CN111521877A - 一种暂态电磁环境分布式无线测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种暂态电磁环境分布式无线测量系统及方法，所述系统包括：前端测量装置，所述前端测量装置包括多个测量节点；其中，每个测量节点均包括：电磁暂态传感器、数据采集设备、工控机、数据存储设备、路由器、电源模块和屏蔽壳；后端监控操作设备，用于监测和控制各测量节点，查看各测量节点的所测量到的电磁暂态波形；用于与各测量节点内的工控机进行人机交互，控制各测量节点的数据采集设备；用于根据测量结果与测量位置的对应关系，绘制获得测量区域内的暂态电磁分布图；其中，各测量节点和后端监控操作设备通过电信运营商的4G或5G网络通讯；通过账户方式管理多个测量节点。本发明能够实现暂态电磁环境分布式无线测量。

Description

一种暂态电磁环境分布式无线测量系统及方法

技术领域

本发明属于高电压测量与电磁兼容技术领域，特别涉及一种暂态电磁环境分布式无线测量系统及方法。

背景技术

变电站内存在大量的开关设备，例如：隔离开关、断路器等；开关操作是变电站的常规操作，例如：隔离开关投切空载变压器、切合高压空载母线，以及断路器切合高压母线和线路等。开关操作中，尤其是切合空载母线时，将在母线和输电线路上产生强大的操作过电压和电流，此时母线相当于天线，将暂态电磁场的能量向周围空间辐射，同时通过连接在母线或线路上的测量设备(CT、PT和CVT)等直接耦合至二次回路，对变电站内的二次设备造成电磁干扰。另外，辐射到空间的暂态电磁场的能量被变电站内的设备反射、叠加，使得变电站的暂态电磁环境更加复杂。研究和掌握变电站由于操作或故障等暂态干扰源引起的暂态电磁干扰的空间和时域的环境分布、传播及其幅值的数值特征，是基于现场测量方法的暂态磁场干扰分析最直接有效的手段。对于指导和推进智能变电站的建设有着非常重要的作用。对于变电站的暂态电磁环境分布研究需要通过分布式测量掌握其分布规律，即在研究区域内布设多个测量点同时对一个暂态骚扰进行采集、测量。

对于电网设备电磁暂态现象的测量包括：暂态电压、电流、磁场和电场的测量，对于敞开式的设备暂态骚扰频率在10MHz以内，而对于GIS设备暂态骚扰频率在几十MHz，对测量设备自身的准确测量、抗干扰措施要求非常高。

目前，对于电网设备的电磁暂态骚扰的单点测量最有效的是光纤式电磁暂态测量系统，该系统由测量前端、光纤传输及后端采集控制计算机组成，能够有效的在变电站这样复杂的强电磁干扰环境下进行暂态电磁骚扰测量，配合不同的传感器可以测量暂态过电压、暂态电流、暂态电场、暂态磁场和暂态地电位升。而对于变电站暂态电磁骚扰的环境分布测量，尚无有效的测量设备。

目前对于分布点少，测量区域小的电磁暂态分布式测量，主要是通过采用多套电缆或光纤传输方式的电磁暂态测量系统同时进行测量来解决的。采用电缆传输方式进行电磁骚扰测量，容易受到干扰；采用光纤方式进行电磁骚扰测量，由于光纤的脆性，容易折断；另外，由于变电站内存在许多通道，经常需要走人或过车，电缆或光线容易被压断，且某些通道是不允许穿越布线的。因此，变电站内大量进行电缆和光纤布线进行分布式电磁暂态测量是不可行的。

综上所述，针对变电站暂态电磁干扰环境分布测量需要，亟需一种新的暂态电磁环境分布式无线测量系统和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种暂态电磁环境分布式无线测量系统及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够实现暂态电磁环境分布式无线测量；能够根据测量结果与测量位置的对应关系，获得测量区域内的暂态电磁分布图。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，包括：

前端测量装置，所述前端测量装置包括多个测量节点；其中，每个测量节点均包括：传感器(包括高频电压、电流、磁场、电场等传感器)、数据采集设备、工控机、路由器、电源模块和屏蔽壳；

