一種集成噪聲的電磁環境監測系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及輸變電工程電磁環境監測領域，尤其涉及一種集成噪聲的電磁環境監 測系統及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟的不斷發展，電力需求越來越大，電網投資日趨增多，在建項目的逐步投 產使得輸變電建設處于高速發展的階段。數據顯示，到2015年我國輸配電及控制設備的 市場規模將接近3200億元。目前，我國輸變電工程建設的發展趨勢是：以220kV電網為基 礎，逐步推進500kV電網結構的成熟，以特高壓輸電線路為主干網絡的電力聯網結構逐步 形成。然而，輸變電工程的迅速發展造成了不可忽視的環境問題：高壓輸變電設備與地面之 間存在一定的電位差，而變電所內的導線多、設備架構方式多樣，導致工程建設點周圍存在 三維工頻電場；同時電力設備在工作中各種風機散熱過程中的噪聲也給周圍居民環境帶來 了 一定的污染。
[0003] 近年來，工頻電磁場的監測在全球范圍內得到了非常迅速的發展，尤其是在歐洲 國家，許多大中城市都安裝了固定點工頻電磁場測量系統。意大利是國際上電磁輻射法規 和標準都較為建全的國家，對電磁輻射的管理體制相對較為成熟，在意大利境內有約1169 套固定點監測系統。在我國，自國家提出"建設資源節約型、環境友好型社會"和發展"綠色 經濟、低碳經濟"戰略方針以來，全國各地電網公司掀起了建設綠色輸變電工程的熱潮。目 前，在北京、江蘇以及浙江等地，不同程度上開展了電磁環境監測技術的試點工作。國內已 建立電磁環境監測的城市有北京(望京220kV戶內變電站)、成都(安順橋220kV變電站)、上 海(靜安500kV戶內變電站)、南京(淮海路110kV戶內變電站、古平崗110kV戶內變電站、厚 載巷110kV戶內變電站）等。
[0004] 雖然我國對于電磁環境的監測日益重視，在多個地方已經進行了電磁環境的監 測，但已有的電磁環境監測產品在標準和規范、管理平臺構建、實時數據監測、監測參數全 面性四個方面均存在不足。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種集成噪聲的電磁環境 監測系統及方法，該方法通過集散式組網通訊，具有全量程、高精度且集成多種參數的特 點，可以進行24小時不間斷監測。
[0006] 為達到上述目的，本發明采用以下技術方案： 一種集成噪聲的電磁環境監測系統，其中，包括電磁場監測裝置、噪聲及溫濕度檢測 裝置、Zigbee無線通訊模塊、光纖傳輸模塊和信息顯示單元；所述電磁場監測裝置包括三 維電場傳感器、三維磁場傳感器、信號調理電路、AD轉換模塊和微處理器，所述三維電場傳 感器、三維磁場傳感器分別與所述信號調理電路連接，所述信號調理電路與AD轉換模塊連 接，所述AD轉換模塊連接微處理器；所述噪聲及溫濕度監測裝置包括噪聲傳感器和溫濕度 傳感器，所述噪聲及溫濕度監測裝置與所述電磁場監測裝置連接；所述電磁場監測裝置分 別與Zigbee無線通訊模塊和光纖傳輸模塊連接，所述Zigbee無線通訊模塊和光纖傳輸模 塊與所述信息顯示單元連接。
[0007] 優選的，所述三維電場傳感器和三維磁場傳感器經程序控制增益放大器與接口電 路連接，所述接口電路與所述信號調理電路連接。
[0008] 優選的，所述噪聲傳感器采用駐極體電容傳聲器。
[0009] 優選的，所述電磁場監測裝置與Zigbee無線通訊模塊和光纖傳輸模塊為單相鏈 路連接，所述Zigbee無線通訊模塊和光纖傳輸模塊與信息顯示單元為雙向鏈路連接。
[0010] 優選的，所述電磁場監測裝置還包括磁場復位電路，所述磁場復位電路連接三維 磁場傳感器。
[0011] 一種集成噪聲的電磁環境監測方法，包括如下步驟： 由三維電場傳感器、三維磁場傳感器采集監測點的交直流電磁場數據； 將采集到的交直流電磁場數據經過信號調理電路處理后進行量程切換；然后將電磁場 數據送入AD轉換模塊將采集到的模擬信號轉換數字信號，轉換后的數字信號傳送至微處 理器； 噪聲及溫濕度監測裝置將采集到的噪聲及溫濕度信號傳送至微處理器； 所述微處理器將接收到的電磁場、噪聲及溫濕度信號處理后，將電磁場、噪聲及溫濕度 信號通過通訊模塊傳輸至信息顯示單元，在信息顯示單元進行實時動態顯示。
