CN106291127A - 一种变电站电磁污染远程在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站电磁污染远程在线监测系统，包括相连接的监控中心和移动式监测单元，所述移动式监测单元包括设置在变电站内部和周侧的轨道网以及设置在轨道网上的移动监测模块，所述移动监测模块包括行走机构、设置在所述行走机构上的监测装置和第一通信装置，所述轨道网上设置定位装置。本发明仅仅使用少量的电磁辐射监测仪便可实现对整个变电站以及周侧的电磁辐射监测，对设备的使用量较少，且现场不需要布置复杂的线路，并且采用架空的轨道网，不会对变电站日常的运行使用造成额外的影响。

Description

一种变电站电磁污染远程在线监测系统

技术领域

本发明涉及电磁场技术领域，具体涉及一种变电站电磁污染远程在线监测系统。

背景技术

变电站作为输变电设施，其污染源主要集中在变电站本体内。变电站在运行时会在周围环境中形成电磁场，主要是由站内的各种输变电设备包括电力变压器、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电容器等在运行过程中产生的，在这些设备的设计、制造过程中必须考虑一定的屏蔽、接地等措施来降低电磁环境影响。根据 500kV 变电站电磁波的频谱分析可知，对于正常运行的变电站，其电磁环境影响是以 50Hz 频率为主的工频电磁场对周围环境和居民造成的影响及 0.15 ～ 30MHz 的电晕放电高频电磁产生的无线电干扰影响。

特别是位于城区的变电站，引起公众的关注，并产生了大量电磁辐射方面的纠纷。对变电站的工频电磁环境进行监测是获知变电站工频电磁环境的重要手段。相关技术中，对变电站工频电磁环境进行监测的方法主要为：利用电磁辐射监测仪获取目标变电站的电磁环境监测数据，并以电磁环境监测数据作为变电站电磁环境的评价指标。但是电磁辐射监测仪如何设置以及如何使用是重要的一点，现有技术中大多是在变电站周边均布设置若干个电磁辐射监测仪，来监测对各个方向上的电磁辐射强度，但是该措施需要的监测仪数量巨大，造价高昂，还有通过手持监测仪对变电站内以及周边进行监测，但是该方法耗费大量人力，且无法实现全时段自动远程监测，监测局限性较大。

申请号为201410601622.X的发明涉及电磁辐射监测技术领域，尤其涉及变电站工频电磁环境监测系统。该变电站工频电磁环境监测系统，包括：监控中心平台及变电站工频电磁环境监测节点；变电站工频电磁环境监测节点，用于采集其所对应的目标变电站的电磁环境监测数据，并将电磁环境监测数据发送给监控中心平台；监控中心平台，用于接收电磁环境监测数据并进行变电站电磁环境汇总管理，且将汇总管理的结果通过网络发布平台和/ 或在变电站工频电磁环境监测节点处进行信息发布。该发明提供的该变电站工频电磁环境监测系统，实现了对变电站工频电磁环境布点进行长期在线监测，且克服了相关技术中获取的监测数据无法及时公布的技术问题。但是该发明是采用了大量的电磁环境监测节点，这其中需要耗费较大数量的监测仪，成本高昂，线路复杂，铺设难度较大，且过多的监测设备还会造成额外的电磁辐射。

申请号为201410390276.5的发明涉及一种基于无人机的住宅周边辐射污染监控方法，其包括如下具体方法：1）根据住宅位置以及周边环境，对无人机的航线进行规划；2）通过无人机，以及搭载在无人机上的辐射测量仪对无人机航线内的电磁辐射进行实时监测，并将监测数据实时记录；3）在步骤2）的监测过程中，对于辐射值较高的区域，通过无人机，以及搭载在无人机上的遥感设备获取该区域图像；采用上述技术方案的基于无人机的住宅周边辐射污染监控方法，其可对住宅环境周边可能造成辐射的基建设施进行全方位的监测，从而获取其辐射值的大小，以及其发出的电磁辐射对周边的环境的影响。该发明仅通过一个无人机就能完成区域内的电磁辐射监测，但是控制方法复杂，需要人工介入，且无人机应用在变电站也容易被大量的电线缠绕从而发生事故。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种变电站电磁污染远程在线监测系统，仅仅使用少量的电磁辐射监测仪便可实现对整个变电站以及周侧的电磁辐射监测，对设备的使用量较少，且现场不需要布置复杂的线路。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种变电站电磁污染远程在线监测系统，包括相连接的监控中心和移动式监测单元，所述移动式监测单元包括设置在变电站内部和周侧的轨道网以及设置在轨道网上的移动监测模块，所述移动监测模块包括行走机构、设置在所述行走机构上的监测装置和第一通信装置，所述轨道网上设置定位装置。