后端监控操作设备，用于监测和控制各测量节点，查看各测量节点的所测量到的电磁暂态波形；用于与各测量节点内的工控机进行人机交互，控制各测量节点的数据采集设备；

其中，各测量节点和后端监控操作设备通过电信运营商的4G或5G网络通讯；通过账户方式管理多个测量节点；

其中，每个测量节点中，传感器用于变送暂态电压、电流及暂态电磁场信号；数据采集设备用于采集电磁暂态传感器输出的暂态电压、电流及暂态电磁场信号；工控机用于存储和处理数据采集设备采集的暂态电压、电流及暂态电磁场信号数据；数据采集设备采集的暂态电压、电流及暂态电磁场信号数据存储在工控机硬盘中；其中，数据存储操作受工控机上安装的数据采集设备随机附带的分析软件控制；路由器为4G或5G路由器，并插有有效的电信运营商的物联网卡，用于实现工控机与后端监控操作设备之间的4G或5G通信；电源模块用于为所述测量节点需供电的设备供电；屏蔽壳，用于屏蔽外界的电磁信号；屏蔽壳内安装有数据采集设备、路由器、电源模块和工控机，路由器的天线设置于屏蔽壳外。

本发明的进一步改进在于，每个测量节点的屏蔽壳内还安装有：

GPRS开关模块，用于数据采集设备、路由器、工控机的电源远程控制。

本发明的进一步改进在于，所述后端监控操作设备为智能手机、平板和Windows平台电脑；其中，加载有预设的远程控制软件；所述远程控制软件包括：控制端和被控端；被控端安装在测量节点内的工控机上，控制端安装在后端操作设备上，能够在控制端软件注册账号，被控端软件绑定注册的账号。

本发明的进一步改进在于，所述屏蔽壳包括：上桶体和下桶体；其中，上桶体和下桶体结合能够组成封口的桶形；下桶体开有穿线孔；上桶体、下桶体结合部的侧面设置有相互配合的弹簧卡扣，通过弹簧卡扣能够连接上桶体、下桶体；上桶体、下桶体结合部和接合面加工有相互配合的凸槽、凹槽，所述凹槽内嵌有电磁屏蔽条；所述上桶体、下桶体内分别设置有上安装板、下安装板，上安装板、下安装板之间通过支柱连接；其中，安装板和支柱均由绝缘材料制成。

本发明的进一步改进在于，所述屏蔽壳由铝或铜制成。

本发明的进一步改进在于，路由器、工控机固定安装在下安装板上；数据采集设备、电源模块安装在上安装板上。

本发明的进一步改进在于，所述数据采集设备，采样的模拟信号带宽大于等于200MHz，采样速率大于等于1GS/s，输入通道大于等于4个；路由器具有全频段蜂窝无线模块；工控机选用Windows平台嵌入式工控机，运行windows7以上操作系统，内存4G以上，SSD硬盘120G以上，具有100M网口和USB3.0，主板支持上电开机。

本发明的进一步改进在于，电源模块为可更换的12V20AH锂电池；或者，电源模块为输入220V、输出12V5A、隔离电压10KV的隔离电源适配器。

本发明的一种暂态电磁环境分布式无线测量方法，基于本发明的系统，包括以下步骤：

步骤1，按照预设测量方案，布置多个测量节点；其中，测量节点按照同一个账号下绑定的节点编号与放置位置相互对应，记录；

步骤2，打开GPRS远控开关，工控机上电开机；

步骤3，通过后端监控操作设备登陆账号，查看在线测量节点；其中，已经上电的测量节点与未上电的测量节点通过颜色区分；

步骤4，在后端监控操作设备上，点击已经上电的测量节点，进入被控工控机的桌面；通过键盘鼠标进行远程操作控制；

步骤5，打开数据采集设备控制软件，设置数据采集参数，进行电磁暂态测量；

步骤6，测量完成后，记录测量节点放置的位置，以及该位置的测量结果；即可根据测量结果与测量位置的对应关系，绘制获得测量区域内的暂态电磁分布图。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

