變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測技術(shù)分析

變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測技術(shù)分析

國網(wǎng)上海市電力公司2.

中國電力工程顧問集團華東電力設(shè)計院有限公司Summary：本文就變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測技術(shù)進行探究，首先對變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測的重要性進行分析，之后就變電站環(huán)保一體化的在線監(jiān)測設(shè)備進行闡述，最終就變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測技術(shù)進行分析，旨在保障變電站正常運行的前提下提高其環(huán)保性。Keys：變電站；監(jiān)測技術(shù)；環(huán)保一體化引言：變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測就是在變電站建設(shè)項目中應(yīng)用環(huán)保監(jiān)測儀器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將其安裝在變電站內(nèi)環(huán)境的關(guān)鍵部位，采用傳感器及相關(guān)設(shè)備進行在線監(jiān)測的行為，其能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站環(huán)境污染的實時監(jiān)測與控制。實現(xiàn)環(huán)保管理的自動化和信息化。變電站環(huán)保一體化監(jiān)測可以充分發(fā)揮智能環(huán)保監(jiān)測設(shè)備的優(yōu)勢，保障變電站運行的生態(tài)穩(wěn)定。變電站環(huán)保一體化的重要性環(huán)保一體化監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)⑺斜O(jiān)測儀器和控制設(shè)備按各自功能分模塊部署于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)上，通過5G信號聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)與環(huán)保監(jiān)控中心的信息互通，進行環(huán)保遠(yuǎn)程在線監(jiān)測。該技術(shù)利用先進的監(jiān)測儀器，能自動對現(xiàn)場噪聲、電磁輻射等指標(biāo)進行實時監(jiān)測，并可通過互聯(lián)網(wǎng)將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到指定數(shù)據(jù)管理中心。其能夠有效避免運維工作人員在變電站中工作時間過長所受到的噪聲污染、電磁輻射等問題，并且具有較強的可操作性，可直接將各類監(jiān)測儀器嵌入到各個污染物控制系統(tǒng)中[1]。而且其可以實現(xiàn)環(huán)保管理智能化、可維護化與信息化相結(jié)合，便于遠(yuǎn)程操作，提高了管理人員工作效率和環(huán)境保護意識以及企業(yè)的生產(chǎn)效率，減少了運維工作量以及相關(guān)管理人員自身健康安全的威脅，有利于改善環(huán)境質(zhì)量。由于該監(jiān)測技術(shù)能夠減少污染排放和污染物超標(biāo)排放，具有一定的經(jīng)濟效益與社會效益，可以節(jié)約大量管理成本。環(huán)保一體化監(jiān)測系統(tǒng)可以通過在變電站安裝傳感器、自動計量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等設(shè)備，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集、自動化傳輸?shù)皆诰€監(jiān)控中心。完成現(xiàn)場監(jiān)測工作后，通過軟件將污染物在線檢測信息通過網(wǎng)絡(luò)實時地傳送至監(jiān)控中心指揮平臺上并可遠(yuǎn)程對相應(yīng)的環(huán)境自動顯示報警數(shù)據(jù)并對其進行故障分析處理，實現(xiàn)環(huán)保相關(guān)政府部門對變電站實時運行數(shù)據(jù)及污染源排放情況的監(jiān)控與管理。變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測設(shè)備構(gòu)成2.1氣體檢測裝置目前，大多數(shù)變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)中，氣體檢測設(shè)備主要可以分為氣體分析儀和煙度計兩種。氣體分析儀主要包括氣體采集傳感器和采樣設(shè)備兩部分。氣體分析儀主要應(yīng)用于氣溶膠濃度檢測、氣體泄漏檢測、CO氣體采樣，監(jiān)測氣體的成分以及含量。