衰减，dB。
　　如已知靠近声源处某点倍频带声压级LP（r0）时，相同方向预测点位置的倍频带声压级LP（r）可按下面基本公式进行计算：  
　　LP（r）=LP（r0）-A
　　在不能取得声源倍频带声功率级或倍频带声压级，只能获得A声功率级或某点的A声级时，可按公式作近似计算：
　　LA（r）=LAW-DC-A
　　1.2 建模及计算过程
　　（1）建立坐标系，确定各声源坐标和预测点坐标，并根据预测点与声源之间的距离等情况，把声源简化成点声源、或线声源、或面声源（包括面声源和垂直面声源）。
　　（2）根据已获得的声源源强的数据和各声源到预测点的声波传播条件等资料，计算出噪声从各声源传播到预测点的声衰减量。
　　其中，户外声传播衰减包括几何发散（Adiv）、大气吸收（Aatm）、地面效应（Agr）、屏障屏蔽（Abar）、其他多方面效应（Amisc）引起的衰减。
　　针对户外布置的变电站，在考虑声传播衰减时，由于大气吸收引起的衰减量很小，所以在计算中一般不予考虑。由于江苏省地形较为平坦，500kV变电站一般在同一个水平面，不存在高差，地面效应引起的衰减也不予考虑。一般考虑的衰减因素仅为几何发散（Adiv）及屏障屏蔽（Abar）。即，已知距离声源A的距离为r0米处的A声级为LA（r0），距离声源A的距离为r米的预测点处的A声级为：
　　LA（r）= LA（r0）-Adiv-Abar
　　根据声源的衰减公式，几何发散可根据点声源、线声源或面声源的衰减公式计算得出。屏障屏蔽的衰减量通过在不同传播途经上的声程差和相应的菲涅尔系数，计算得出。
　　2 某典型500kV变电站噪声预测
　　2.1 变电站的噪声源分析
　　变电站的平面布置见图1所示。变电站电气总平面布置按电压等级分成3列配电装置，站区由西至东依次布置有500kV配电装置、主变压器及35kV电容器电抗器、220kV配电装置。500kV线路向南、北两个方向出线，220kV线路向东出线，主控通信楼布置在主变南侧的站前区。进站道路从站区南部主变与500kV配电装置间进入本站。
　　从图1中可以看出，本次拟建的500kV变电站主变压器位于场地中央，主变南北两侧均设置了防火防爆墙，可在一定程度上起到隔声降噪作用。该典型化设计变电站的主要声源为主变压器及低压电抗器，其中主变压器的源强声功率级为90dB，低压电抗器的源强声功率级为80dB。另外，变电站内还有围墙及主控通信楼可阻隔噪声，主要屏障物的参数见表1所示。
　2.2 厂界环境噪声排放预测
　　根据变电站的平面布置图，将其直接等比例导入Cadna/A软件中，同时，将变电站各侧围墙外扩200m后作为计算区域，左下角坐标设置为（0，0）。建立好声源坐标后，将主要声源的发射面定义为垂直面声源，并输入声源的各项参数，其中主变的长宽按照平面布置图中的长宽设置，变压器底高设置为0.5m，顶高设置为6.5m。将各项障碍物分别设置为障碍物及建筑物（建筑物在屏障屏蔽中按双绕射体进行计算），并按照表1中的参数输入其高度。之后，成功建立了一个三维的坐标系后，可直接点击计算，计算完成后，可直接在该软件中读出四周厂界的厂界环境噪声排放值。该典型化设计变电站不采取任何降噪措施的厂界环境噪声排放结果见表2所示。
　　从表2中可以发现，由于该变电站的主变距离围墙较近，最北侧的主变距离北侧的围墙仅有11m，因此，在北侧围墙 处的厂界环境噪声排放的预测值最大为57.3dB（A），夜间噪声值远超《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）2类标准限值（昼间60dB（A）、夜间50dB（A））要求。因此，在该变电站现有设计的基础上，必须采取相应措施使其能满足标准要求。
　　在现阶段，降噪措施主要有以下几点：
　　（1）从声源上降低噪声，尽量使用低噪声设备和工艺。
　　（2）从传播途径上降低噪声，采用吸声，隔音，隔振材料降低噪声，必要时设立专用工作间。
　　根据该变电站的现状，设想在变电站建设设计时按表3所示方式降低噪声。
　　将该降噪措施输入到Cadna/A软件中，进行模拟分析，查看增加了该措施后变电站的噪声情况。
　　由表4可见，在主变的声功率级为85dB、离低压电抗器2m处的等效A声级为75dB，同时，在北侧主变外侧增加隔声墙，同时将现有的防火墙增加吸声材料后，变电站本期工程投运后厂界四周的厂界环境噪声排放的最大值为47.6dB（A），昼间、夜间的厂界环境噪声排放值均满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）2类标准的要求。
　　3 结果验算
　　为验证Cadna/A软件计算结果的准确性，以采取降噪措施前的方案为例，按照《环境影响评价技术导则-声环境》（HJ2.4-2009）中推荐的公式，仅计算声源对北侧厂界的贡献值，比较两者模式的计算结果。在计算过程中，对声源进行了简化。由于北侧的贡献值只要受最北侧的一台主变的影响，因此，仅简化计算了北侧的一台主变及两台电抗器的噪声。具体参数见表5所示。
　　由表6各相主变的计算结果，将贡献值叠加，可预测1#主变在北侧厂界的贡献值为55.0dB（A）。
　　Cadna/A软件中，计算可得北侧厂界的贡献值为57.3dB（A）。主要是软件在计算中，考虑的参数更全面，计算是三维全方位的计算，并且未做简化计算，声源的影响更大。因此，计算值比软件预测的贡献值略低。
　　4 结束语
　　综上所述，通过Cadna/A软件可较为精确并快速的计算拟建项目厂界噪声贡献值，确定拟建项目噪声防治措施，确保了厂界噪声能够达标排放。
　　该软件目前在一定程度还存在不足之处，主要目前计算中，在考虑建筑物或障碍物阻隔时，不能准确的给出具体的阻隔量及建筑物和障碍物的准确尺寸。在很大程度上，预测人员都是通过经验自行设定。这就造成了计算中在考虑降噪量时，存在一定的随意性因素。建议在今后的计算中，可进一步优化噪声软件建模过程，提供多种隔声降噪措施，实现标准、统一的建模过程。减少操作人员建模的随意性，最终降低预测结果的偏差。  
　　参考文献
　　刘昕，李晋生，刘静，等. Cadna/A在水泥厂噪声预测中的应用.环境工程，2014，32：928-933.
　　徐志胜. Cadna /A 软件在高速铁路声环境影响评价中的应用.环境工程技术学报，2011，1（6）：517-525.