城區(qū)高壓變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

謝連科，張國英，張 永，臧玉魏，馮智慧

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南 250003；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，武漢 430074）

城區(qū)高壓變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

謝連科1，張國英1，張 永1，臧玉魏1，馮智慧2

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南 250003；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，武漢 430074）

為科學(xué)分析輸變電工程的電磁環(huán)境影響和展示城區(qū)高壓變電站電磁環(huán)境參數(shù)水平，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)高壓變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，詳細(xì)闡述該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)構(gòu)成以及功能實(shí)現(xiàn)，總結(jié)該系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，該系統(tǒng)在電網(wǎng)環(huán)保領(lǐng)域有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

變電站；電磁環(huán)境；噪聲；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；信息展示

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和城市開發(fā)強(qiáng)度的增大，生產(chǎn)和生活用電大大增加，同時(shí)變電站受到供電半徑的影響，新建110 kV、220 kV變電站深入負(fù)荷中心、城市核心區(qū)已成為必然［1］。變電站是一個(gè)高壓電器設(shè)備高度集中的場合，電磁環(huán)境和聲環(huán)境是眾多設(shè)備的一個(gè)綜合表現(xiàn)［2］。盡管輸變電工程在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的工頻電磁環(huán)境完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)限值要求，但是由于電磁環(huán)境看不見、摸不著，公眾無法直觀感受工頻電磁場，再加上長期以來媒體對(duì)電磁環(huán)境的宣傳存在一定的誤導(dǎo)，導(dǎo)致公眾對(duì)輸變電建設(shè)產(chǎn)生的電磁環(huán)境心存疑慮［3］，對(duì)輸變電工程產(chǎn)生恐慌和抵觸心理［4-5］。

隨著公眾對(duì)電磁環(huán)境影響關(guān)注度的增大以及維權(quán)意識(shí)的提高，近幾年山東電網(wǎng)環(huán)保糾紛呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢(shì)，這不僅給電網(wǎng)的建設(shè)帶來困難、嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行，也給輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)管帶來諸多問題和壓力［6］。采取何種有效措施，找準(zhǔn)切入點(diǎn)消除恐慌心理是解決電磁環(huán)保糾紛的技術(shù)難點(diǎn)。

科學(xué)宣傳輸變電工程的電磁環(huán)境影響，展示城區(qū)高壓變電站電磁環(huán)境參數(shù)水平，合理解釋民眾遇到的與輸變電工程相關(guān)的困惑，實(shí)現(xiàn)變電站電磁環(huán)境數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)的智能化集成與應(yīng)用是解決問題的根本途徑。通過建立變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)變電站的工頻電場、工頻磁場及噪聲，并對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化搜集、網(wǎng)絡(luò)化部署和集中化管理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程調(diào)閱等功能，向公眾展示電磁環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，協(xié)助解決潛在的電磁環(huán)境糾紛［7］。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套全天候監(jiān)測(cè)的電磁環(huán)境智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)不同電壓等級(jí)變電站的工頻電場、工頻磁場及噪聲，并對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化搜集、網(wǎng)絡(luò)化部署和集中化管理，使領(lǐng)導(dǎo)層和管理決策層能夠通過網(wǎng)絡(luò)訪問所有示范工程電磁環(huán)境的實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)，為環(huán)保、電力等部門提供電磁環(huán)境的管理依據(jù)［8］。

以嵌入式系統(tǒng)作為硬件平臺(tái)，利用無線通信技術(shù)建立變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)采用分布式探頭、模塊化組合選件、開放式無線組網(wǎng)、多樣化顯示的設(shè)計(jì)思路，可根據(jù)實(shí)際情況選取不同的模塊，滿足個(gè)性化需求［9］。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集發(fā)布設(shè)備和中心平臺(tái)3部分構(gòu)成，具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

終端監(jiān)測(cè)裝置由測(cè)量電磁場的設(shè)備和數(shù)據(jù)顯示屏構(gòu)成。由于顯示屏自身會(huì)對(duì)電磁場測(cè)量設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響檢測(cè)結(jié)果，所以測(cè)量設(shè)備的檢測(cè)點(diǎn)和顯示屏不能置于相同的位置，要分開安裝以避免對(duì)測(cè)量造成干擾或影響。為確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)顯示屏采用戶外LCD顯示屏，屏幕上方顯示變電站名稱和時(shí)間，上側(cè)顯示政策信息和宣傳視頻等資料，下側(cè)顯示實(shí)時(shí)工頻磁場強(qiáng)度、工頻電場強(qiáng)度、溫度、濕度、露點(diǎn)、氣壓。

1.3 系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)集成拓?fù)鋱D分為3層，上層是給用戶提供的交互顯示界面，其中包括監(jiān)控中心客戶端、中心服務(wù)器和監(jiān)控中心大屏幕；中層是為上層與下層提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通道；下層為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及信息發(fā)布系統(tǒng)，其中包括信息屏和監(jiān)測(cè)站，如圖2所示。

