谢连科，张国英，张 永，臧玉魏，冯智慧

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250003；2.国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉 430074）

城区高压变电站电磁环境智能实时监测系统构建

谢连科1，张国英1，张 永1，臧玉魏1，冯智慧2

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250003；2.国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉 430074）

为科学分析输变电工程的电磁环境影响和展示城区高压变电站电磁环境参数水平，设计并实现高压变电站电磁环境智能实时监测系统，详细阐述该系统的设计思路、系统构成以及功能实现，总结该系统的功能特点，该系统在电网环保领域有广阔的推广应用前景。

变电站；电磁环境；噪声；实时监测；信息展示

0 引言

随着经济社会的发展和城市开发强度的增大，生产和生活用电大大增加，同时变电站受到供电半径的影响，新建110 kV、220 kV变电站深入负荷中心、城市核心区已成为必然［1］。变电站是一个高压电器设备高度集中的场合，电磁环境和声环境是众多设备的一个综合表现［2］。尽管输变电工程在运行过程中产生的工频电磁环境完全符合国家标准限值要求，但是由于电磁环境看不见、摸不着，公众无法直观感受工频电磁场，再加上长期以来媒体对电磁环境的宣传存在一定的误导，导致公众对输变电建设产生的电磁环境心存疑虑［3］，对输变电工程产生恐慌和抵触心理［4-5］。

随着公众对电磁环境影响关注度的增大以及维权意识的提高，近几年山东电网环保纠纷呈现多发态势，这不仅给电网的建设带来困难、严重影响了电网的安全运行，也给输变电工程电磁环境监管带来诸多问题和压力［6］。采取何种有效措施，找准切入点消除恐慌心理是解决电磁环保纠纷的技术难点。

科学宣传输变电工程的电磁环境影响，展示城区高压变电站电磁环境参数水平，合理解释民众遇到的与输变电工程相关的困惑，实现变电站电磁环境数据在线监测及数据的智能化集成与应用是解决问题的根本途径。通过建立变电站电磁环境智能实时监测系统，监测变电站的工频电场、工频磁场及噪声，并对监测的数据进行智能化搜集、网络化部署和集中化管理，实现现场数据的存储、远程调阅等功能，向公众展示电磁环境实时数据，协助解决潜在的电磁环境纠纷［7］。

1 系统设计

1.1 系统目标

变电站电磁环境智能实时监测系统是一套全天候监测的电磁环境智能监测系统，通过该系统监测不同电压等级变电站的工频电场、工频磁场及噪声，并对监测的数据进行智能化搜集、网络化部署和集中化管理，使领导层和管理决策层能够通过网络访问所有示范工程电磁环境的实时、历史数据，为环保、电力等部门提供电磁环境的管理依据［8］。

以嵌入式系统作为硬件平台，利用无线通信技术建立变电站电磁环境智能实时监测系统，整个系统采用分布式探头、模块化组合选件、开放式无线组网、多样化显示的设计思路，可根据实际情况选取不同的模块，满足个性化需求［9］。

1.2 系统总体架构

变电站电磁环境智能实时监测系统由监测站、实时数据采集发布设备和中心平台3部分构成，具体系统架构如图1所示。

图1 变电站电磁环境智能实时监测系统架构

终端监测装置由测量电磁场的设备和数据显示屏构成。由于显示屏自身会对电磁场测量设备产生电磁干扰，影响检测结果，所以测量设备的检测点和显示屏不能置于相同的位置，要分开安装以避免对测量造成干扰或影响。为确保系统工作的稳定性，数据显示屏采用户外LCD显示屏，屏幕上方显示变电站名称和时间，上侧显示政策信息和宣传视频等资料，下侧显示实时工频磁场强度、工频电场强度、温度、湿度、露点、气压。

1.3 系统部署结构

系统集成拓扑图分为3层，上层是给用户提供的交互显示界面，其中包括监控中心客户端、中心服务器和监控中心大屏幕；中层是为上层与下层提供数据传输的网络通道；下层为实时数据采集及信息发布系统，其中包括信息屏和监测站，如图2所示。