廢氣檢測又稱氣體檢測裝置(SVL)或廢氣排放檢測裝置，主要檢測的是氣體中各種污染物的含量濃度大小，目前主要應(yīng)用于石油化工、制藥行業(yè)的生產(chǎn)。其可以從氣體中檢測出部分有害氣體，比如CO氣體，此外還能檢測出一些氣體中的雜質(zhì)，如二氧化硫等，所以要在不影響環(huán)境與人體健康的前提下選擇合適的監(jiān)測工作手段及治理方式[2]。2.2傳感器傳感器的安裝需要經(jīng)過安裝調(diào)試，并且其需要根據(jù)實際監(jiān)測情況，確定監(jiān)測設(shè)備有效距離，一般情況下是20米，傳感器需要安裝在變電站的主要機房內(nèi)。變電站內(nèi)主配電房、主設(shè)備房、變壓器室、主變、開關(guān)柜等多個區(qū)域都需要安裝該設(shè)備，以保證能夠?qū)ψ冸娬具\行過程進行全面監(jiān)測。變電站傳感器主要分為場強傳感器、SF6傳感器及噪聲傳感器，這幾種傳感器可以針對變電站運行中產(chǎn)生的污染進行捕捉。隨著電網(wǎng)工業(yè)的發(fā)展，越來越多的變電站面臨著自身運行中產(chǎn)生的環(huán)保問題，具有一定的運行壓力。因此在變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測技術(shù)中采用電磁波傳感器作為變電站大氣環(huán)境管理工具，能夠有效彌補傳統(tǒng)傳感器的缺陷，能夠更加及時地了解變電站大氣污染情況及程度。2.3聲光報警器聲光報警器是基于無線通信技術(shù)、光傳感器技術(shù)、紅外測溫技術(shù)等先進技術(shù)開發(fā)而成。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單實用、小巧便攜，安裝方便，可以有效地在變電站內(nèi)、變電站周邊環(huán)境中實現(xiàn)聲光報警。安裝過程中，每一個聲光報警器都可以被分布安裝在LED顯示屏顯示的監(jiān)測數(shù)據(jù)側(cè)方，能夠更好地實現(xiàn)其自身的報警功能。產(chǎn)品具有完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其具有遠(yuǎn)程實時監(jiān)控功能、聲光報警功能及數(shù)據(jù)采集與傳輸功能。聲光報警器具有主動告警功能，通過設(shè)置聲光報警程序能夠?qū)崿F(xiàn)自動報警，自帶報警音、閃爍燈、聲光警報器、告警信息播報軟件，可方便快捷地實現(xiàn)實時監(jiān)控及報警信息播報功能。聲光報警器報警狀態(tài)下，能夠使即將進入現(xiàn)場的工作人員更為直觀、快速地確認(rèn)出現(xiàn)異常的對象及位置。變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測技術(shù)3.1監(jiān)控系統(tǒng)在變電站的環(huán)保一體化在線監(jiān)測過程中，需要通過復(fù)雜的組成方式將通信網(wǎng)絡(luò)以及環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，形成一整套完善的變電站監(jiān)測系統(tǒng)。對于環(huán)保監(jiān)管工作來說，變電站中的環(huán)境情況，特別是污染物排放情況與其他管理部門是存在較大差異的，因此需要采用一種自動化程度高、功能強大、精度和穩(wěn)定性高、維護方便、實用性強的監(jiān)控系統(tǒng)。因此需要采用先進的無線技術(shù)對變電設(shè)備供電范圍內(nèi)所有設(shè)備進行監(jiān)控，實時顯示變電站內(nèi)所有生產(chǎn)和生活的場所室內(nèi)及室外溫濕度等參數(shù)。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，可以及時分析出氣體超標(biāo)的情況，并且獲取到超過標(biāo)準(zhǔn)限量的數(shù)值。在監(jiān)測過程中，主系統(tǒng)中的監(jiān)控部分需要與變電站中的設(shè)備運行信息相互連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的流通性。同時，監(jiān)控過程中的前端是各類傳感器設(shè)備，場強傳感器、SF6傳感器以及噪聲傳感器可以分別對變電站運行中產(chǎn)生的各類污染進行整體監(jiān)測。在前端傳輸數(shù)據(jù)的過程中，其會通過5G技術(shù)來將相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇刂浦鳈C中進行處理?？蓪崟r采集電磁、噪聲、SF6等環(huán)境及控制參數(shù)，能夠?qū)崟r、有效、準(zhǔn)確地監(jiān)測、控制設(shè)備運行狀態(tài)。其可以采用邏輯聯(lián)動或手動控制方式，通過對設(shè)備運行參數(shù)變化、故障等信息進行采集和遠(yuǎn)程操作，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀況的實時監(jiān)控。