进一步的，所述监控中心包括用于接收电磁环境监测信息的第二通信装置以及与所述第二通信装置相连接并进行变电站电磁环境汇总管理的工控机。

进一步的，所述工控机与GIS系统模块连接，具体包括将变电站内各设备位置信息以及各位置信息监测到的电磁辐射数据录入GIS系统模块内，分析以及在显示设备上以电磁辐射强度地图的形式进行展示，对电磁辐射的变化进行实时监测，从而实现对各个电器设备屏蔽装置的完好进行监测。

进一步的，所述显示设备采用壁挂式公示显示屏，所述显示设备上设置声音报警器，所述GIS系统模块内设置报警模块，具体包括电磁辐射强度超标时在电磁辐射强度地图上对应该地点发出红光进行提醒。

进一步的，所述轨道网包括若干个直径依次增大且圆心设置在变电站中心的圆形的架空轨道，所述若干个架空轨道等间隔设置。

进一步的，所述行走机构采用与所述架空轨道相配合的电动轨道车，所述监测装置包括电磁辐射监测仪，所述第一通信装置采用GPRS通信模块。

进一步的，所述定位装置包括所述架空轨道上设置的线槽、所述线槽底部的弹性支撑机构、和所述弹性支撑机构上表面设置的分布式光纤振动传感器，所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部，所述分布式光纤振动传感器与所述监控中心连接。

进一步的，所述监测装置还包括温度传感器，用于对所述分布式光纤振动传感器进行温度补偿。

进一步的，所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部0.5cm至1cm。

进一步的，所述弹性支撑机构包括条状的弹性橡胶，所述弹性支撑机构上表面设置与所述分布式光纤传感器相配合的弧形槽体，所述分布式光纤传感器下表面与所述弧形槽体的表面粘接在一起。

进一步的，所述定位装置包括所述架空轨道上间隔设置的若干个传感器槽，所述传感器槽内设置光纤光栅传感器，所述若干个光纤光栅传感器之间通过传输光纤连接，所述光纤光栅传感器顶部高于所述传感器槽上沿0.5cm至1cm，所述传输光纤设置在所述架空轨道上设置的空腔内。

进一步的，所述传输光纤的一端设置宽带光源，所述传输光纤的另一端通过光纤光栅网络分析仪与所述监控中心连接。

进一步的，所述光纤光栅传感器两端设置斜面垫块。

本发明公开了一种变电站电磁污染远程在线监测系统，与现有技术最大的不同点在于监测单元是可移动的，移动监测模块通过轨道网在变电站内和周侧规律性移动，并在移动的过程中针对不同地点实时监测电磁辐射强度。监测装置包括电磁辐射监测仪，可用于电场、磁场辐射检测，第一通信装置采用GPRS模块可以保证信息传递的准确性、远距离性，可满足大范围内的电磁强度监测。该监测方法仅仅使用少量的电磁辐射监测仪便可实现对整个变电站以及周侧的电磁辐射监测，对设备的使用量较少，且现场不需要布置复杂的线路，并且采用架空的轨道网，不会对变电站日常的运行使用造成额外的影响。

监控中心包括用于接收电磁环境监测信息的第二通信装置以及与所述第二通信装置相连接并进行变电站电磁环境汇总管理的工控机，第二通信装置与第一通信装置信号连接，接收来自现场的监测信息，并将监测系系发送至工控机，工控机与GIS系统模块连接，GIS系统模块内设置有变电站地图，将监测点监测到的电磁辐射信息与变电站地图相结合，形成一个电磁辐射强度地图，即通过显示设备在电子地图上显示监测点的电磁辐射强度，在电磁辐射强度超标时，通过声音报警器以及电子地图上对应辐射超标地点闪红光发出警示。通过电磁辐射强度地图来对变电站以及周侧的电磁环境进行显示，更加直观易于理解，能够及时发现电磁辐射超标的地点，可以迅速去解决问题，提高了反应速度。

