双点固定式工频电磁场强度联合报警系统及其操作方法与流程

本发明属于工频电磁场强度监测报警技术领域，特别是涉及到一种双点固定式工频电磁场强度联合报警系统及其操作方法，主要应用于发电企业精密设备间和通信企业基站内工频电场及工频磁场的监测、示警及除湿除尘设施控制。

背景技术：

国网电力设备制造企业厂用变、发电企业精密设备间内的设备主要有铅储蓄电池、低压配电器、高压配电器、变电开关、接触器、磁力启动器、继电保护装置、绝缘监察装置、电抗器、避雷器、电流表、电压表、功率表及交直流系统监察装置等。通信企业基站内的设备主要有无线BTS设备、无线BBU设备、传输PTN设备等。

国网电力设备制造企业厂用变、发电企业精密设备间和通信企业基站内的设备具有不间断连续运行、功率输出稳定、工频电场及工频磁场频谱特性稳定的共同特点。

现阶段，国网电力设备制造企业厂用变、发电企业精密设备间和通信企业基站依靠巡检人员定期巡检，在设备运转异常时及时维护及切换设备，均缺乏对设备异常情况的自动监控、报警设备。

人力巡检相较于人力巡检及设备监控相结合监控方式初期投入低，后续投入高，同时，由于人类本身五感的局限性导致作业人员无法识别设备及环境中微小的异常变动，经常导致微小异常的累积，直至产生事故才被巡检人员发现，严重时导致停产及社会经济损失，而且，在国网电力设备制造企业厂用变、发电企业精密设备间和通信企业基站内频繁的人力巡检可能导致作业人员患矽肺、神经衰弱、心律不齐的可能性增高。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种双点固定式工频电磁场强度联合报警系统及其操作方法，用于解决现阶段国网电力设备制造企业厂用变、发电企业精密设备间和通信企业基站依靠巡检人员定期巡检，在设备运转异常时及时维护及切换设备，均缺乏对设备异常情况的自动监控、报警设备；人力巡检缺乏对设备异常情况的自动监控、报警设备，巡检作业人员容易患矽肺、神经衰弱、心律不齐等职业病的技术问题。

双点固定式工频电磁场强度联合报警系统，包括工频电磁场强度检测装置、生产控制中心数据处理器、报警中心数据处理器、通风设备和移动终端，所述生产控制中心数据处理器分别与工频电磁场强度检测装置、报警中心数据处理器以及移动终端连接；所述工频电磁场强度检测装置的数量为两个以上，其中至少一个工频电磁场强度检测装置固定安装在室外，其余的工频电磁场强度检测装置固定安装在室内；所述通风设备与工频电磁场强度检测装置连接。

所述工频电磁场强度检测装置包括无线信号接收发射装置、绝缘保护壳、显示面板、指示灯、外置接口、工频电场强度传感器、工频磁场强度传感器、操作盘、固定抓、电源线、内置报警仪和控制器，所述无线信号接收发射装置固定安装在绝缘保护壳的外壁上部，无线信号接收发射装置通过无线网络与生产控制中心数据处理器连接；所述显示面板、指示灯、外置接口、工频电场强度传感器、工频磁场强度传感器和操作盘均设置在绝缘保护壳的外侧壁上；所述外置接口包括声音外放孔和USB接口；所述USB接口的数量为两个以上，其中一个为控制器调试接口，其余为通风设备接口；所述通风设备通过通风设备接口与控制器连接；所述固定抓设置在绝缘保护壳的外侧壁边缘；所述控制器分别与无线信号接收发射装置、显示面板、指示灯、外置接口、工频电场强度传感器、工频磁场强度传感器、操作盘、电源线以及内置报警仪连接；所述内置报警仪固定安装在绝缘保护壳的内部，内置报警仪与所述声音外放孔相邻。

