CN112986695A - 一种变电站电磁场个体检测系统 - Google Patents

一种变电站电磁场个体检测系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种变电站电磁场个体检测系统，包括头戴式检测设备、通讯模块和便携式终端设备；所述头戴式检测设备置于头顶，用于采集并处理电磁场检测数据；在便携式终端设备中完成数据的计算、存储、上传和分析功能；所述头戴式检测设备和便携式终端设备通过通讯模块进行数据传输。本申请能够实现空间内三轴电磁场的综合场强值测试，同时能够工作、职业暴露标准进行计权评价。

Description

一种变电站电磁场个体检测系统
技术领域
本发明属于电网人员个体职业性有害因素(工频电场、工频磁场)监测技术领域，涉及一种用于变电站、电厂内的巡检的电磁场个体检测系统。
背景技术
目前，社会对电磁辐射越来越敏感，发电厂、输电线、小区内变电站建设以及日常运营维护中收到公民对辐射的质疑的同时，电网内生产、运维人员对电磁辐射是否超标也没有明确的认知。
现有电网的变电站、线路在运行过程中会产生工频电场、工频磁场和噪声等职业性有害因素，根据“健康中国”、《职业病防治法》等的要求，需要对电网中产生的职业性有害因素进行检测，同时需要对电网的作业人员工频电场、工频磁场进行检测。
然而，现有技术中无针对电网作业人员个体工频电场、工频磁场的检测仪器。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种变电站电磁场个体检测系统，实现了频率30Hz-1kHz的工频电磁场场强测量，测量误差小，可实现不同频率的测量要求。
为了实现上述目标，本申请采用如下技术方案：
一种变电站电磁场个体检测系统，所述个体检测系统包括头戴式检测设备、通讯模块和便携式终端设备；
所述头戴式检测设备置于头顶，用于采集并处理电磁场检测数据；
所述便携式终端设备对头戴式检测设备采集的数据进行远程管理，在便携式终端设备中完成数据的计算、存储、上传和分析；
所述头戴式检测设备和便携式终端设备通过通讯模块进行数据传输。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，所述头戴式检测设备包括电场传感器模块、磁场传感器模块、采集模块、快速傅里叶变换模块、主控模块、内部校正模块、传输模块和LED灯显示模块；
所述主控模块控制下，所述采集模块通过电场传感器模块和磁场传感器模块采集电流信号，将电流信号转换为电压信号，电压信号通过采集模块转变为数字信号，经快速傅里叶变换模块进行傅里叶变换，经过窗函数得到频谱数据，频谱数据通过内部校正模块校正后，经传输模块输出至便携式终端设备，所述LED灯显示模块用于显示头戴式检测设备的工作状态。
优选地，所述内部校正模块内置校正因子，依据天线的频率响应曲线校正频谱数据。
优选地，所述便携式终端设备内建数据库，基于便携式终端设备实时采集的环境及位置数据和头戴式检测设备传输的数据，对每个用户的电场强度和磁场强度依据时间进行加权计算和存储，若电场强度和/或磁场强度加权计算值超标则进行报警，所述电场强度和磁场强度加权计算公式如下：
Figure BDA0002298138660000021
Figure BDA0002298138660000022
其中：E8为工频电场8h时间加权平均值，单位为V/m或kV/m；T0取8h；Ei为现场测量的工频电场强度，单位为V/m或kV/m；Ti为接触电场时间，单位h；n为不同电场值或磁场值的个数；H8为工频磁场8h时间加权平均值，单位为μT或mT；Hi为现场测量的工频电场磁度，单位为μT或mT。
优选地，以电场职业暴露标准5kV/m，公众暴露标准4kV/m判断电场强度是否超标；
以磁场职业暴露标准500μT，公众暴露标准100μT判断磁场强度是否超标。
优选地，所述便携式终端设备还包括自检模块和修正模块；
所述自检模块用于便携式终端设备的状态自检和头戴式检测设备的工作状态检测；
所述修正模块通过建模模拟和实际多频段测量拟合得出电磁场真实值，从而消除人体对电磁场的畸变。
优选地，所述头戴式检测设备设有硅胶条预留接口，与带胶魔术贴的安全帽配合使用，稳固于安全帽上。
优选地，所述头戴式检测设备底端采用硅胶或eva材质增强摩擦力。
优选地，所述通讯模块使用光纤或蓝牙进行通讯。
优选地，所述个体检测系统使用接触式充电。
优选地，所述个体检测系统通过建立网络服务器，利用便携式终端设备的通信功能，将数据进行回传，对数据进行远端管理，并依据时间和便携式终端设备GPS信息形成数据网。
本申请所达到的有益效果：
本申请能够实现空间内三轴电磁场的综合场强值测试，同时能够工作、职业暴露标准进行计权评价，具体包括如下优点：
1.采用高速采样+DSP方案实现频谱分析，可区分信号在不同频率的强弱，进行针对性分析；
2.头戴式设计，方便工作使用；
3.分体式设计，主测量位于头顶，将其他部分器件下移，符合人体工学；