目前利用光纤式电磁暂态测量系统进行分布式测量存在有以下问题：1.各测量点采集的波形图像和特征点数据无法同屏显示，这将导致无法通过实时的观察个测量点的波形形态和特征点数据，及时发现异常并对测量方案、测量点位置进行调整修正，因此极大影响测量的准确性、甚至导致测量失败；2.光纤式测量系统还存在准备时间长的问题，因为每个测量点都需布设通信光纤，连接光调制解调器，每更换测量点均需重新收、放光纤。光纤比较脆弱，频繁收、放和连接光纤易损坏光纤及插头。因此现场测量，每套测量系统配套两盘光纤，一盘使用，一盘备用；3.光纤式电磁暂态测量系统携带、运输不便，作为现场测量设备，需要在运至变电站现场进行使用，由于光纤式电磁暂态测量系统体积较大，设备模块较多，而且这些设备模块并未固定安装在一起，而是在测量现场布设光纤，连接各设备模块，因而便携性差；4.无法进行长期在线监测，需要测量人员现场操作；5.浪费人力，误工误时。由于每一套光纤式电磁暂态测量系统都需要2名测量人员操作记录，因此在同时使用多套光纤式电磁暂态测量系统进行分布式测量时，就需要多名测量人员操作，每更改一次数据采集设备的采集参数均需要在各测量点之间沟通协调，费时费力，容易出错。而采用电磁暂态分布式无线测量系统则可避免以上问题。在现有的光纤式电磁暂态测量系统中，数据采集设备安装在测量端的屏蔽罐内，后端的PC安装有数据采集设备的控制软件，测量端和控制的PC之间通过光纤通信传输数据。数据采集设备采集的数十上百兆的数据必须通过高速率高带宽的光纤实时传输至PC进行显示处理。4G网络的传输速率不能满足实时传输要求，本发明采用了边沿计算的方法，即采集到的数据就地进行分析，只传输经过处理后的结果数据，从而极大的减小了电磁暂态实时测量对4G网络传输速率的需求，解决了将无线4G网络应用于电磁暂态测量的难题。

本发明中，通过将工控机与数据采集设备集成在测量前端的测量节点内，工控机实时接收、处理和存储由数据采集设备所采集到的数据信息，无需直接通过网络传输大量采集数据至后端监控操作设备处理，仅需传输经过压缩、处理的结果信息和控制操作信息。工控机用于接收后端监控设备控制指令，控制数据存储设备，将处理后的数据输出至路由器；与后端监控操作设备通过路由器进行人机交互。

在用现有的光纤式电磁暂态测量系统进行分布式电磁暂态测量时，现有技术中的各测量点采集的波形图像和特征点数据无法同屏显示，本发明采取了在各测量节点内设置工控机处理采集的波形数据，通过账号统一管理，将各测量点工控机的波形图像视频信号统一传输至后端监控操作设备集中显示，多个测量点测量时需要的测量记录人员只需要2名左右，节约了人力，提高了测量效率和测量准确性，取得了很好的效果。

本发明通过将各设备模块固定安装在测量节点的屏蔽罐内，组成一个独立完整的一体化设备，与现有技术相比，无需测量现场布设安装光纤，减少了准备时间，且减少了设备和体积，便于携带运输。

本发明采用电信运营商的网络传输信号，通过远程控制软件可以远程控制工控机，设定数据采集设备参数。结合数据采集设备的自动采集功能实现无人值守自动采集，远程查看和下载数据，实现长期在线监测，与现有技术相比，扩大了使用范围。

本发明中设置有GPRS远控开关，用于数据采集设备、4G路由器、工控机的电源控制，当数据采集设备、4G路由器、工控机出现软故障时，可以通过GPRS远控开关断电重启恢复，当用锂电池组供电在现场测量时，需短时间停止测量时，可通过GPRS远控开关暂时关机节电，延长锂电池组的工作时长。

本发明中，将各个设备分别安装于上安装板和下安装板，便于打开上桶体，用同轴电缆从桶外穿过所述穿线孔，连接传感器至桶内的数据采集设备输入通道接口。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中，屏蔽壳的结构示意图；