图2 变电站电磁环境智能实时监测系统集成拓扑图

2 系统构建

2.1 变电站选取

为达到宣传和科普目的，系统宜安装在城区变电站或线路附近，最好选择在建设环境较好、周围存在社区或学校、流动人口较多的变电站。

按照上述原则选取济南220 kV某变电站，变电站为无人值守户内电站，位于市中心，周围有酒店、小区和在建商业楼，变电站1号、2号主变压器对称分布于变电站大楼内，变电站大楼前方为空地，大门在变电站西北角，且在大门处与变电站大楼间埋有电缆隧道，方便走线，变电站平面布置图如图3所示。

变电站配电装置楼区域为电磁环境数据较大区域［10］，空地区域为变电站工作活动区域，电磁环境数据更能反映变电站平均水平，建议将监测站点安置在大门与变电站配电装置楼之间靠近大门附近的位置。

2.2 构建方案

信息屏拟定安装于变电站大门右侧绿化带内，屏幕显示侧朝向站外，采用55寸户外LCD高清竖屏。监测站点拟定安装于变电站大门右侧花坛内，在大屏背后距离大屏2 m左右的位置。监测站点的选择距站外道路较远，能减少站外道路交通噪声对变电站噪声监测的影响。

图3 济南220 kV某变电站平面布置

数据显示屏和监测站点供电线缆由变电站主控楼内低压配电室中Ⅱ段交流馈线屏内备用空开接出，空开容量32 A。接出后，由楼内电缆夹层进入电缆廊道，接至变电站大门附近，再由电缆钢管接至变电站大门右侧墙壁的配电箱。配电箱配置2路空开，1路10A容量接大屏，1路6A容量接监测仪。显示屏和监测仪之间埋一根网线作为数据传输的通信线。变电站电磁环境智能实时监测系统设备安装如图4所示。

图4 变电站电磁环境智能实时监测系统设备安装

3 系统功能特点

电磁环境智能实时监测系统显示终端通过无线通信或有线通信的方式将各个测点的实时数据传递到服务器，在实时显示的同时进行数据库的存储，实现数据集中化管理。系统监测的参数主要包括自然环境参数（温度和湿度）和电磁环境参数（工频电场、工频磁场和噪声）。

3.1 实时信息展示

系统根据设置的测点进行分区展示，分别展示测点测量的实时数据，数据根据设定的阀值通过不同颜色进行显示：正常（绿色）、报警（红色）。通过此屏，用户可直观了解到电磁环境的实时信息。同时数据实时存储到数据库服务器中，便于远程访问和数据分析。

3.2 政策信息和宣传片展示

系统通过动态屏幕切换功能，可以切换到政策信息展示模块，展示相关的政策标准和视频宣传片，更好地让公众了解电磁环境信息。

屏幕上侧主要区域采用滚屏模式动态显示政策信息或采用视频播放模式实时播放信息，下侧采用滚屏模式实时显示当前测量信息，用户可以根据自己的需求获取动态信息，在掌握政策的同时更加方便、直观地实时了解当前的电磁环境信息。

3.3 重点信息滚动展示

系统提供了重点信息滚动展示模块，在此可以显示欢迎词、企业理念标语、实时重点信息等，显示区域大而且醒目，可以有效提高显示的效果。

3.4 后台信息可视化管理

显示屏主机上连接键盘鼠标，打开浏览器，输入地址：http：／／localhost／emeis／，即可进入系统管理界面，主要包括系统设置、信息监视、资源管理和系统管理4个功能模块。

系统设置可以将不同的播放内容自由组合，形成自由组合模式，并且和显示终端播放模式进行实时同步；信息监视可以实现监测数据的实时监视和历史查询；资源管理可以实现资源文件的统一管理、视频文件和政策宣传文档的添加、资源文件详细信息的展示及查询；系统管理可以实现对监测参数、用户和日志进行管理。

4 检测数据分析

图5和图6为该站24 h工频电磁场和噪声监测数据（大雪天气）的分析图，通过与国家标准进行对比，可以直观地向公众展示变电站的电磁环境水平。

由图5可知，工频电场强度数据范围为0.004～0.014 kV／m，工频磁感应强度范围为0.200～0.280 μT，满足GB 8702—2014《电磁环境控制限值》中规定的公众曝露控制限值要求（工频电场强度4 kV／m，工频磁感应强度100 μT）。