[0012] 優選的，還包括判斷步驟： 所述微處理器判斷信號的通信距離，若通信距離在無線傳輸范圍內則通過Zigbee無 線通訊模塊上傳至信息顯示單元，若通信距離超出Zigbee無線通訊模塊的傳輸范圍則將 其切換為光纖傳輸。
[0013] 優選的，所述將采集到的交直流電磁場數據經過信號調理電路處理后進行量程切 換，包括： 所述信號調理電路將三維電場傳感器和三維磁場傳感器提取到的電壓經過放大、濾波 和隔離后進行AD模數轉換及處理，發出控制信號，驅動執行機構自動完成量程切換。
[0014] 優選的，所述噪聲傳感器采用駐極體電容傳聲器。
[0015] 本發明的有益效果是： 本發明通過構建集成噪聲的電磁環境監測系統，實現輸變電工程現場電磁環境的實時 監測，其可對高壓直流電場、工頻交流電場、磁場、噪聲、溫濕度進行全天候實時連續監測， 可根據需要部署多個終端組成分布式監測網絡，具有數據存儲和數據共享功能，前端監測 儀通過無線通訊模塊和光纖將監測信息發送至上位機或服務器，解包后由IXD顯示屏進行 各種信息的實時集中展示，滿足各種戶外使用條件。
[0016] 本發明針對不同電壓等級的輸變電工程，電磁環境的測量參數變化較大，可以在 較大的電磁場范圍上進行精確監測，采用先進的電磁兼容技術提高測量精確度，同時采用 量程自動切換技術，實現寬范圍電磁參數的動態平滑測量，并且集成噪聲參數，為用戶提供 合理的指導性信息，協助變電站噪聲環境污染的防范和治理。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明的系統結構示意圖。
[0018] 圖2是本發明量程自動切換控制流程示意圖。
[0019] 圖3本發明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。
[0021] 如圖1所示，本發明提供的集成噪聲的電磁環境監測系統由前端電磁場監測裝置 1、噪聲及溫濕度監控裝置2、Zigbee無線通訊模塊3、光纖傳輸模塊4和信息顯示單元5組 成。
[0022] 電磁場監測裝置1由三維磁場傳感器、磁場復位電路、三維電場傳感器、信號調理 電路、A/D轉換模塊和微控制器組成。三維電場傳感器采用地參考型測試探頭，其中地參考 型電場傳感器探頭由一對平板和一個接地電極組成，兩部分由薄絕緣層填充連接，自上而 下平行布置極板|、薄絕絕緣層、極板II，上下兩塊極板通過電阻接地，根據兩塊極板產生 的感應電流轉換成電壓信號；或者由一對平行板電容器組成，后者的下板接地，在平行板中 間加上絕緣層以隔開。
[0023] 如圖2所示，信號調理電路可將傳感器提取到的電壓(該電壓與環境中的測量量 程有一定的數學變化關系）經過適當地放大、濾波和隔離后進行模數轉換及處理，進而發出 控制信號，驅動執行機構自動完成量程切換。
[0024] 噪聲及溫濕度監測裝置2由噪聲傳感器和溫濕度傳感器組成，其中噪聲傳感器即 為電容傳感器，本發明采用駐極體電容傳聲器來替代普通的電容傳聲器。駐極體電容傳聲 器是在一般電容傳聲器背極板上噴涂一層薄而均勻的駐極體材料，在高溫和高壓下使之極 化，讓電荷永久性地存貯在駐極體材料之中，從而使得傳聲器的兩極之間產生一個內電場， 用來取代由外加極化電壓所產生的電場。
[0025] 通信模塊由Zigbee無線通訊模塊3和光纖傳輸模塊4組成，其中Zigbee無線通 訊模塊3由Zigbee路由器和中心協調器組成，光纖傳輸模塊4采用光纖線纜。由此形成無 線和光纖(有線）并存的通訊方式，由于監測點分布在輸電線及變電站的多個位置，與信息 接收主站(信息顯示單元5)距離在無線傳輸的范圍內的測點可采用無線通訊方式，范圍之 外的采用光纖通訊，兩通道互補增加采集數據的上送速度。
[0026] 信息顯示單元5由數據庫服務器和IXD顯示屏組成，數據庫服務器接收來自電磁 場監測裝置1的數據，解包并轉存與數據庫中，同時，解包后的數據使用LCD顯示屏實時顯 示，同時還會顯示視頻，動態文字、圖片以及廣告等相關信息，實現信息的集成化顯示。
[0027] 如圖