图3是本发明实施例中，测量节点功能模块的示意框图；

图4是本发明实施例中，GPRS远控开关APP软件界面示意图；其中，图4中的(a)为设备列表页面卡示意图，图4中的(b)为开关1设备控制页面卡示意图，图4中的(c)为开关2设备控制页面卡示意图；

图5是本发明实施例中，远控控制界面示意图；

图6是本发明实施例中，测量的电磁骚扰电场幅值分布梯度曲线示意图；

图中，1、上桶体；2、下桶体；3、支脚；4、上安装板；5、下安装板；6、支柱；7、螺母；8、卡扣。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，包括：

前端测量装置，所述前端测量装置包括多个测量节点；

后端监控操作设备，用于监测和控制各测量节点，查看各测量节点的所测量到的电磁暂态波形，与各测量节点内的工控机进行人机交互，操作控制各测量节点的数据采集设备；所述后端监控操作设备可为安卓智能手机、平板和Windows平台电脑；其中加载有控制软件；例如：TeamViewer。

其中，前端测量节点和后端监控操作设备通过电信运营商的4G或5G网络通讯；

优选的，通过账户方式管理多个前端测量节点，每个账户下最多可添加64个前端测量节点。

请参阅图2和图3，本发明实施例中，所述前端测量节点包括：

传感器，是电力现场暂态电压、电流及暂态电磁场信号变送的装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号的信息输出，以满足整个电磁暂态测量系统信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

屏蔽壳，用于安装数据采集设备、4G路由器、GPRS开关模块、电源模块、工控机，并屏蔽外界的电磁信号免使这些设备因电磁干扰而不能正常工作。

数据采集设备，用于采集传感器输出的暂态电压、电流及暂态电磁场数据。

4G路由器，用于通过4G网络进行工控机与后端监控操作设备之间的通信。

工控机，用于存储和处理数据采集设备采集的暂态电压、电流及暂态电磁场信号数据。通过将工控机与数据采集设备集成在测量前端的测量节点内，工控机实时接收、处理和存储由数据采集设备所采集到的数据信息，无需直接通过4G网络传输大量采集数据至后端监控操作设备处理，仅需传输经过压缩、处理的结果信息和控制操作信息。工控机接收到后端监控设备控制指令，控制数据存储设备，将处理后的数据输出至4G路由器，与后端监控操作设备通过4G路由器进行人机交互。

GPRS远控开关，用于数据采集设备、4G路由器、工控机的电源控制，当数据采集设备、4G路由器、工控机出现软故障时，可以通过GPRS远控开关断电重启恢复，当用锂电池组供电在现场测量时，需短时间停止测量时，可通过GPRS远控开关暂时关机节电，延长锂电池组的工作时长。

电源模块，用于为数据采集设备、4G路由器、工控机、GPRS远控开关供电。

本发明实施例中，屏蔽壳为铝制屏蔽壳或铜制屏蔽壳。所述屏蔽壳为封口的桶形，可从中部分开，分为上桶体、下桶体。下桶体的圆柱面上开有穿线孔，上桶体、下桶体结合部外圆柱面上均匀铆接有相互配合的弹簧卡扣，通过卡扣能够连接上桶体、下桶体；上桶体、下桶体接合面加工有相互配合的凸、凹槽结构，上桶体、下桶体闭合能够形成密闭空间。在凹槽内嵌有电磁屏蔽条；当上桶体、下桶体连接时，上桶体的凸槽通过卡扣的弹簧作用，紧紧的压在下桶体凹槽内的电磁屏蔽条上，即方便快速拆装，又能达到良好的电磁屏蔽效果。