在發(fā)現(xiàn)相應(yīng)污染數(shù)據(jù)的時候，監(jiān)控系統(tǒng)可以自動生成各種報警信號，包括溫濕度報警、煙塵報警、廢氣報警等，可實現(xiàn)全天候連續(xù)報警，對電磁、噪聲、SF6等各項數(shù)據(jù)進行實時分析及上傳。當(dāng)數(shù)據(jù)超過閾值時可自動發(fā)送報警信息并根據(jù)設(shè)備異常情況提供故障記錄和故障提示[3]。在該過程中，為了保障環(huán)保一體化在線監(jiān)測的全面性，需要將按照不同的變電站部分進行模塊設(shè)計，針對模塊中的不同區(qū)域設(shè)置出單區(qū)域單網(wǎng)的模式。在輸出端口中，5G技術(shù)可以保障數(shù)據(jù)信息經(jīng)過處理后輸出的流暢性，避免在傳輸過程中出現(xiàn)卡頓的情況。在輸出之后，一般情況下其會以視頻以及數(shù)據(jù)表格的形式進行展示，監(jiān)控組網(wǎng)會使用到LED顯示屏來作為主要的視頻顯示終端。在LED顯示屏設(shè)置中，其側(cè)面會裝置部分聲光報警器，以保證在檢測到過強的污染時，其警鳴可以讓工作人員直接意識到變電站出現(xiàn)污染的位置，進而第一時間通過LED顯示屏來觀測現(xiàn)場情況。LED顯示屏的運轉(zhuǎn)就是基于傳感器在5G信號下實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，控制主機經(jīng)過傳感器的數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)處理之后發(fā)出指令，控制LED顯示屏形成相對應(yīng)的環(huán)保監(jiān)測畫面，為變電站提供了完善的監(jiān)控系統(tǒng)。在對在線監(jiān)測設(shè)備進行安裝時，可以對LED顯示屏進行合理布置，通過高清視頻監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)及設(shè)備運行的監(jiān)控功能。可以對其相關(guān)信息及時進行采集、分析、處理、傳輸，并保存于數(shù)據(jù)庫中。保證視頻監(jiān)控設(shè)備能夠及時對設(shè)備上采集到的信息進行采集、分析、處理，并且可以將采集到的信息實時地反饋到變電站的運維人員手中。3.2系統(tǒng)集成設(shè)備在安裝、調(diào)試、運行過程中需要將傳感器等元件接入系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中。系統(tǒng)采用雙總線結(jié)構(gòu)，其中有通訊接口的線路分別接入兩個子系統(tǒng)的光纖通道設(shè)備或總線。同時系統(tǒng)采用光纖的高密度連接技術(shù)以及5G信號傳輸技術(shù)，為采集設(shè)備提供高質(zhì)量光纜與光纖通道的連接。由于在整個監(jiān)測過程中傳感器均處于通電狀態(tài)，可以有效保證數(shù)據(jù)的可靠性，傳感器通電后不會產(chǎn)生過多熱量或因短路引起溫度升高，傳感器通電后處于通電狀態(tài)下依然可以正常工作，有效保證數(shù)據(jù)的可靠測量。系統(tǒng)可以在設(shè)備停電或者在故障檢修時通過網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進行報警；通過局域網(wǎng)與變電站的監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集并上傳和分析。另外還可以根據(jù)需要實現(xiàn)設(shè)備運行數(shù)據(jù)與運維系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享、數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備狀態(tài)查詢和維護申請等功能。3.3數(shù)據(jù)傳輸與處理變電站的環(huán)保一體化在線監(jiān)測中，傳輸回的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過處理分析后才能形成視頻畫面，為變電站環(huán)保改進提供數(shù)據(jù)支持，其數(shù)據(jù)處理的過程是很重要的。為了保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，最先需要對傳感器這一類前端設(shè)備進行分析。傳感器要安裝在需要測量的儀器中，其安裝要保證不影響儀器檢測和工作的穩(wěn)定性。為了使監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的傳輸至監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)處理軟件，在安裝傳感器時需要考慮其安裝環(huán)境。根據(jù)需要選擇適合監(jiān)測設(shè)備安裝的環(huán)境，以保證測量數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r有效的傳輸至數(shù)據(jù)處理軟件。首先，要根據(jù)測量需要確定是否安裝在變電站內(nèi)[4]。