4.头戴式检测设备内置校正因子，可将工频电磁场误差控制在5％以内；便携式终端设备通过建模模拟和实际多频段测量拟合得出电磁场真实值，可将人体对电磁场的畸变消除；
5.本申请为小型化设备，可使用光纤连接，避免干扰问题；
6.本申请使用接触式充电；
7.便携式终端设备可内置光纤接口，可完成数据的计算，存储，上传，分析等功能；
8.本申请通过建立数据库，分配账号，分别对使用设备的人的电磁场强依据时间进行加权计算。
附图说明
图1是本申请一种变电站电磁场个体检测系统的结构示意图；
图2是本申请一种变电站电磁场个体检测系统的工作过程示意图；
图3是本申请实施例中内部校正模块针对人体对工频电场的畸变拟合图；
图4是本申请实施例中便携式终端设备对人体电磁场强的评估流程；
图5是本申请实施例中个体检测系统对数据进行回传及管理的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
本申请针从巡检人员在巡检过程中测量方便出发，将测试仪置于头顶，以专用方式固定，解放测试人员的双手，打破传统的测量方式，既解决了传统仪器测量不便，又能消除公众、电网工作人员的不安，同时依据标准给工作人员的工作环境进行提醒。
如图1所示，本申请的一种变电站电磁场个体检测系统，包括头戴式检测设备、通讯模块和便携式终端设备(如平板电脑)；
所述头戴式检测设备置于头顶，用于采集并处理电磁场检测数据；
所述头戴式检测设备包括电磁场检测仪器(30Hz-1kHz)。
实施例中，为了不破坏现有头盔的安防强度，所述头戴式检测设备设有硅胶条预留接口，与带胶魔术贴的安全帽配合使用，稳固于安全帽上。
所述头戴式检测设备底端采用硅胶或eva材质增强摩擦力。
如图2所示，实施例中，所述头戴式检测设备包括电场传感器模块、磁场传感器模块、采集模块、快速傅里叶变换模块、主控模块、内部校正模块、传输模块和LED灯显示模块；
所述主控模块控制下，所述采集模块通过电场传感器模块和磁场传感器模块采集电流信号，将电流信号转换为电压信号，电压信号通过采集模块转变为数字信号，经快速傅里叶变换模块进行傅里叶变换，经过窗函数得到频谱数据，频谱数据通过内部校正模块校正后，经传输模块输出至便携式终端设备，所述LED灯显示模块用于显示头戴式检测设备的工作状态。
快速傅里叶变换可详细对各个频率的电磁信号进行分辨；
所述内部校正模块内置校正因子，依据天线的频率响应曲线校正频谱数据，完成设备出证书前的基础校正。实施例中，天线对不同信号的敏感度不同，对应的乘以校正因子，比如空间内值应该是10，但是天线对50Hz和100Hz的响应不一样，需要乘以系数进行校正。
所述便携式终端设备为数据接入端，对头戴式检测设备测出的数据进行远程管理，在便携式终端设备中完成数据的计算、存储、上传和分析；
调用便携式终端设备串口数据可进行计算、分析；
实施例中，如图4所示，所述便携式终端设备内建数据库，基于便携式终端设备实时采集的环境及位置数据和头戴式检测设备传输的数据，对每个用户的电场强度和磁场强度依据时间进行加权计算和存储，若电场强度和/或磁场强度加权计算值超标则进行报警，所述电场强度和磁场强度加权计算公式如下：
Figure BDA0002298138660000051
Figure BDA0002298138660000052
其中：E8为工频电场8h时间加权平均值，单位为V/m或kV/m；T0取8h；Ei为现场测量的工频电场强度，单位为V/m或kV/m；Ti为接触电场时间，单位h；n为不同电场值或磁场值的个数；H8为工频磁场8h时间加权平均值，单位为μT或mT；Hi为现场测量的工频磁场强度，单位为μT或mT。
实施例中，以电场职业暴露标准5kV/m，公众暴露标准4kV/m判断电场强度是否超标；以磁场职业暴露标准500μT，公众暴露标准100μT判断磁场强度是否超标。
实施例中，所述便携式终端设备还包括自检模块和修正模块；
所述自检模块用于便携式终端设备的状态自检和头戴式检测设备的工作状态检测；
所述修正模块通过建模模拟和实际多频段测量拟合得出电磁场真实值，从而消除人体对电磁场的畸变。
实施例中，经过现场实地测量，采集相同位置不同身高体重的人的电场值与该点无人值，针对人体对工频电场的畸变进行大量数据拟合，发现实际规律。
同时，使用仿真软件仿真人体对该区域的影响。
两者同时作用，拟合出该区间的真实值，如图3所示。
所述头戴式检测设备和便携式终端设备通过通讯模块进行数据传输。
实施例中，所述通讯模块使用光纤或蓝牙进行通讯，使用光纤通讯时，头戴式检测设备和便携式终端设备内置光纤通信功能。
所述个体检测系统使用接触式充电；
所述个体检测系统通过建立网络服务器，利用便携式终端设备的通信功能，将数据进行回传，可将数据进行远端管理，并可依据时间、便携式终端设备GPS等信息形成数据网。
如图5所示，实施例中，实测数据通过便携式终端设备的移动通信功能使用专用VPN传输，本地可实现按照GPS信息站点的分类管理。
实时传回的数据，存储在云端数据库中。远端可以实时监测同一时间不同站点的实时值，在地图上全面显示，行成数据网络。
也可深度对传回的数据进行超标分析，对单账户内数据进行分析，对同一站点所有数据进行分析等。