轨道网包括若干个直径依次增大且圆心设置在变电站中心的圆形的架空轨道，所述两两相邻的架空轨道直径差值相等，即这些架空轨道在平面内是圆形的，围绕变电站中心设置，架空轨道的直径依次增大且增大的数值相等，使得监测装置能够监测到的信息对于地点的选择更加合理，也更加均匀。对于监测装置在移动监测过程中地点的监测是通过架空轨道上设置的分布式光纤振动传感器来实现的，当监测装置发送一个监测信息后，分布式光纤振动传感器便可将该时刻的地理位置信息发送至监控中心，两者相结合实现对某点某时刻的电磁辐射监测。分布式光纤传感器对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器，而振动传感器是其中的一种，该地理位置监测的优点在于整个传感元件仅采用光纤，价格较低，不会受到周围复杂磁场环境的影响，可以对整个监测模块移动中进行时时监测，误差极小甚至没有。此外在监测模块还设置有温度传感器，这样在监测某点电磁辐射时，反馈至监控中心的有电磁辐射信息、温度信息，监控中心再将温度信息发送至工控机进行计算，对分布式光纤振动传感器进行温度补偿，可以减小监测的误差。

监测模块地理位置的监测还可以采用光纤光栅传感器来实现，其也属于光纤传感的一种，采用该方法无法对整个架空轨道上监测模块位移进行监测，而是当监测模块所在的轨道车移动至光纤光栅传感器上时会被监测到。采用该方法使得电磁辐射的监测具有规律性，当移动至规定的地点时将辐射监测信息发送至监控中心，通过规律设置的多个光纤光栅传感器来选择地点，实现对变电站的整体覆盖，满足辐射监测的要求，降低信息处理的数量，在整个监测过程叫分布式光纤振动传感器来说简单化。

本发明的有益效果如下：

1、仅仅使用少量的电磁辐射监测仪便可实现对整个变电站以及周侧的电磁辐射监测，对设备的使用量较少，且现场不需要布置复杂的线路，并且采用架空的轨道网，不会对变电站日常的运行使用造成额外的影响；

2、通过电磁辐射强度地图来对变电站以及周侧的电磁环境进行显示，更加直观易于理解，能够及时发现电磁辐射超标的地点，可以迅速去解决问题，提高了反应速度；

3、对监测模块监测辐射强度时所在地理位置的确定采用分布式光纤振动传感器，整个传感元件仅采用光纤，价格较低，不会受到周围复杂磁场环境的影响，可以对整个监测模块移动中进行时时监测，误差极小甚至没有。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明变电站电磁污染远程在线监测系统的系统结构图；

图2是本发明轨道网的结构示意图；

图3是本发明分布式光纤振动传感器的结构示意图；

图4是本发明弹性支撑机构的结构示意图；

图5是本发明光纤光栅传感器的结构示意图；

图6是本发明光纤光栅传感器的系统结构图。

具体实施方式

下面结合图1至图6对本发明技术方案进一步展示，具体实施方式如下：

实施例一

如图1和图2所示：本实施例提供了一种变电站电磁污染远程在线监测系统，包括相连接的监控中心1和移动式监测单元2，所述移动式监测单元2包括设置在变电站内部和周侧的轨道网6以及设置在轨道网6上的移动监测模块4，所述移动监测模块4包括行走机构13、设置在所述行走机构13上的监测装置12和第一通信装置3，所述轨道网6上设置定位装置5。

所述轨道网6包括若干个直径依次增大且圆心设置在变电站中心的圆形的架空轨道16，所述若干个架空轨道16等间隔设置。

所述行走机构13采用与所述架空轨道16相配合的电动轨道车，所述监测装置12包括电磁辐射监测仪14，所述第一通信装置3采用GPRS通信模块。

本发明与现有技术最大的不同点在于监测单元是可移动的，移动监测模块通过轨道网在变电站内和周侧规律性移动，并在移动的过程中针对不同地点实时监测电磁辐射强度。监测装置包括电磁辐射监测仪，可用于电场、磁场辐射检测，第一通信装置采用GPRS模块可以保证信息传递的准确性、远距离性，可满足大范围内的电磁强度监测。该监测方法仅仅使用少量的电磁辐射监测仪便可实现对整个变电站以及周侧的电磁辐射监测，对设备的使用量较少，且现场不需要布置复杂的线路，并且采用架空的轨道网，不会对变电站日常的运行使用造成额外的影响。轨道网包括若干个直径依次增大且圆心设置在变电站中心的圆形的架空轨道，所述若干个架空轨道等间隔设置，即这些架空轨道在平面内是圆形的，围绕变电站中心设置，架空轨道的直径依次增大且增大的数值相等，这样可以将监测区域均匀化，同一直径上两两相邻监测点的距离相等，使得监测装置能够监测到的信息对于地点的选择更加合理，也更加均匀。

行走机构可以根据架空轨道的数量来设计，每个架空轨道上设置一个行走机构，且行走机构的角速度可以一致，监测信息可以相互配合使用，效果更好。使用时，行走机构在架空轨道上运动，监测装置监测电磁辐射信息，与定位装置监测到的位置信息相配合，形成一个监测网络，仅适用少量的电磁辐射传感器便可以满足整个变电站的监测需求。