下桶体外底面焊接有4个铝制支脚，下桶体内部底面支脚位置有4个螺栓用来连接固定下安装板。

屏蔽壳内装有上安装板、下安装板，上安装板、下安装板之间通过支柱连接固定。

安装板和支柱均为绝缘材料，本实施例选用纤维增强环氧板作为安装板，尼龙作为支柱材料。亦可选用其他绝缘材料。

本发明实施例中，数据采集设备需要低功耗，并满足变电站的暂态电磁测量需要，即采样的模拟信号带宽大于等于200MHz，采样速率大于等于1GS/s，存储深度512MS，至少4个输入通道。宽量程范围多档可调，支持自动循环采集数据。支持上位机USB3.0通信接口。本实施例选用英国比克公司的6000系列数据采集卡，亦可选用其他满足采集要求的数据采集设备。

本发明实施例中，路由器为4G路由器，其可靠性和稳定性关系到整个测量系统的操作和控制，需选择采用工业级32位专用通信处理器的工业级路由器，应具有全频段蜂窝无线模块，支持三家电信运营商的4G网络。支持SIM卡接口，支持100M LAN口。且需要采用功耗小于10W的低功耗宽电压路由器。例如：赛诺联克4G工业路由器。实施例选用赛诺联克SLK-R602-LTE工业级路由器。也可选用其他性能相当或优于本实施例的4G路由器。

本发明实施例中，工控机作为测量节点中数据采集设备的控制主机，其性能关系到测量系统的数据存储速度，因此工控机应选用高性能低功耗的Windows平台嵌入式工控机。运行windows7以上操作系统。具有至少4G内存，120G以上SSD硬盘，具有100M网口和USB3.0，主板支持上电开机。例如：广州穗硕科技有限公司的J1900工控机。

本发明实施例中，GPRS远控开关宜选免插卡GPRS开关，待机功耗小于等于0.3W，工作功耗小于等于0.5W，支持手机、电脑控制。其作用是在测量节点用电池供电需暂停测量时，可以远控暂时关闭测量系统，延长电池电量消耗；在测量系统的工控机、路由器出现死机等软故障时可以远控强制断电重启恢复。

本发明实施例中，电源模块为可更换的12V20AH锂电池；或者输入220V、输出12V5A、隔离电压10KV的隔离电源适配器。在现场短时测量或无市电接口时可用锂电池供电，1块锂电池可连续采集9小时，长期在线监测采集时可将锂电池更换为隔离电源适配器。

本发明实施例中，4G路由器、工控机、GPRS远控开关用螺钉固定安装在下安装板上。数据采集设备、电源模块安装在上安装板上，便于打开上桶体，用同轴电缆从桶外穿过所述穿线孔，连接传感器至桶内的数据采集设备输入通道接口。其中，电源模块采用可拆卸方式安装，以便快速更换。

本发明实施例中，隔离电源适配器的输入端通过所述穿线孔连接至220V市电接口，隔离电源/锂电池输出端连接至GPRS远控开关输入端，GPRS远控开关的4G吸盘天线放置屏蔽壳外，天线输出端通过所述穿线孔连接至GPRS远控开关的SMA接口，GPRS远控开关输出端分别连接至4G路由器、工控机、数据采集设备的电源输入接口。

本发明实施例中，根据测量的暂态电磁参数选择相应的测量传感器，传感器放置在屏蔽壳外的待测位置，传感器通过同轴连接线经过屏蔽壳上所述穿线孔连接至数据采集设备上测量信号输入通道的BNC接口。数据采集设备的USB3.0接口连接至工控机的USB3.0接口。工控机的RJ45网口连接至4G路由器的LAN口。4G路由器的吸盘天线放置屏蔽壳外，天线输出端通过所述穿线孔连接至4G路由器的SMA接口。测量节点所有接线完成后用铝箔封堵下桶体穿线孔做好屏蔽。工控机安装有数据采集设备附带专用的控制分析软件以及远控软件的被控制端。

控制软件分为控制端和被控端，被控端安装在测量节点内的工控机上，控制端安装在手机、平板、PC等后端操作设备上。在控制端软件注册账号，被控端软件绑定账号，即可在控制端软件界面显示账号下的被控端设备是否在线，在线即可远程控制被控端设备。