所述生产控制中心数据处理器上连接有无线通信装置。

所述固定抓的数量为四个，并且四个固定抓均匀设置。

双点固定式工频电磁场强度联合报警系统的操作方法，利用所述的双点固定式工频电磁场强度联合报警系统进行操作，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、将设备间或基站内设备总台数、设备额定功率、设备低于额定功率运行的工频电场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频电场强度负荷变化最大值、设备额定功率运行时的工频电场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行的工频磁场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频磁场强度负荷变化最大值、设备额定功率运行时的工频磁场强度负荷最大值以及设备额定最长运行时间录入生产控制中心数据处理器；

步骤二、通过通风设备接口将通风设备与控制器连接，将设备间或基站内的通风设备的台数以及通风设备的额定功率录入生产控制中心数据处理器；

步骤三、在室外的对照点安装工频电磁场强度检测装置，该装置的工频磁场强度传感器实时采集室外对照点的环境工频磁场强度值B₂,单位T，工频电场强度传感器实时采集室外的工频电场强度值E₂，单位V/m，并将采集的信息通过无线信号接收发射装置传输至生产控制中心数据处理器，

在设备间或基站内安装工频电磁场强度检测装置，该装置的工频磁场强度传感器实时采集室内的环境工频磁场强度值B₁,单位T，工频电场强度传感器实时采集室内的工频电场强度值E₁，单位V/m，并将采集的数据信息通过无线信号接收发射装置传输至生产控制中心数据处理器；

步骤四、生产控制中心数据处理器根据设备间或基站内设备总台数、设备额定功率、设备低于额定功率运行的工频电场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频电场强度负荷变化最大值、设备额定功率运行时的工频电场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行的工频磁场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频磁场强度负荷变化最大值、设备额定功率运行时的工频磁场强度负荷最大值以及设备额定最长运行时间、室内的环境工频磁场强度值以及室内的工频电场强度值建立环境可接受程度示警强度δ公式如下：

δ＝0.5·κ·θ·φ·(α·σ·ξ/γ+β·τ·ψ/λ)

其中，δ为环境可接受程度示警强度，κ为持续运行时间对设备运行的影响系数，θ设备负荷对设备运行的影响系数，φ为通风设备运转系数，α为工频电场强度对设备运行的影响系数，α的取值范围为0.5～2，σ为室内及室外对照点工频电场强度差异系数，ξ为工频电场强度变化系数，γ为工频电场强度负荷系数，β为工频磁场强度对设备运行的影响系数，取值范围为0.5～2，τ为室内及室外对照点环境工频磁场强度差异系数，ψ为工频磁场强度变化系数，λ为工频磁场强度负荷系数，

生产控制中心数据处理器从接收到的数据信息中选取：工频磁场强度传感器采集的t₁时刻室内环境工频磁场强度测量值为B_1t1，工频磁场强度传感器采集的t₂时刻室内工频磁场强度测量值为B_1t2，工频电场强度传感器采集的t₁时刻室内工频电场强度测量值为E_1t1，工频电场强度传感器采集的t₂时刻室内工频电场强度测量值为E_1t2，并设定单位时间步长△t＝t₂-t₁，