实施例二

如图1至图2所示：其与实施例一的区别在于：

所述监控中心1包括用于接收电磁环境监测信息的第二通信装置7以及与所述第二通信装置7相连接并进行变电站电磁环境汇总管理的工控机8。

所述工控机8与GIS系统模块11连接，具体包括将变电站内各设备位置信息以及各位置信息监测到的电磁辐射数据录入GIS系统模块11内，分析以及在显示设备10上以电磁辐射强度地图的形式进行展示，对电磁辐射的变化进行实时监测，从而实现对各个电器设备屏蔽装置的完好进行监测。

所述显示设备10采用壁挂式公示显示屏，所述显示设备10上设置声音报警器9，所述GIS系统模块11内设置报警模块，具体包括电磁辐射强度超标时在电磁辐射强度地图上对应该地点发出红光进行提醒。

第二通信装置也采用GPRS模块，与第一通信装置配套使用，工控机是一种大型工业控制计算机，不止具有普通计算机功能，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。GIS系统是地理信息系统，该模块在市面上已非常成熟，针对于本发明，GIS系统模块主要录入的是变电站以及周边的地理位置信息，并预留接口随时对变电站的变动进行修改。

监控中心包括用于接收电磁环境监测信息的第二通信装置以及与所述第二通信装置相连接并进行变电站电磁环境汇总管理的工控机，第二通信装置与第一通信装置信号连接，接收来自现场的监测信息，并将监测系系发送至工控机，工控机与GIS系统模块连接，GIS系统模块内设置有变电站地图，将监测点监测到的电磁辐射信息与变电站地图相结合，形成一个电磁辐射强度地图，即通过显示设备在电子地图上显示监测点的电磁辐射强度，在电磁辐射强度超标时，通过声音报警器以及电子地图上对应辐射超标地点闪红光发出警示。通过电磁辐射强度地图来对变电站以及周侧的电磁环境进行显示，更加直观易于理解，能够及时发现电磁辐射超标的地点，可以迅速去解决问题，提高了反应速度。

实施例三

如图1至图4所示：其与实施例一的区别在于：

对于监测装置在移动监测过程中地点的监测是通过架空轨道上设置的分布式光纤振动传感器来实现的，当监测装置发送一个监测信息后，分布式光纤振动传感器便可将该时刻的地理位置信息发送至监控中心，两者相结合实现对某点某时刻的电磁辐射监测。分布式光纤传感器对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器，而振动传感器是其中的一种，该地理位置监测的优点在于整个传感元件仅采用光纤，价格较低，不会受到周围复杂磁场环境的影响，可以对整个监测模块移动中进行时时监测，误差极小甚至没有。此外在监测模块还设置有温度传感器，这样在监测某点电磁辐射时，反馈至监控中心的有电磁辐射信息、温度信息，监控中心再将温度信息发送至工控机进行计算，对分布式光纤振动传感器进行温度补偿，可以减小监测的误差。

具体对分布式光纤振动传感器的使用是通过行走机构的轮子在架空轨道上行走时，对布置在架空轨道上的分布式光纤振动传感器进行按压，来监测行走机构的位置。其具体的结构为：

所述定位装置5包括所述架空轨道16上设置的线槽19、所述线槽19底部的弹性支撑机构18、和所述弹性支撑机构18上表面设置的分布式光纤振动传感器17，所述分布式光纤振动传感器17顶部高于所述线槽19顶部，所述分布式光纤振动传感器17与所述监控中心1连接。轮子在架空轨道上移动时，会按压分布式光纤传感器，因为弹性支撑机构的作用，在按压时光纤传感器会弯折振动，以此来对位置信息进行监测。当轮子过去后，又会因为弹性支撑机构的作用，将光纤传感器弹起回位，不影响下一轮的监测。而为了考虑到轮子可以按压到光纤传感器，则光纤传感器的顶端需要高于线槽的顶部。

所述监测装置12还包括温度传感器15，用于对所述分布式光纤振动传感器17进行温度补偿。

所述分布式光纤振动传感器17顶部高于所述线槽19顶部0.5cm至1cm，高出的高度不能太大，否则会引起行走机构的不稳定，容易发生事故，但又不能太小，振动不明显会造成误差。

