0  引言

随着我国经济的发展，电网结构越来越复杂，大容量背靠背直流工程落点多在负荷密集地区。站址周边城镇化水平高，越来越接近生活区和工业区，甚至直接比邻住宅小区，人口密度较大，这种趋势难以避免。往往在换流站前期设计阶段，周边小区居民就会提出反对意见，居民主要担心噪音影响、对居住点周边的换流站及设备存在排斥心理、对工程建设导致的地表沉降反应激烈。为了减少换流站建设对周边环境的影响，换流站的建筑必须考虑与周围建筑风格相协调，同时降低噪声的影响，减少“邻避效应”，促进全社会树立尊重自然的价值观和道德观。

本文对城市建成区环境友好型换流站设计特点进行分析，探讨了环境友好型换流站设计的关键因素及针对提升措施，概况了环境友好型换流站设计关键技术方案。

1  面临的主要问题

为了研究换流站主控楼框架结构的抗震及隔震性能。

（1）换流站噪声

随着城市的发展，用地日益紧张，换流站的落点多在城市中心，对噪声指标要求较高，噪声问题较为突出^[1]。同时，由于设备高大，围墙高度有限，俯视可见的站内设备观感也给周边居民带来一定的心理影响。为尽可能地减小换流站的噪声排放，缓解变电站可视设备的感观影响，工程建设中，更需要换流站整体布置与周围环境协调一致。换流站与原有变电站合建时，原有的厂界噪声在叠合新站的噪声后，往往给降噪形成了非常大的挑战，急需探讨新旧合并的噪声全方位整体评估法，包括分析旧站主要噪声源及标因素技术、旧站噪声测量与分析技术、“以新治旧”降噪手段。

世界上一些大型电力设施制造企业，早在20世纪20年代就开始对电力设施噪声问题开展了一系列研究。许多国家政府或行业颁布了关于噪声水平的标准条例，对噪声管理措施和排放限值进行规定。随着科学技术发展，研究逐渐从试验转向构筑理论分析的数学模型，对新建电力工程进行噪声预估。一批模拟计算软件随之出现，如Cadna、SoundPLAN等。1980年美国学者研究了有源降噪方法在变压器上的应用：将若干噪声发生器安放在距变压器1m处，这些噪声发生器将发出与变压器本体噪声相同振幅、相反相位的噪声，通过这些噪声去抵消变压器噪声，实现抑制和衰减变压器噪声的目的^[2]。

（2）换流站景观融合

换流站内的建筑物仅考虑生产需求，工业建筑格调与周边城市化的建筑风貌不和谐，缺乏系统的建筑立面与周边景观融合技术。传统变电站建筑设计以“实用功能优先”为基本原则^[3]，更关注对变电站的内部电力设备的基本要求，使得城市变电站建筑设计以标准化、装配式建造为基础，外观与功能相对单一，仅仅基本满足设备房的“建筑外壳”作用。随着国内新型城镇化发展，高品质的城市环境对城市基础设施建造技术、美观度与绿色节能等其他性能要求日益提高，城市变电站建筑设计逐步向环境友好方向发展^[4]。北京历史街区的变电站在改良城市形象上做了许多有益探索。通过将立面的设计与城市的历史文化、传统符号、传统材质等相结合，使变电站建设与城市环境、历史文脉深度融合。 广州创新产业园区在建设低碳环保可持续发展的变电站上也做出了创新探索。利用变电站建筑外立面安装光伏发电幕墙，结合垂直绿化等景观技术，实现高效、绿色低碳的设计，达到国际领先的绿色节能变电站建造水平。

（3）换流站节能降耗

换流站内精密仪器和重要设备较多，耗能较大，尤其是阀厅及控制楼空调系统负荷越来越大，存在能耗高、噪声大等特征^[5]，其负荷水平接近换流站站用电负荷的40%。随着我国对环境保护要求的提高、节能需求的提升，采用低噪声、高能效的空调方案迫在眉睫。换流站的换流阀在运行过程中产生的热量较大，如不能及时散发，换流阀结温将超过其正常运行的结温条件。以往工程均是采用水冷或空冷方式将此热量散发至大气环境。同时，以往换流站内的运行人员的生活热水供应主要采用分散式储罐式电热水器，也有部分采用太阳能或空气源热泵热水。站内生活热水仍采用传统的加热方式，需要额外消耗能源，站内热能未到得充分互补利用。

2 换流站环境友好型提升技术研究

（1）换流站噪声控制和治理技术研究

换流站的噪声源主要包括：交流滤波器、直流滤波器、启动回路、换流变压器（冷却风扇和铁芯电磁声）、平波电抗器、交流500kV断路器、阀外冷设备、间隙火花放电及电晕放电等。一般换流站工程采用多手段综合降噪关键技术，从噪声源和噪声传播途径两方面入手，主要采取的降噪技术一般包括：