持续运行时间对设备运行的影响系数κ的取值：

κ取值范围为0.2～0.8，

κ取值范围为2～5，

其中，t′₁、t′₂、t′₃…t′_n为单位设备连续运行时间,单位为年，

T₁、T₂、T₃…T_n为单位设备额定最长运行时间,单位为年，

n为设备总台数；

设备负荷对设备运行的影响系数θ的取值：

θ的取值范围为0.2～0.8，

θ的取值范围为1.5～5，

其中，w₁′、w₂′₂、w₃′…w_n′为单位设备实际功率,单位W，

W₁、W₂、W₃…W_n为单位设备额定功率,单位W，

n为设备总台数；

通风设备运转系数φ的取值：

通风设备启动正常φ取1，

通风设备启动异常φ的取值范围为1.2～5；

室内及室外对照点工频电场强度差异系数σ的取值：

E₁<E₂，

E₁≥E₂，

其中，E₁为实时采集的室内工频电场强度值,单位V/m，

E₂为实时采集的室外对照点工频电场强度值,单位V/m；

工频电场强度变化系数ξ的取值：

ξ取值范围为0.5～0.8，

ξ取值为1，

ξ取值范围为2～5，

其中，E_1t1为t₁时刻室内工频电场强度测量值，

E_1t2为t₂时刻室内工频电场强度测量值，

△t为t₁时刻至t₂时刻的单位时间步长，

△E为设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频电场强度负荷变化最大值；

工频电场强度负荷系数γ的取值：

其中，E₁为实时采集的室内工频电场强度值,单位V/m，

γ₁为设备在低于或等于额定功率运行工频电场强度最大值，单位V/m，

γ₂为设备超过额定功率运行工频电场强度最大值，单位V/m；

室内及室外对照点工频磁场差异系数τ的取值：

B₁<B₂，

B₁≥B₂，

其中，B₁为实时采集室内的环境工频磁场强度值,单位T，

B₂为实时采集室外对照点的环境工频磁场强度值,单位T；

工频磁场强度变化系数ψ的取值：

ψ的取值范围为0.2～0.8，

ψ的取值为1，

ψ取值范围为2～5，

其中，B_1t1为t₁时刻室内工频磁场强度测量值，单位为T，

B_1t2为t₂时刻室内工频磁场强度测量值，单位为T，

△t为t₁时刻至t₂时刻的单位时间步长，

△B为设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频磁场强度负荷变化最大值；

工频磁场强度负荷系数λ的取值：

B₁≤λ₁,

B₁＞λ₁,

其中，B₁为实时采集室内的环境工频磁场强度值,单位T，

λ₁为设备低于或等于额定功率运行工频磁场场强度负荷最大值，单位T，

λ₂为设备额定功率运行工频磁场强度负荷最大值，单位T；

根据环境可接受程度示警强度δ公式获得环境可接受程度示警强度δ的值：

0≤δ≤1，设备间或基站内环境正常，重复步骤三和步骤四，

1<δ≤5，设备间或基站内环境异常，生产控制中心数据处理器向内置报警仪发送环境异常示警信号，内置报警仪发出“请检修”语音警告，生产控制中心数据处理器向巡检人员的移动终端及检修人员的移动终端发送“请检修”示警信号，

δ>5，设备间或基站内环境异常，生产控制中心数据处理器向报警中心数据处理器发送环境异常报警信号，报警中心数据处理器向报警接收部门发送示警信号，生产控制中心数据处理器向内置报警仪发送环境异常报警信号，内置报警仪发出“危险”语音警告，生产控制中心数据处理器向巡检人员的移动终端及检修人员的移动终端发送“危险”报警信号，禁止非检修人员及非应急救援人员进入场所。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

本发明通过利用双点固定式工频电磁场强度联合报警系统采集并处理环境工频电场及工频磁场数据，在一定程度上代替作业人员巡检，减少作业人员巡检及现场作业频次频率，同时减少作业人员接触粉尘、工频电场及工频磁场的接触时间和接触强度，达到降低人力成本、保护巡检人员健康和减少设备损失的目的。

本发明通过在国网电力设备制造企业厂用变、发电企业精密设备间或通信企业基站室内代表性的停留地点及户外对照点设置工频电磁场强度检测装置，通过收集室内代表性的停留地点及户外对照点的数据，对该作业场所的安全范围、报警范围、故障范围进行界定并设置函数关系和报警条件，达到提示作业场所设备运行情况和环境情况的作用同时起到以下有益效果：

1.减少作业人员巡检及现场作业频次，同时减少作业人员职业病有害因素接触时间和接触强度；

2.及时报警，在设备未发生事故时提示事故异常情况，有利于设备的及时维修，增加仪器的使用寿命，保证仪器长时间维持良好的使用状态，减少停车大修频次，增加安全生产时间；

3.减少人员伤亡事故，增加作业人员幸福感及企业归属感，提醒员工在异常情况佩戴合适的个人防护用品。并在设备严重异常情况下警告非维修人员不得私自进入作业场所，防止人身伤亡；

4.建立事故及异常情况数据库，在今后有相似事故及异常情况时，及时调取往期数据及处理方式，处理人员联系方式，为同一集团公司跨厂区、跨地域相同事故的处理提供处理处置建议，减少事故及异常所需经费并减少处置时间；

