一种集成噪声的电磁环境监测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及输变电工程电磁环境监测领域，尤其涉及一种集成噪声的电磁环境监 测系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的不断发展，电力需求越来越大，电网投资日趋增多，在建项目的逐步投 产使得输变电建设处于高速发展的阶段。数据显示，到2015年我国输配电及控制设备的 市场规模将接近3200亿元。目前，我国输变电工程建设的发展趋势是：以220kV电网为基 础，逐步推进500kV电网结构的成熟，以特高压输电线路为主干网络的电力联网结构逐步 形成。然而，输变电工程的迅速发展造成了不可忽视的环境问题：高压输变电设备与地面之 间存在一定的电位差，而变电所内的导线多、设备架构方式多样，导致工程建设点周围存在 三维工频电场；同时电力设备在工作中各种风机散热过程中的噪声也给周围居民环境带来 了 一定的污染。
[0003] 近年来，工频电磁场的监测在全球范围内得到了非常迅速的发展，尤其是在欧洲 国家，许多大中城市都安装了固定点工频电磁场测量系统。意大利是国际上电磁辐射法规 和标准都较为建全的国家，对电磁辐射的管理体制相对较为成熟，在意大利境内有约1169 套固定点监测系统。在我国，自国家提出"建设资源节约型、环境友好型社会"和发展"绿色 经济、低碳经济"战略方针以来，全国各地电网公司掀起了建设绿色输变电工程的热潮。目 前，在北京、江苏以及浙江等地，不同程度上开展了电磁环境监测技术的试点工作。国内已 建立电磁环境监测的城市有北京(望京220kV户内变电站)、成都(安顺桥220kV变电站)、上 海(静安500kV户内变电站)、南京(淮海路110kV户内变电站、古平岗110kV户内变电站、厚 载巷110kV户内变电站）等。
[0004] 虽然我国对于电磁环境的监测日益重视，在多个地方已经进行了电磁环境的监 测，但已有的电磁环境监测产品在标准和规范、管理平台构建、实时数据监测、监测参数全 面性四个方面均存在不足。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种集成噪声的电磁环境 监测系统及方法，该方法通过集散式组网通讯，具有全量程、高精度且集成多种参数的特 点，可以进行24小时不间断监测。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种集成噪声的电磁环境监测系统，其中，包括电磁场监测装置、噪声及温湿度检测 装置、Zigbee无线通讯模块、光纤传输模块和信息显示单元；所述电磁场监测装置包括三 维电场传感器、三维磁场传感器、信号调理电路、AD转换模块和微处理器，所述三维电场传 感器、三维磁场传感器分别与所述信号调理电路连接，所述信号调理电路与AD转换模块连 接，所述AD转换模块连接微处理器；所述噪声及温湿度监测装置包括噪声传感器和温湿度 传感器，所述噪声及温湿度监测装置与所述电磁场监测装置连接；所述电磁场监测装置分 别与Zigbee无线通讯模块和光纤传输模块连接，所述Zigbee无线通讯模块和光纤传输模 块与所述信息显示单元连接。
[0007] 优选的，所述三维电场传感器和三维磁场传感器经程序控制增益放大器与接口电 路连接，所述接口电路与所述信号调理电路连接。
[0008] 优选的，所述噪声传感器采用驻极体电容传声器。
[0009] 优选的，所述电磁场监测装置与Zigbee无线通讯模块和光纤传输模块为单相链 路连接，所述Zigbee无线通讯模块和光纤传输模块与信息显示单元为双向链路连接。
[0010] 优选的，所述电磁场监测装置还包括磁场复位电路，所述磁场复位电路连接三维 磁场传感器。
[0011] 一种集成噪声的电磁环境监测方法，包括如下步骤： 由三维电场传感器、三维磁场传感器采集监测点的交直流电磁场数据； 将采集到的交直流电磁场数据经过信号调理电路处理后进行量程切换；然后将电磁场 数据送入AD转换模块将采集到的模拟信号转换数字信号，转换后的数字信号传送至微处 理器； 噪声及温湿度监测装置将采集到的噪声及温湿度信号传送至微处理器； 所述微处理器将接收到的电磁场、噪声及温湿度信号处理后，将电磁场、噪声及温湿度 信号通过通讯模块传输至信息显示单元，在信息显示单元进行实时动态显示。