圖2 變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成拓?fù)鋱D

2 系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 變電站選取

為達(dá)到宣傳和科普目的，系統(tǒng)宜安裝在城區(qū)變電站或線路附近，最好選擇在建設(shè)環(huán)境較好、周圍存在社區(qū)或?qū)W校、流動(dòng)人口較多的變電站。

按照上述原則選取濟(jì)南220 kV某變電站，變電站為無人值守戶內(nèi)電站，位于市中心，周圍有酒店、小區(qū)和在建商業(yè)樓，變電站1號(hào)、2號(hào)主變壓器對(duì)稱分布于變電站大樓內(nèi)，變電站大樓前方為空地，大門在變電站西北角，且在大門處與變電站大樓間埋有電纜隧道，方便走線，變電站平面布置圖如圖3所示。

變電站配電裝置樓區(qū)域?yàn)殡姶怒h(huán)境數(shù)據(jù)較大區(qū)域［10］，空地區(qū)域?yàn)樽冸娬竟ぷ骰顒?dòng)區(qū)域，電磁環(huán)境數(shù)據(jù)更能反映變電站平均水平，建議將監(jiān)測(cè)站點(diǎn)安置在大門與變電站配電裝置樓之間靠近大門附近的位置。

2.2 構(gòu)建方案

信息屏擬定安裝于變電站大門右側(cè)綠化帶內(nèi)，屏幕顯示側(cè)朝向站外，采用55寸戶外LCD高清豎屏。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)擬定安裝于變電站大門右側(cè)花壇內(nèi)，在大屏背后距離大屏2 m左右的位置。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的選擇距站外道路較遠(yuǎn)，能減少站外道路交通噪聲對(duì)變電站噪聲監(jiān)測(cè)的影響。

圖3 濟(jì)南220 kV某變電站平面布置

數(shù)據(jù)顯示屏和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)供電線纜由變電站主控樓內(nèi)低壓配電室中Ⅱ段交流饋線屏內(nèi)備用空開接出，空開容量32 A。接出后，由樓內(nèi)電纜夾層進(jìn)入電纜廊道，接至變電站大門附近，再由電纜鋼管接至變電站大門右側(cè)墻壁的配電箱。配電箱配置2路空開，1路10A容量接大屏，1路6A容量接監(jiān)測(cè)儀。顯示屏和監(jiān)測(cè)儀之間埋一根網(wǎng)線作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪€。變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備安裝如圖4所示。

圖4 變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備安裝

3 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示終端通過無線通信或有線通信的方式將各個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器，在實(shí)時(shí)顯示的同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中化管理。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的參數(shù)主要包括自然環(huán)境參數(shù)（溫度和濕度）和電磁環(huán)境參數(shù)（工頻電場、工頻磁場和噪聲）。

3.1 實(shí)時(shí)信息展示

系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)展示，分別展示測(cè)點(diǎn)測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的閥值通過不同顏色進(jìn)行顯示：正常（綠色）、報(bào)警（紅色）。通過此屏，用戶可直觀了解到電磁環(huán)境的實(shí)時(shí)信息。同時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，便于遠(yuǎn)程訪問和數(shù)據(jù)分析。

3.2 政策信息和宣傳片展示

系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)屏幕切換功能，可以切換到政策信息展示模塊，展示相關(guān)的政策標(biāo)準(zhǔn)和視頻宣傳片，更好地讓公眾了解電磁環(huán)境信息。

屏幕上側(cè)主要區(qū)域采用滾屏模式動(dòng)態(tài)顯示政策信息或采用視頻播放模式實(shí)時(shí)播放信息，下側(cè)采用滾屏模式實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前測(cè)量信息，用戶可以根據(jù)自己的需求獲取動(dòng)態(tài)信息，在掌握政策的同時(shí)更加方便、直觀地實(shí)時(shí)了解當(dāng)前的電磁環(huán)境信息。

3.3 重點(diǎn)信息滾動(dòng)展示

系統(tǒng)提供了重點(diǎn)信息滾動(dòng)展示模塊，在此可以顯示歡迎詞、企業(yè)理念標(biāo)語、實(shí)時(shí)重點(diǎn)信息等，顯示區(qū)域大而且醒目，可以有效提高顯示的效果。

3.4 后臺(tái)信息可視化管理

顯示屏主機(jī)上連接鍵盤鼠標(biāo)，打開瀏覽器，輸入地址：http：／／localhost／emeis／，即可進(jìn)入系統(tǒng)管理界面，主要包括系統(tǒng)設(shè)置、信息監(jiān)視、資源管理和系統(tǒng)管理4個(gè)功能模塊。

系統(tǒng)設(shè)置可以將不同的播放內(nèi)容自由組合，形成自由組合模式，并且和顯示終端播放模式進(jìn)行實(shí)時(shí)同步；信息監(jiān)視可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和歷史查詢；資源管理可以實(shí)現(xiàn)資源文件的統(tǒng)一管理、視頻文件和政策宣傳文檔的添加、資源文件詳細(xì)信息的展示及查詢；系統(tǒng)管理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)、用戶和日志進(jìn)行管理。