由于电磁暂态测量的是高频信号和低频信号叠加，因此采集数据的速度高、时间长，数据采集设备采集的一个波形数据就可达几十上百兆，现有测量设备通过光纤来传输这样大的数据量进行测量。4G网络的传输速率远远不能满足电磁暂态实时测量时数据传输对带宽的需求。本发明中，数据采集设备采集的数据通过数据采集设备与工控机之间的USB3.0数据线传输至工控机，工控机安装有数据采集设备的随机控制软件，通过该控制软件可以实时将采集的数据转换为波形图像，并将该数据保存在指定的工控机硬盘位置，并不需要将采集的数据实时传输回后端监控操作设备，波形的显示和分析均由测量节点内的工控机完成，工控机的桌面图像视频信号经过远程控制软件压缩后，通过4G路由器、4G网传输到后端监控操作设备。后端监控操作设备的作用是代替了工控机的鼠标、键盘和显示器。因此通过4G网络传输的仅是工控机与显示器、键盘、鼠标的人机交互信息，极大的减小了对4G无线传输所需速率带宽的需求。使得4G无线网络能应用于大数据量的电磁暂态测量。

本发明实施例的一种暂态电磁环境分布式无线测量方法，包括以下步骤：

第一步：在需要测量的现场，按照测量方案的需要依次布置多个测量节点，测量节点按照同一个账号下绑定的节点编号与放置位置相互对应，并做好记录。每个测量节点连接好测量传感器；

第二步：打开上桶体安装好锂电池组(或安装好隔离电源)；在后端操作手机上打开GPRS远控开关app；工控机上电开机；

第三步：打开后端监控操作设备的控制端并登陆账号，即可看到账号下的在线测量节点。已经上电的测量节点以彩色显示，未上电的测量节点以灰色显示。

第四步：点击已上电的测量节点——选择远程控制，即可在后端监控操作设备上看到被控工控机的桌面图象，并可通过键盘鼠标进行操作控制，远程控制相应测量节点的工控机；

第五步：打开数据采集设备控制分析软件，设置数据采集参数，即可进行电磁暂态测量。

第六步：测量完成后，记录测量节点放置的位置，以及该位置的测量结果，根据结果与位置对应关系可绘制测量区域内的暂态电磁分布图。

在控制端界面可以小窗口屏幕墙的方式显示各测量节点的测量图像。测量完成后，依据各测量节点的波形数据结合测量节点的放置位置、相互距离等即可得出对于暂态电磁干扰的传播及分布数据。

具体实施例

请参考图1，图1为暂态电磁环境分布式无线测量系统示意图。本发明实施例的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统由多个前端测量节点、一个后端监控操作设备和控制软件以及4G网络组成。测量节点采集传感器的测量信号，并处理分析。4G网络传输图像及控制信号，后端监控操作设备显示被控工控机桌面图像和键、鼠人机交互。

请参考图2，图2为屏蔽壳结构示意图，铝制屏蔽壳包括上桶体1、下桶体2、支脚3、支柱6、上安装板4、下安装板5、卡扣8、螺母7。

请参考图3，图3为测量节点各功能模块的连接示意图。本发明实施例中，选择数据采集设备为英国比克公司的PC示波器，该示波器具有4个BNC模拟输入通道；1个探针补偿针脚；1个BNC外置触发器输入；1个BNC AWG/函数发生器输出。1个接地接线柱；1个USB3.0端口；1个DC12V电源输入。标准输入量程为±20V，根据系统测试需求，配合不同衰减的探针实现量程范围的扩充，量程范围11档设计(±10mV、±20mV、±50mV、±100mV、±200mV、±500mV、±1V、±2V、±5V、±10V、±20V)，以便适应不同幅度的被测信号。整机功耗小于12W。

本实施例选用商用的广州穗硕科技有限公司的J1900工控机，选用的工控机配置为：Intel赛扬J1900CPU，4G DDR3 1333/1600双通道内存，120G固态硬盘，USB2.0*4，USB3.0*1，千兆网卡。无风扇设计，12V DC电源输入，功耗15W。工控机设置为上电开机模式，安装数据采集设备随机的控制软件和远程控制软件被控端。