5.大数据情况下可以判断数据异常起因，了解设备负荷情况，当部分设备长期处于高负荷状况，可以提醒公司增加设备台数，降低单个设备负荷。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明双点固定式工频电磁场强度联合报警系统及其操作方法中双点固定式工频电磁场强度联合报警系统的结构框图。

图2为本发明双点固定式工频电磁场强度联合报警系统及其操作方法中工频电磁场强度检测装置的结构示意图。

图3为本发明双点固定式工频电磁场强度联合报警系统及其操作方法中的操作方法流程框图。

图中1-工频电磁场强度检测装置、2-生产控制中心数据处理器、3-报警中心数据处理器、4-通风设备、5-移动终端、101-无线信号接收发射装置、102-绝缘保护壳、103-显示面板、104-指示灯、105-外置接口、106-工频电场强度传感器、107-工频磁场强度传感器、108-操作盘、109-固定抓、1010-电源线、1011-内置报警仪、1012-控制器。

具体实施方式

如图所示，双点固定式工频电磁场强度联合报警系统，包括工频电磁场强度检测装置1、生产控制中心数据处理器2、报警中心数据处理器3、通风设备4和移动终端5，所述生产控制中心数据处理器2分别与工频电磁场强度检测装置1、报警中心数据处理器3以及移动终端5连接；所述工频电磁场强度检测装置1的数量为两个以上，其中至少一个工频电磁场强度检测装置1固定安装在室外，其余的工频电磁场强度检测装置1固定安装在室内；所述通风设备4与工频电磁场强度检测装置1连接。

所述工频电磁场强度检测装置1包括无线信号接收发射装置101、绝缘保护壳102、显示面板103、指示灯104、外置接口105、工频电场强度传感器106、工频磁场强度传感器107、操作盘108、固定抓109、电源线1010、内置报警仪1011和控制器1012，所述无线信号接收发射装置101固定安装在绝缘保护壳102的外壁上部，无线信号接收发射装置101通过无线网络与生产控制中心数据处理器2连接；所述显示面板103、指示灯104、外置接口105、工频电场强度传感器106、工频磁场强度传感器107和操作盘108均设置在绝缘保护壳102的外侧壁上；所述外置接口105包括声音外放孔和USB接口；所述USB接口的数量为两个以上，其中一个为控制器1012调试接口，其余为通风设备接口；所述通风设备4通过通风设备接口与控制器1012连接；所述固定抓109设置在绝缘保护壳102的外侧壁边缘；所述控制器1012分别与无线信号接收发射装置101、显示面板103、指示灯104、外置接口105、工频电场强度传感器106、工频磁场强度传感器107、操作盘108、电源线1010以及内置报警仪1011连接；所述内置报警仪1011固定安装在绝缘保护壳102的内部，内置报警仪1011与所述声音外放孔相邻。

所述生产控制中心数据处理器2上连接有无线通信装置。

所述固定抓109的数量为四个，并且四个固定抓109均匀设置。

双点固定式工频电磁场强度联合报警系统的操作方法，利用所述的双点固定式工频电磁场强度联合报警系统，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、将设备间或基站内设备总台数、设备额定功率、设备低于额定功率运行的工频电场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频电场强度负荷变化最大值、设备额定功率运行时的工频电场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行的工频磁场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频磁场强度负荷变化最大值、设备额定功率运行时的工频磁场强度负荷最大值以及设备额定最长运行时间录入生产控制中心数据处理器2；

步骤二、通过通风设备接口将通风设备4与控制器1012连接，将设备间或基站内的通风设备4的台数以及通风设备4的额定功率录入生产控制中心数据处理器2；

步骤三、在室外的对照点安装工频电磁场强度检测装置1，该装置的工频磁场强度传感器107实时采集室外对照点的环境工频磁场强度值B₂,单位T，工频电场强度传感器106实时采集室外的工频电场强度值E₂，单位V/m，并将采集的信息通过无线信号接收发射装置101传输至生产控制中心数据处理器2，