4 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

圖5和圖6為該站24 h工頻電磁場和噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（大雪天氣）的分析圖，通過與國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，可以直觀地向公眾展示變電站的電磁環(huán)境水平。

由圖5可知，工頻電場強(qiáng)度數(shù)據(jù)范圍為0.004～0.014 kV／m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍為0.200～0.280 μT，滿足GB 8702—2014《電磁環(huán)境控制限值》中規(guī)定的公眾曝露控制限值要求（工頻電場強(qiáng)度4 kV／m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度100 μT）。

圖5 220 kV變電站24 h工頻電磁場（大雪天氣）

圖6 220 kV變電站24 h噪聲（大雪天氣）

由圖6可知，變電站晝間（06∶00—22∶00）噪聲范圍為 43.82～50.53 dB（A），夜間（22∶00—06∶00）噪聲范圍為42.04～44.30 dB（A），滿足GB 12348—2008 2類標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》要求（晝間60 dB（A），夜間50 dB（A））。

圖7和圖8為該站24 h工頻電磁場和噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（小雨天氣）的分析圖，通過與國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，可以直觀的向公眾展示變電站的電磁環(huán)境水平。

圖7 220 kV變電站24 h工頻電磁場（小雨天氣）

由圖7可知，工頻電場數(shù)據(jù)范圍為0.004～0.014 kV／m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍為0.210～0.280 μT，滿足GB 8702—2014《電磁環(huán)境控制限值》中規(guī)定的公眾曝露控制限值要求 （工頻電場強(qiáng)度4 kV／m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度100 μT）。

圖8 220 kV變電站24 h噪聲（小雨天氣）

由圖8可知，變電站晝間（06∶00—22∶00）噪聲范圍為43.04～51.96 dB（A），夜間（22∶00—06∶00）噪聲范圍為45.69～48.92 dB（A），滿足GB 12348—2008 2類標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》要求（晝間60 dB（A），夜間50 dB（A））。

圖9和圖10為該站24 h工頻電磁場和噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（晴天）的分析圖，通過與國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，可以直觀的向公眾展示變電站的電磁環(huán)境水平。

圖9 220 kV變電站24 h工頻電磁場（晴天）

由圖9可知，工頻電場數(shù)據(jù)范圍為0.004～0.014 kV／m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍為0.202～0.279 μT，滿足GB 8702—2014《電磁環(huán)境控制限值》中規(guī)定的公眾曝露控制限值要求（工頻電場強(qiáng)度4 kV／m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度100 μT）。

圖10 220 kV變電站24 h噪聲（晴天）

由圖10可知，變電站晝間（06∶00—22∶00）噪聲范圍為40.85～50.63 dB（A），夜間（22∶00—06∶00）噪聲范圍為41.07～45.82 dB（A），滿足GB 12348—2008 2類標(biāo)準(zhǔn) 《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》要求（晝間60 dB（A），夜間50 dB（A））。

通過對(duì)大雪天氣、小雨天氣和晴天情況下，工頻電磁場和噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析可知，構(gòu)建的變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在不同氣象條件下，測(cè)量數(shù)值穩(wěn)定，誤差較小。

5 結(jié)語

變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以直觀地顯示變電站電磁環(huán)境和噪聲參數(shù)水平，科學(xué)地宣傳電磁環(huán)境知識(shí)，協(xié)助解決輸變電工程在建設(shè)和運(yùn)行過程中遇到的電磁環(huán)境糾紛問題。構(gòu)建的濟(jì)南200 kV某變電站電磁環(huán)境智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行，為輸變電工程電磁環(huán)境管理的規(guī)范化、科學(xué)化和系統(tǒng)化奠定了基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了變電站電磁和噪聲的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效緩解公眾對(duì)輸變電工程產(chǎn)生電磁影響的困惑，對(duì)改善電磁環(huán)保工作與公眾之間的矛盾、構(gòu)建綠色和諧的電磁環(huán)境氛圍具有重要的意義。

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Construction of Urban HV Substation Intelligent Realtime Monitoring System for Electromagnetic Environment

XIE Lianke1，ZHANG Guoying1，ZHANG Yong1，ZANG Yuwei1，F(xiàn)ENG Zhihui2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.Wuhan NARI Limited Liability Company of State Grid Electric Power Research Institute，Wuhan 430074，China）

In order to scientifically analyze the power transmission project electromagnetic environmental influences and display the urban HV substation electromagnetic environment parameters，the urban HV substation intelligent realtime monitoring system for the electromagnetic environment is designed and realized.Detailed description of design ideas，system structure and the function realization，functional characteristics of the system are summarized.The system has broad application prospects in the field of the power grid environmental protection.

substation；electromagnetic environment；noise；realtime-monitoring；information display

TM937.1

A

1007－9904（2017）03－0010－04

2016-10-15

謝連科（1981），男，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)工作。