实施例选用赛诺联克SLK-R602-LTE工业级路由器。也可选用其他性能相当或优于本实施例的4G路由，选择的4G路由器参数为：工业级32位专用通信处理器，高性能全频段蜂窝无线模块，LINUX嵌入式实时操作系统，支持1个SIM卡接口，1个100M LAN口，1个10/100MWAN/LAN口，1个符合80211b/g/n规范WIFI接口，可同时为LAN口设备或者WIFI设备提供上网或者数据传输功能。宽温设计支持-40+70摄氏度工作环境，宽电压输入支持DC6-28V，通过电磁兼容性EMC测试，移动、联通、电信三网通用7模。

选用的GPRS远控开关模块待机功耗小于30mW，工作功耗小于50mW。打开GPRS开关控制app软件，软件界面参考图4所示，通过点击中间电源开关按钮分别进行开关1设备和开关2设备的控制。

传感器的输出通过同轴电缆和BNC接头连接在数据采集设备的采集输入通道输入端；数据采集设备的USB3.0输出端通过USB3.0传输线连接至工控机的USB3.0接口；工控机的的RJ45网口通过网线连接至4G路由器的LAN口；4G路由器的SAM输入口连接吸盘天线；天线和同轴电缆均穿过下桶的穿线孔；电源通过GPRS远控开关连接至各设备电源输入口给各设备供电；

图4是本发明实施例中，GPRS远控开关APP软件界面示意图，具体操作方式为：

将无线暂态测量终端中控装置安装在待测位置，连接好测量探头，在控制端智能手机上安装配套开发的手机app软件。在手机联网状态下，打开GPRS开关控制app软件，软件界面如图4所示。单击图4(a)设备列表页面卡，左上角设备列表下的“+”号，扫描罐体二维码添加设备，为设备修改名称；下一步选择添加的设备，如图4(b)所示为开关1设备控制页面卡，单击刷新，选择线路1；如图4(c)所示为开关2设备控制页面卡；下一步单击开关图标打开GPRS开关。如图4(b)所示，可在GPRS开关app上查看地图定位，单击左侧菜单栏的地图定位，即可参看此时GPRS开关所处的位置。

本发明实施例暂态电磁环境分布式无线测量系统具有三个测量节点，远程控制软件控制端界面参考图5所示。三点分布测量绘制的电场分布梯度图参考图6所示。

通过图5可知本实施例可通过远程控制进行电力现场电磁暂态信号的测量和控制。图5是本发明实施例中，远控控制界面示意图，具体操作方法为：在手机上用GPRS开关app打开GPRS开关，约3分钟后打开电脑的远控软件登陆账户，即可在设备列表中看到联网设备，可将联网设备加入“我的屏幕墙”进行监控多台设备，如图5所示为远程控制界面图。

图6是本发明实施例中，采用本发明的装置和方法测量绘制的电磁骚扰电场的工频稳态和高频暂态的幅值分布梯度曲线图，图中横轴为测量点与骚扰源的距离，纵轴为电场幅值，其中电磁骚扰引起的1MHz高频暂态电场变化由于频率较高，空间易于传播，而本次测试是在实验室环境下，仅测试了3米的距离范围，数据显示测量点距骚扰源间的距离相关性不大；50Hz低频稳态测量点距骚扰源间的距离影响较大，其电场幅值与距离近似指数关系。

本发明实施例中，通过将工控机与数据采集设备集成在测量前端的测量节点内，实时采集的数据由测量节点内的工控机处理，无需通过4G网络传输大量采集数据至后端监控操作设备处理，仅需传输经过压缩的工控机波形图像的视频数据和键盘、鼠标操作数据。因而极大的减小了电磁暂态实时测量对4G网络传输速率的需求，解决了将无线4G网络应用于电磁暂态测量的难题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，其特征在于，包括：