在设备间或基站内安装工频电磁场强度检测装置1，该装置的工频磁场强度传感器107实时采集室内的环境工频磁场强度值B₁,单位T，工频电场强度传感器106实时采集室内的工频电场强度值E₁，单位V/m，并将采集的数据信息通过无线信号接收发射装置101传输至生产控制中心数据处理器2；

步骤四、生产控制中心数据处理器2根据设备间或基站内设备总台数、设备额定功率、设备低于额定功率运行的工频电场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频电场强度负荷变化最大值、设备额定功率运行时的工频电场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行的工频磁场强度负荷最大值、设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频磁场强度负荷变化最大值、设备额定功率运行时的工频磁场强度负荷最大值以及设备额定最长运行时间、室内的环境工频磁场强度值以及室内的工频电场强度值建立环境可接受程度示警强度δ公式如下：

δ＝0.5·κ·θ·φ·(α·σ·ξ/γ+β·τ·ψ/λ)

其中，δ为环境可接受程度示警强度，κ为持续运行时间对设备运行的影响系数，θ设备负荷对设备运行的影响系数，φ为通风设备运转系数，α为工频电场强度对设备运行的影响系数，α的取值范围为0.5～2，σ为室内及室外对照点工频电场强度差异系数，ξ为工频电场强度变化系数，γ为工频电场强度负荷系数，β为工频磁场强度对设备运行的影响系数，取值范围为0.5～2，τ为室内及室外对照点环境工频磁场强度差异系数，ψ为工频磁场强度变化系数，λ为工频磁场强度负荷系数，

生产控制中心数据处理器2从接收到的数据信息中选取：工频磁场强度传感器107采集的t₁时刻室内环境工频磁场强度测量值为B_1t1，工频磁场强度传感器107采集的t₂时刻室内工频磁场强度测量值为B_1t2，工频电场强度传感器106采集的t₁时刻室内工频电场强度测量值为E_1t1，工频电场强度传感器106采集的t₂时刻室内工频电场强度测量值为E_1t2，并设定单位时间步长△t＝t₂-t₁，