所述弹性支撑机构18包括条状的弹性橡胶，所述弹性支撑机构18上表面设置与所述分布式光纤传感器17相配合的弧形槽体20，所述分布式光纤传感器17下表面与所述弧形槽体20的表面粘接在一起。光纤传感器是在弹性支撑机构的上方，为了保证其稳定性，通过弧形槽体来固定，且两者之间通过粘结剂进行粘接，避免光纤传感器意外跳动，造成监测的误差。弹性支撑机构可以采用弹簧、泡沫、橡胶等制件，优选橡胶制件，其耐用性较强。

实施例四

如图1、图2、图5和图6所示：其与实施例三的区别在于：

监测模块地理位置的监测还可以采用光纤光栅传感器来实现，其也属于光纤传感的一种，采用该方法无法对整个架空轨道上监测模块位移进行监测，而是当监测模块所在的轨道车移动至光纤光栅传感器上时会被监测到。采用该方法使得电磁辐射的监测具有规律性，当移动至规定的地点时将辐射监测信息发送至监控中心，通过规律设置的多个光纤光栅传感器来选择地点，实现对变电站的整体覆盖，满足辐射监测的要求，降低信息处理的数量，在整个监测过程叫分布式光纤振动传感器来说简单化。具体结构为：

所述定位装置5包括所述架空轨道16上间隔设置的若干个传感器槽22，所述传感器槽22内设置光纤光栅传感器21，所述若干个光纤光栅传感器21之间通过传输光纤25连接，所述光纤光栅传感器21顶部高于所述传感器槽22上沿0.5cm至1cm，所述传输光纤25设置在所述架空轨道16上设置的空腔24内。光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量，当行走机构的轮子压在光纤光栅传感器上时，其会发生应变，从而被检测到行走机构是否到达光纤光栅传感器上方，从而实现定点式辐射测量。

所述传输光纤25的一端设置宽带光源26，所述传输光纤25的另一端通过光纤光栅网络分析仪27与所述监控中心1连接。宽带光源发出信号，光纤光栅网络分析仪检测到信号波长的变化并将波长信号转换为相应的电信号，监控中心对接收到的电信号进行处理，从而计算出哪个光纤光栅传感器受到压力从而形变，就实现了对行走机构的位移测量。

所述光纤光栅传感器21两端设置斜面垫块23。斜面垫块利于行走机构的轮子爬上光纤光栅传感器，避免传感器受到侧向的冲击力过大，利于保护设备。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：包括相连接的监控中心和移动式监测单元，所述移动式监测单元包括设置在变电站内部和周侧的轨道网以及设置在轨道网上的移动监测模块，所述移动监测模块包括行走机构、设置在所述行走机构上的监测装置和第一通信装置，所述轨道网上设置定位装置。

2.如权利要求1所述的变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：所述监控中心包括用于接收电磁环境监测信息的第二通信装置以及与所述第二通信装置相连接并进行变电站电磁环境汇总管理的工控机。

3.如权利要求2所述的变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：所述工控机与GIS系统模块连接，具体包括将变电站内各设备位置信息以及各位置信息监测到的电磁辐射数据录入GIS系统模块内，分析以及在显示设备上以电磁辐射强度地图的形式进行展示，对电磁辐射的变化进行实时监测，从而实现对各个电器设备屏蔽装置的完好进行监测。

4.如权利要求3所述的变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：所述显示设备采用壁挂式公示显示屏，所述显示设备上设置声音报警器，所述GIS系统模块内设置报警模块，具体包括电磁辐射强度超标时在电磁辐射强度地图上对应该地点发出红光进行提醒。

5.如权利要求1所述的变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：所述轨道网包括若干个直径依次增大且圆心设置在变电站中心的圆形的架空轨道，所述若干个架空轨道等间隔设置。

6.如权利要求5所述的变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：所述行走机构采用与所述架空轨道相配合的电动轨道车，所述监测装置包括电磁辐射监测仪，所述第一通信装置采用GPRS通信模块。

7.如权利要求6所述的变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：所述定位装置包括所述架空轨道上设置的线槽、所述线槽底部的弹性支撑机构、和所述弹性支撑机构上表面设置的分布式光纤振动传感器，所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部，所述分布式光纤振动传感器与所述监控中心连接。

8.如权利要求7所述的变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：所述监测装置还包括温度传感器，用于对所述分布式光纤振动传感器进行温度补偿。

9.如权利要求8所述的变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部0.5cm至1cm。

10.如权利要求9所述的变电站电磁污染远程在线监测系统，其特征在于：所述弹性支撑机构包括条状的弹性橡胶，所述弹性支撑机构上表面设置与所述分布式光纤传感器相配合的弧形槽体，所述分布式光纤传感器下表面与所述弧形槽体的表面粘接在一起。