由于變電站內(nèi)空氣流動不暢，溫度差較大，所以安裝傳感器時應(yīng)選擇遠(yuǎn)離變電站內(nèi)空氣流動較大，溫度比較低的地方，需要選擇風(fēng)速小，風(fēng)壓和風(fēng)速大，傳感器可以平穩(wěn)運行的使用環(huán)境。其次，傳感器應(yīng)安裝在被測設(shè)備附近，并且傳感器上應(yīng)當(dāng)設(shè)置報警指示標(biāo)識以及警示標(biāo)志。最終，傳感器要安裝于被測環(huán)境有良好照明和通風(fēng)條件的位置上。在數(shù)據(jù)監(jiān)測完成之后，數(shù)據(jù)傳輸過程中，首先要下載并上傳一份運行在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場采樣環(huán)境信息，即現(xiàn)場環(huán)境各監(jiān)測點溫度、濕度等信息。然后要生成一個統(tǒng)計報表，該報表所含參數(shù)包括污染物質(zhì)類型、時間、濃度等。最后是保存所有采集到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的結(jié)果信息。其次通過在后臺使用Web服務(wù)器對收集到的在線監(jiān)測報警信息進行在線實時處理，顯示報警現(xiàn)場信息。最后通過Web服務(wù)器對采集到的歷史報警信息進行判斷和分析。在處理報警過程中使用HTTP協(xié)議可以實時在線存儲所有報警現(xiàn)場信息，同時實時顯示報警現(xiàn)場各種參數(shù)，如排放濃度、廢氣排放狀態(tài)、濃度曲線等[5]。同時實時輸出報警時段、報警類型、異常值、報警時間等一系列報警現(xiàn)場信息，并對報警信息做及時的存儲與統(tǒng)計分析，便于系統(tǒng)對其進行監(jiān)測預(yù)警或輔助管理。在變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測過程中，其還可對各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行單獨顯示。其中數(shù)據(jù)采集終端能夠顯示每個子系統(tǒng)的信息，如各子系統(tǒng)總圖、各子系統(tǒng)組態(tài)、各子系統(tǒng)故障信息等，并可對所有信息進行打印、歸檔，且系統(tǒng)可根據(jù)需要進行自定義配置，可以對獲取到的環(huán)保數(shù)據(jù)進行顯示與打印，也可自定義將其設(shè)置成報表、日志、視頻、聲音等多種功能類型。通過網(wǎng)絡(luò)連接，還可以實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫與其他子系統(tǒng)及用戶之間的信息交換，因此數(shù)據(jù)采集終端可以在各子系統(tǒng)之間以及與其他子系統(tǒng)之間進行信息交換和通訊[6]。數(shù)據(jù)采集終端還可以在各個子系統(tǒng)之間建立信息共享協(xié)議或采用數(shù)據(jù)共享交換技術(shù)將信息傳遞到信息管理中心、其它子系統(tǒng)或用戶服務(wù)器上，進而實現(xiàn)信息資源共享和數(shù)據(jù)資源共享。此外該項目中實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中各子系統(tǒng)之間以及與其他子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享和交換等功能。3.45G網(wǎng)絡(luò)設(shè)置變電站變電環(huán)保監(jiān)測一體化綜合監(jiān)控系統(tǒng)是以變電站環(huán)境的自動監(jiān)測為核心，基于各類傳感器實時采集設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)并處理分析計算處理后形成一體化的監(jiān)測系統(tǒng)。它是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過5G網(wǎng)絡(luò)，將采集到的各類數(shù)據(jù)與監(jiān)控平臺進行實時的通信交流形成一套監(jiān)測數(shù)據(jù)智能處理系統(tǒng)，以實現(xiàn)變電環(huán)保運行的智能化。一般情況下，環(huán)保在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為兩個數(shù)據(jù)采集節(jié)點，一個數(shù)據(jù)采集節(jié)點設(shè)置在數(shù)據(jù)采集機房，另一個數(shù)據(jù)采集機房設(shè)置在現(xiàn)場。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場網(wǎng)關(guān)結(jié)合在一起，不需要安裝網(wǎng)關(guān)，現(xiàn)場網(wǎng)關(guān)只需控制開關(guān)站內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)，同時為數(shù)據(jù)采集機房提供電源[7]。