综上所述，本申请属于对50Hz以及其12次谐波在头戴式检测仪器的应用；属于DSP+FPGA+x86在系统内的综合应用；
本申请通过天线、数字化信号、数字信号处理、将空间内的电磁场信号转化为数值，对电磁场信号进行量化；通过硬件的连接，软硬件交互整合、高速数据整合和处理，实现了频率30Hz-1kHz的工频电磁场场强测量，并依据GB8702-2014《电磁环境控制限值》等标准，对电磁场环境进行评价；
同时本申请基于高密度多层PCB的堆叠技术实现了申请的小型化；
本申请通过底层的傅里叶变换和加窗函数，可实现5％以内的误差；提供多种数据传输方式(蓝牙、光纤)、以实现多元化的应用场景；提供多种频谱拼接技术，实现不同频率的测量要求，满足不同场景(主要用于变电站、电厂内的巡检)。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述个体检测系统包括头戴式检测设备、通讯模块和便携式终端设备；
所述头戴式检测设备置于头顶，用于采集并处理电磁场检测数据；
所述便携式终端设备对头戴式检测设备采集的数据进行远程管理，在便携式终端设备中完成数据的计算、存储、上传和分析；
所述头戴式检测设备和便携式终端设备通过通讯模块进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述头戴式检测设备包括电场传感器模块、磁场传感器模块、采集模块、快速傅里叶变换模块、主控模块、内部校正模块、传输模块和LED灯显示模块；
所述主控模块控制下，所述采集模块通过电场传感器模块和磁场传感器模块采集电流信号，将电流信号转换为电压信号，电压信号通过采集模块转变为数字信号，经快速傅里叶变换模块进行傅里叶变换，经过窗函数得到频谱数据，频谱数据通过内部校正模块校正后，经传输模块输出至便携式终端设备，所述LED灯显示模块用于显示头戴式检测设备的工作状态。
3.根据权利要求2所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述内部校正模块内置校正因子，依据天线的频率响应曲线校正频谱数据。
4.根据权利要求1所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述便携式终端设备内建数据库，基于便携式终端设备实时采集的环境及位置数据和头戴式检测设备传输的数据，对每个用户的电场强度和磁场强度依据时间进行加权计算和存储，若电场强度和/或磁场强度加权计算值超标则进行报警，所述电场强度和磁场强度加权计算公式如下：
Figure FDA0002298138650000011
Figure FDA0002298138650000012
其中：E8为工频电场8h时间加权平均值，单位为V/m或kV/m；T0取8h；Ei为现场测量的工频电场强度，单位为V/m或kV/m；Ti为接触电场时间，单位h；n为不同电场值或磁场值的个数；H8为工频磁场8h时间加权平均值，单位为μT或mT；Hi为现场测量的工频磁场强度，单位为μT或mT。
5.根据权利要求4所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
以电场职业暴露标准5kV/m，公众暴露标准4kV/m判断电场强度是否超标；
以磁场职业暴露标准500μT，公众暴露标准100μT判断磁场强度是否超标。
6.根据权利要求4所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述便携式终端设备还包括自检模块和修正模块；
所述自检模块用于便携式终端设备的状态自检和头戴式检测设备的工作状态检测；
所述修正模块通过建模模拟和实际多频段测量拟合得出电磁场真实值，从而消除人体对电磁场的畸变。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述头戴式检测设备设有硅胶条预留接口，与带胶魔术贴的安全帽配合使用，稳固于安全帽上。
8.根据权利要求7所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述头戴式检测设备底端采用硅胶或eva材质增强摩擦力。
9.根据权利要求1-6任一所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述通讯模块使用光纤或蓝牙进行通讯。
10.根据权利要求1-6任一所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述个体检测系统使用接触式充电。
11.根据权利要求1-6任一所述的一种变电站电磁场个体检测系统，其特征在于：
所述个体检测系统通过建立网络服务器，利用便携式终端设备的通信功能，将数据进行回传，对数据进行远端管理，并依据时间和便携式终端设备GPS信息形成数据网。
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