持续运行时间对设备运行的影响系数κ的取值：

κ取值范围为0.2～0.8，

κ取值范围为2～5，

其中，t′₁、t′₂、t′₃…t′_n为单位设备连续运行时间,单位为年，

T₁、T₂、T₃…T_n为单位设备额定最长运行时间,单位为年，

n为设备总台数；

设备负荷对设备运行的影响系数θ的取值：

θ的取值范围为0.2～0.8，

θ的取值范围为1.5～5，

其中，w₁′、w₂′₂、w₃′…w_n′为单位设备实际功率,单位W，W₁、W₂、W₃…W_n为单位设备额定功率,单位W，

n为设备总台数；

通风设备运转系数φ的取值：

通风设备启动正常φ取1，

通风设备启动异常φ的取值范围为1.2～5；

室内及室外对照点工频电场强度差异系数σ的取值：

E₁<E₂，

E₁≥E₂，

其中，E₁为实时采集的室内工频电场强度值,单位V/m，

E₂为实时采集的室外对照点工频电场强度值,单位V/m；

工频电场强度变化系数ξ的取值：

ξ取值范围为0.5～0.8，

ξ取值为1，

ξ取值范围为2～5，

其中，E_1t1为t₁时刻室内工频电场强度测量值，

E_1t2为t₂时刻室内工频电场强度测量值，

△t为t₁时刻至t₂时刻的单位时间步长，

△E为设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频电场强度负荷变化最大值；

工频电场强度负荷系数γ的取值：

E₁≤γ₁,

E₁＞γ₁,

其中，E₁为实时采集的室内工频电场强度值,单位V/m，

γ₁为设备在低于或等于额定功率运行工频电场强度最大值，单位V/m，

γ₂为设备超过额定功率运行工频电场强度最大值，单位V/m；

室内及室外对照点工频磁场差异系数τ的取值：

B₁<B₂，

B₁≥B₂，

其中，B₁为实时采集室内的环境工频磁场强度值,单位T，

B₂为实时采集室外对照点的环境工频磁场强度值,单位T；

工频磁场强度变化系数ψ的取值：

ψ的取值范围为0.2～0.8，

ψ的取值为1，

ψ取值范围为2～5，

其中，B_1t1为t₁时刻室内工频磁场强度测量值，单位为T，

B_1t2为t₂时刻室内工频磁场强度测量值，单位为T，

△t为t₁时刻至t₂时刻的单位时间步长，

△B为设备低于额定功率运行时单位时间步长内的工频磁场强度负荷变化最大值；

工频磁场强度负荷系数λ的取值：

B₁≤λ₁,

B₁＞λ₁,

其中，B₁为实时采集室内的环境工频磁场强度值,单位T，

λ₁为设备低于或等于额定功率运行工频磁场场强度负荷最大值，单位T，

λ₂为设备额定功率运行工频磁场强度负荷最大值，单位T；

根据环境可接受程度示警强度δ公式获得环境可接受程度示警强度δ的值：

0≤δ≤1，设备间或基站内环境正常，重复步骤三和步骤四，

1<δ≤5，设备间或基站内环境异常，生产控制中心数据处理器2向内置报警仪1011发送环境异常示警信号，内置报警仪1011发出“请检修”语音警告，生产控制中心数据处理器2向巡检人员的移动终端5及检修人员的移动终端5发送“请检修”示警信号，

δ>5，设备间或基站内环境异常，生产控制中心数据处理器2向报警中心数据处理器3发送环境异常报警信号，报警中心数据处理器3向报警接收部门发送示警信号，生产控制中心数据处理器2向内置报警仪1011发送环境异常报警信号，内置报警仪1011发出“危险”语音警告，生产控制中心数据处理器2向巡检人员的移动终端5及检修人员的移动终端5发送“危险”报警信号，禁止非检修人员及非应急救援人员进入场所。

针对不同的环境，各参数设定值可通过反复调试来设定，使环境可接受程度示警强度δ的值反映仪器设备所在环境真实情况。

定期维护程序及设备，当生产工艺、生产负荷、外环境、人员等出现重大调整时，从步骤一开始进行设备调试。

本发明通过在国网电力设备制造企业厂用变、发电企业精密设备间或通信企业基站室内代表性的停留地点及户外对照点设置工频电磁场强度检测装置1，通过收集室内代表性的停留地点及户外对照点的数据，记录正常生产时不同工况对应的工频电磁场强度信号的采集时间、强度、频谱特性(波动特征)，建立正常生产数据库，结合生产实际和其他同类企业经验，制定生产工况和实时采集数据的相应的计算函数，对该作业场所的安全范围、报警范围、故障范围进行界定并设置函数关系和报警条件。通过反复调试函数结构及参数，直至设备能够反映真实情况，达到提示作业场所设备运行情况和环境情况的作用。本套设备与安全中心、报警中心联网，与巡检人员的个人移动终端5相联，使巡检人员、生产调度人员、现场管理人员、生产安全管理部门、环保部门能够在第一时间获得作业场所工频电场强度和工频磁场强度数据。设备能够在作业场所存在异常情况时提供给控制室和作业人员警报信息，减少作业人员在设备运转正常的情况下的巡检频次，在作业场所环境异常时，提示作业人员能否进入场所作业，提示作业人员是否需要佩戴个人防护用品。保护作业人员健康安全和减少设备损失。

本发明显著区别于现有技术。现有检测设备主要为电能计量显示或信号强度输入输出显示，主要用于生产负荷监测，多为设备自有功能。本发明以监测人员工作环境的质量状况为目的设置，并与安全中心、示警中心联网，达到部分替代作业人员巡检，减少作业人员巡检频次的目的。同时，由于设备内监测仪器无法监测管线及部分小型设备、辅助设备的运行情况，存在监测盲点，本发明可以在一定程度上填补设备内监控装置无法监测的空白，起到保护设备正常运行，减少事故发生频次的作用。

本发明如果同时和测试作业场所环境中湿度、粉尘浓度的现场监测设备联动，能够起到更好的效果。