图5 220 kV变电站24 h工频电磁场（大雪天气）

图6 220 kV变电站24 h噪声（大雪天气）

由图6可知，变电站昼间（06∶00—22∶00）噪声范围为 43.82～50.53 dB（A），夜间（22∶00—06∶00）噪声范围为42.04～44.30 dB（A），满足GB 12348—2008 2类标准《工业企业厂界环境噪声排放标准》要求（昼间60 dB（A），夜间50 dB（A））。

图7和图8为该站24 h工频电磁场和噪声监测数据（小雨天气）的分析图，通过与国家标准进行对比，可以直观的向公众展示变电站的电磁环境水平。

图7 220 kV变电站24 h工频电磁场（小雨天气）

由图7可知，工频电场数据范围为0.004～0.014 kV／m，工频磁感应强度范围为0.210～0.280 μT，满足GB 8702—2014《电磁环境控制限值》中规定的公众曝露控制限值要求 （工频电场强度4 kV／m，工频磁感应强度100 μT）。

图8 220 kV变电站24 h噪声（小雨天气）

由图8可知，变电站昼间（06∶00—22∶00）噪声范围为43.04～51.96 dB（A），夜间（22∶00—06∶00）噪声范围为45.69～48.92 dB（A），满足GB 12348—2008 2类标准《工业企业厂界环境噪声排放标准》要求（昼间60 dB（A），夜间50 dB（A））。

图9和图10为该站24 h工频电磁场和噪声监测数据（晴天）的分析图，通过与国家标准进行对比，可以直观的向公众展示变电站的电磁环境水平。

图9 220 kV变电站24 h工频电磁场（晴天）

由图9可知，工频电场数据范围为0.004～0.014 kV／m，工频磁感应强度范围为0.202～0.279 μT，满足GB 8702—2014《电磁环境控制限值》中规定的公众曝露控制限值要求（工频电场强度4 kV／m，工频磁感应强度100 μT）。

图10 220 kV变电站24 h噪声（晴天）

由图10可知，变电站昼间（06∶00—22∶00）噪声范围为40.85～50.63 dB（A），夜间（22∶00—06∶00）噪声范围为41.07～45.82 dB（A），满足GB 12348—2008 2类标准 《工业企业厂界环境噪声排放标准》要求（昼间60 dB（A），夜间50 dB（A））。

通过对大雪天气、小雨天气和晴天情况下，工频电磁场和噪声监测数据的分析可知，构建的变电站电磁环境智能实时监测系统在不同气象条件下，测量数值稳定，误差较小。

5 结语

变电站电磁环境智能实时监测系统可以直观地显示变电站电磁环境和噪声参数水平，科学地宣传电磁环境知识，协助解决输变电工程在建设和运行过程中遇到的电磁环境纠纷问题。构建的济南200 kV某变电站电磁环境智能实时监测系统已经投入运行，为输变电工程电磁环境管理的规范化、科学化和系统化奠定了基础，实现了变电站电磁和噪声的实时监测，有效缓解公众对输变电工程产生电磁影响的困惑，对改善电磁环保工作与公众之间的矛盾、构建绿色和谐的电磁环境氛围具有重要的意义。

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［10］尚国庆.220 kV及以上电压等级变电站电磁场分布规律研究［D］.济南：山东大学，2014.

Construction of Urban HV Substation Intelligent Realtime Monitoring System for Electromagnetic Environment

XIE Lianke1，ZHANG Guoying1，ZHANG Yong1，ZANG Yuwei1，FENG Zhihui2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.Wuhan NARI Limited Liability Company of State Grid Electric Power Research Institute，Wuhan 430074，China）

In order to scientifically analyze the power transmission project electromagnetic environmental influences and display the urban HV substation electromagnetic environment parameters，the urban HV substation intelligent realtime monitoring system for the electromagnetic environment is designed and realized.Detailed description of design ideas，system structure and the function realization，functional characteristics of the system are summarized.The system has broad application prospects in the field of the power grid environmental protection.

substation；electromagnetic environment；noise；realtime-monitoring；information display

TM937.1

A

1007－9904（2017）03－0010－04

2016-10-15

谢连科（1981），男，高级工程师，从事电网环境保护工作。