前端测量装置，所述前端测量装置包括多个测量节点；其中，每个测量节点均包括：传感器、数据采集设备、工控机、路由器、电源模块和屏蔽壳；

后端监控操作设备，用于监测和控制各测量节点，查看各测量节点的所测量到的电磁暂态波形；用于与各测量节点内的工控机进行人机交互，控制各测量节点的数据采集设备；

其中，各测量节点和后端监控操作设备通过电信运营商的4G或5G网络通讯；通过账户方式管理多个测量节点；

其中，每个测量节点中，传感器用于变送暂态电压、电流及暂态电磁场信号；数据采集设备用于接收传感器输出的暂态电压、电流及暂态电磁场信号；工控机用于存储和处理数据采集设备采集的暂态电压、电流及暂态电磁场信号数据；数据采集设备采集的暂态电压、电流及暂态电磁场信号数据存储在工控机硬盘中；其中，数据存储操作受工控机上安装的数据采集设备随机附带的分析软件控制；路由器为4G或5G路由器，并插有有效的电信运营商的物联网卡，用于实现工控机与后端监控操作设备之间的4G或5G通信；电源模块用于为所述测量节点需供电的设备供电；屏蔽壳，用于屏蔽外界的电磁信号；屏蔽壳内安装有数据采集设备、路由器、电源模块和工控机，路由器的天线设置于屏蔽壳外。

2.根据权利要求1所述的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，其特征在于，每个测量节点的屏蔽壳内还安装有：

GPRS开关模块，用于数据采集设备、路由器、工控机的电源远程控制。

3.根据权利要求1所述的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，其特征在于，所述后端监控操作设备为智能手机、平板和Windows平台电脑；其中，加载有预设的远程控制软件；

所述远程控制软件包括：控制端和被控端；被控端安装在测量节点内的工控机上，控制端安装在后端操作设备上，能够在控制端软件注册账号，被控端软件绑定注册的账号。

4.根据权利要求1所述的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，其特征在于，所述屏蔽壳包括：上桶体和下桶体；其中，上桶体和下桶体结合能够组成封口的桶形；

下桶体开有穿线孔；

上桶体、下桶体结合部的侧面设置有相互配合的卡扣，通过卡扣能够连接上桶体、下桶体；上桶体、下桶体结合部和接合面加工有相互配合的凸槽、凹槽，所述凹槽内嵌有电磁屏蔽条；

所述上桶体、下桶体内分别设置有上安装板、下安装板，上安装板、下安装板之间通过支柱连接；其中，安装板和支柱均由绝缘材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，其特征在于，所述屏蔽壳由铝或铜制成。

6.根据权利要求4所述的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，其特征在于，路由器、工控机固定安装在下安装板上；数据采集设备、电源模块安装在上安装板上。

7.根据权利要求1所述的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，其特征在于，所述数据采集设备，采样的模拟信号带宽大于等于200MHz，采样速率大于等于1GS/s，输入通道大于等于4个；

路由器具有全频段蜂窝无线模块；

工控机选用Windows平台嵌入式工控机，运行windows7以上操作系统，内存4G以上，SSD硬盘120G以上，具有100M网口和USB3.0，主板支持上电开机。

8.根据权利要求1所述的一种暂态电磁环境分布式无线测量系统，其特征在于，电源模块为可更换的12V20AH锂电池；

或者，电源模块为输入220V、输出12V5A、隔离电压10KV的隔离电源适配器。

9.一种暂态电磁环境分布式无线测量方法，其特征在于，基于权利要求1所述的系统，包括以下步骤：

步骤1，按照预设测量方案，布置多个测量节点；其中，测量节点按照同一个账号下绑定的节点编号与放置位置相互对应，记录；

步骤2，工控机上电开机；

步骤3，通过后端监控操作设备登陆账号，查看在线测量节点；其中，已经上电的测量节点与未上电的测量节点通过颜色区分；

步骤4，在后端监控操作设备上，点击已经上电的测量节点，进入被控工控机的桌面；通过键盘鼠标进行远程操作控制；

步骤5，打开数据采集设备控制分析软件，设置数据采集参数，进行电磁暂态测量；

步骤6，测量完成后，记录测量节点放置的位置，以及该位置的测量结果；根据测量结果与测量位置的对应关系，绘制获得测量区域内的暂态电磁分布图。

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