[0012] 优选的，还包括判断步骤： 所述微处理器判断信号的通信距离，若通信距离在无线传输范围内则通过Zigbee无 线通讯模块上传至信息显示单元，若通信距离超出Zigbee无线通讯模块的传输范围则将 其切换为光纤传输。
[0013] 优选的，所述将采集到的交直流电磁场数据经过信号调理电路处理后进行量程切 换，包括： 所述信号调理电路将三维电场传感器和三维磁场传感器提取到的电压经过放大、滤波 和隔离后进行AD模数转换及处理，发出控制信号，驱动执行机构自动完成量程切换。
[0014] 优选的，所述噪声传感器采用驻极体电容传声器。
[0015] 本发明的有益效果是： 本发明通过构建集成噪声的电磁环境监测系统，实现输变电工程现场电磁环境的实时 监测，其可对高压直流电场、工频交流电场、磁场、噪声、温湿度进行全天候实时连续监测， 可根据需要部署多个终端组成分布式监测网络，具有数据存储和数据共享功能，前端监测 仪通过无线通讯模块和光纤将监测信息发送至上位机或服务器，解包后由IXD显示屏进行 各种信息的实时集中展示，满足各种户外使用条件。
[0016] 本发明针对不同电压等级的输变电工程，电磁环境的测量参数变化较大，可以在 较大的电磁场范围上进行精确监测，采用先进的电磁兼容技术提高测量精确度，同时采用 量程自动切换技术，实现宽范围电磁参数的动态平滑测量，并且集成噪声参数，为用户提供 合理的指导性信息，协助变电站噪声环境污染的防范和治理。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的系统结构示意图。
[0018] 图2是本发明量程自动切换控制流程示意图。
[0019] 图3本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0021] 如图1所示，本发明提供的集成噪声的电磁环境监测系统由前端电磁场监测装置 1、噪声及温湿度监控装置2、Zigbee无线通讯模块3、光纤传输模块4和信息显示单元5组 成。
[0022] 电磁场监测装置1由三维磁场传感器、磁场复位电路、三维电场传感器、信号调理 电路、A/D转换模块和微控制器组成。三维电场传感器采用地参考型测试探头，其中地参考 型电场传感器探头由一对平板和一个接地电极组成，两部分由薄绝缘层填充连接，自上而 下平行布置极板|、薄绝绝缘层、极板II，上下两块极板通过电阻接地，根据两块极板产生 的感应电流转换成电压信号；或者由一对平行板电容器组成，后者的下板接地，在平行板中 间加上绝缘层以隔开。
[0023] 如图2所示，信号调理电路可将传感器提取到的电压(该电压与环境中的测量量 程有一定的数学变化关系）经过适当地放大、滤波和隔离后进行模数转换及处理，进而发出 控制信号，驱动执行机构自动完成量程切换。
[0024] 噪声及温湿度监测装置2由噪声传感器和温湿度传感器组成，其中噪声传感器即 为电容传感器，本发明采用驻极体电容传声器来替代普通的电容传声器。驻极体电容传声 器是在一般电容传声器背极板上喷涂一层薄而均匀的驻极体材料，在高温和高压下使之极 化，让电荷永久性地存贮在驻极体材料之中，从而使得传声器的两极之间产生一个内电场， 用来取代由外加极化电压所产生的电场。
[0025] 通信模块由Zigbee无线通讯模块3和光纤传输模块4组成，其中Zigbee无线通 讯模块3由Zigbee路由器和中心协调器组成，光纤传输模块4采用光纤线缆。由此形成无 线和光纤(有线）并存的通讯方式，由于监测点分布在输电线及变电站的多个位置，与信息 接收主站(信息显示单元5)距离在无线传输的范围内的测点可采用无线通讯方式，范围之 外的采用光纤通讯，两通道互补增加采集数据的上送速度。
[0026] 信息显示单元5由数据库服务器和IXD显示屏组成，数据库服务器接收来自电磁 场监测装置1的数据，解包并转存与数据库中，同时，解包后的数据使用LCD显示屏实时显 示，同时还会显示视频，动态文字、图片以及广告等相关信息，实现信息的集成化显示。
[0027] 如图