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集后，由數(shù)據(jù)采集機房發(fā)送至環(huán)保在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)平臺進行統(tǒng)一處理，數(shù)據(jù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)平臺根據(jù)監(jiān)測設(shè)備對數(shù)據(jù)實時進行分析，通過計算機網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備向現(xiàn)場終端遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，如有數(shù)據(jù)異常，發(fā)出報警，數(shù)據(jù)記錄在現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備上。通常情況下，在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)平臺需要配置2-3臺監(jiān)控設(shè)備和1-2臺通信設(shè)備，同時為保證信息獲取與傳輸正常，一般需選擇具備性能較好、穩(wěn)定可靠、兼容度高、體積小、運行成本低、維護方便等優(yōu)點的監(jiān)控設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺應(yīng)配置2-3個網(wǎng)關(guān)或1-2個通信設(shè)備，一般可在設(shè)備之間或設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間進行數(shù)據(jù)傳輸。其中設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間均應(yīng)具備通信功能并具有可擴展性，并且各類傳感器可以通過無線連接在控制主機上，而5G技術(shù)可以通過自身快速地傳輸特點來提升自身對于傳感器數(shù)據(jù)的傳輸速度。該系統(tǒng)將變電站的各類傳感器進行集成，形成一體化的變電環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對變電站數(shù)據(jù)進行采集并存儲起來，然后將信息實時傳遞到各個監(jiān)控管理系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)可以將變電監(jiān)測和數(shù)據(jù)信息收集，數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析的功能整合起來，結(jié)合變電站智能運維和物聯(lián)網(wǎng)信息收集功能，為電力調(diào)度中心和設(shè)備運維提供數(shù)據(jù)支持。采用“物聯(lián)+智能+5G”方式將各部分?jǐn)?shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至管理平臺、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及自動監(jiān)測設(shè)備進行遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理和決策是變電環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)運行和維護過程中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最為重要一環(huán)。它不僅具有較強的穩(wěn)定性和可靠性，而且可遠(yuǎn)程操控、智能擴展性強且自動化程度較高，是變電環(huán)保監(jiān)測一體化中具有廣泛應(yīng)用前景的設(shè)備之一。結(jié)論：為實現(xiàn)變電站環(huán)保一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)的高效應(yīng)用，需要加強監(jiān)測設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。通過與傳感器網(wǎng)絡(luò)連接，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保監(jiān)控平臺上，實現(xiàn)對變電站污染物排放的實時監(jiān)測。同時結(jié)合對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析判斷環(huán)境保護設(shè)施運行效果，為電力部門決策提供依據(jù)。Reference：[1]陳蘭蘭,張楠.智慧變電站的體系構(gòu)架設(shè)計與設(shè)備配置原則[J].光源與照明,2022,(04):117-119.[2]周鵬杰,朱春良.智能變電站保護在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2020,(36):101-102.[3]李磊.芻