1）选用低噪声设备，在源头减小噪声的影响。在设计过程中，充分调研和了解当前技术水平，优选噪声更低的设备或系统型式。

2）优化总平面布置，将噪声设备布置于远离敏感建筑的区域。在总平面布置时，充分考虑噪声设备的影响，通过优化设备布置，将噪声较大的声源尽量布置在站区中央，利用站内建筑形成天然屏障，阻挡站内噪声向站外传播。

3）采取设备隔声罩降噪措施。换流站柔直变压器噪声治理一般采用户外BOX-IN方案，即将换流变本体布置在一个由吸隔声板拼接成的隔声罩中，冷却风扇布置在隔声罩外。BOX-IN结构能一定程度削减换流变铁芯电磁声传播，但不能削减冷却风扇噪声。

4）采用隔声屏障降噪措施。在噪声源附近或围墙上设置隔声屏障，隔声屏障离声源越近，降噪效果越好，实现噪声的最终控制目标。

（2）换流站景观融合技术研究

近年来，由于电力建设的加快与城市用地的扩张，原本远离城市的换流站建筑组群逐渐向城市靠拢，从而使换流站建筑物与城市的关系日渐密切。以往的换流站建筑物仅仅考虑了其生产需求，其外立面却仍然保留着早期工业建筑的形象特征，在很多方面与周边日渐城市化的环境风貌相比还是存在的较大差异，导致换流站外立面与周边环境不和谐。因此，需要重视换流站建筑物的立面形象更新提升，以由单纯满足功能生产需求基础上进一步与周边环境相融合为目的。

1）针对临近城市居住区换流站及水系发育地区换流站两种类型换流站，对大型换流站建筑物立面形象与周边环境融合的影响要素进行解析，研究人的活动需求及周边居民心理感受，通过分析，找寻传统设计（工艺方案）存在的问题，总结不同环境背景下立面提升设计要点和设计策略。

2）结合立面提升设计要点，对常规换流站建筑立面方案进行解析，展现各个方案提升的不同侧重点、优点与不足，进而从功能、施工和造价三方面进行比较分析，选出推荐的建筑表达手法。

3）归纳总结出建筑立面与周边景观融合技术，提升换流站与周边环境融合度。

4）室外环境优化技术

绿色换流站室外环境优化是指以建筑外部空间以及室内环境需求为基础，保护性利用自然资源，优化设计建筑构造措施，合理调节与处理建筑室外环境，为建筑营造良好的风环境、热环境、声环境，满足站区绿色、低碳、环保的功能需求。

（3）换流站节能降耗技术研究

针对换流站内尤其是阀厅及控制楼空调系统负荷越来越大，存在能耗高、噪声大等特征，其负荷水平接近换流站站用电负荷的40%。通过技术比对，提出以下技术优化方案。

1）风冷冷水机组带有风冷翅片式冷凝器，高温冷媒的热量直接通过翅片与空气进行热交换，热量直接散发到空气中。水冷冷水机组通过管壳式或板式冷凝器，将高温热媒中的热量交换到冷却水中，加热后的冷却水热量通过室外冷却塔散发到空气中。

水的传热系数较高，且与空气换热过程蒸发带走汽化潜热，散热效率高于空气直接冷却的方式。因此水冷冷水机组的制冷效率比风冷冷水机组高，高效型水冷冷水机组COP≥6.0。

2）换流阀额定运行结温为55℃，散热量为额定运行容量的0.5%~1.0%，具有较高利用价值的热量未得到有效的回用，后续的散热系统还需要消耗大量的用水和电能并需向外排水，与节能减排的环保要求不匹配。根据这一特点，联合阀冷散热和生活所需热水源结合起来，提出一种热能回收系统，可以将换热阀散发的热量进行回收利用，作为生活热水的热源。即生活冷水在换热器处与阀冷主循环水进行热交换，吸收主循环水中迁移过来的换流阀热量，加热成温度为热水后储存在生活热水箱中，用于站内运行人员热水水源，起到节能降耗的作用。

3  结论

本文对城市建成区环境友好型换流站设计特点进行分析，探讨了环境友好型换流站设计的关键因素，主要对换流站噪声、换流站景观融合、换流站节能降耗提出了针对提升措施，概况了环境友好型换流站设计关键技术方案。提升换流站噪声影响、外立面融合、环境影响等方面的质量，提高群众对城市建成区换流站的接受和认可度，建设环境友好型的换流站。

参考文献

[1] 傅晓凌．厦门柔性直流工程换流站噪声处理研究[J]．能源·电力，2016，2(05)：36-37．

[2] 柳萌 .变电站站用电节能方法研究及其应用［D］.上海：上海交通大学，2018.

[3] 朱克亮，张李明，石雪梅，等．基于“双碳”目标的变电站建设过程中“永临结合”探索与实践[J]．电力与能源，2022，43（1）：13-17．

[4] 吴承泽．变电站绿色施工评价研究[D]．沈阳：沈阳建筑大学，2021．

[5] 杜珂，何春，黎铭洪，等 .户内变电站站用电特性分析及节能潜

力评估［J］.自动化技术与应用，2021，40（6）：168-172.

作者简介：

廖德芳(1990)，男，硕士研究生，主要从事电力设施结构设计及研究，gedi3285@163.com。