变电站环保一体化在线监测技术分析

变电站环保一体化在线监测技术分析

1,陈新圣,陈树藩,张润坤2.宋凯,杨貌,陈文杰  

1. 国网上海市电力公司
2. 2.   中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司

摘要：本文就变电站环保一体化在线监测技术进行探究，首先对变电站环保一体化在线监测的重要性进行分析，之后就变电站环保一体化的在线监测设备进行阐述，最终就变电站环保一体化在线监测技术进行分析，旨在保障变电站正常运行的前提下提高其环保性。

关键词：变电站；监测技术；环保一体化

引言：变电站环保一体化在线监测就是在变电站建设项目中应用环保监测仪器和数据采集设备，将其安装在变电站内环境的关键部位，采用传感器及相关设备进行在线监测的行为，其能够实现对变电站环境污染的实时监测与控制。实现环保管理的自动化和信息化。变电站环保一体化监测可以充分发挥智能环保监测设备的优势，保障变电站运行的生态稳定。

1. 变电站环保一体化的重要性

环保一体化监测系统能够将所有监测仪器和控制设备按各自功能分模块部署于环境监测系统上，通过5G信号联网实现与环保监控中心的信息互通，进行环保远程在线监测。该技术利用先进的监测仪器，能自动对现场噪声、电磁辐射等指标进行实时监测，并可通过互联网将实时数据发送到指定数据管理中心。其能够有效避免运维工作人员在变电站中工作时间过长所受到的噪声污染、电磁辐射等问题，并且具有较强的可操作性，可直接将各类监测仪器嵌入到各个污染物控制系统中[1]。而且其可以实现环保管理智能化、可维护化与信息化相结合，便于远程操作，提高了管理人员工作效率和环境保护意识以及企业的生产效率，减少了运维工作量以及相关管理人员自身健康安全的威胁，有利于改善环境质量。由于该监测技术能够减少污染排放和污染物超标排放，具有一定的经济效益与社会效益，可以节约大量管理成本。环保一体化监测系统可以通过在变电站安装传感器、自动计量系统、数据传输系统等设备，实现环境数据采集、自动化传输到在线监控中心。完成现场监测工作后，通过软件将污染物在线检测信息通过网络实时地传送至监控中心指挥平台上并可远程对相应的环境自动显示报警数据并对其进行故障分析处理，实现环保相关政府部门对变电站实时运行数据及污染源排放情况的监控与管理。

2. 变电站环保一体化在线监测设备构成

2.1气体检测装置

目前，大多数变电站环保一体化在线监测系统中，气体检测设备主要可以分为气体分析仪和烟度计两种。气体分析仪主要包括气体采集传感器和采样设备两部分。气体分析仪主要应用于气溶胶浓度检测、气体泄漏检测、CO气体采样，监测气体的成分以及含量。废气检测又称气体检测装置(SVL)或废气排放检测装置，主要检测的是气体中各种污染物的含量浓度大小，目前主要应用于石油化工、制药行业的生产。其可以从气体中检测出部分有害气体，比如CO气体，此外还能检测出一些气体中的杂质，如二氧化硫等，所以要在不影响环境与人体健康的前提下选择合适的监测工作手段及治理方式[2]。

2.2传感器

传感器的安装需要经过安装调试，并且其需要根据实际监测情况，确定监测设备有效距离，一般情况下是20米，传感器需要安装在变电站的主要机房内。变电站内主配电房、主设备房、变压器室、主变、开关柜等多个区域都需要安装该设备，以保证能够对变电站运行过程进行全面监测。变电站传感器主要分为场强传感器、SF6传感器及噪声传感器，这几种传感器可以针对变电站运行中产生的污染进行捕捉。随着电网工业的发展，越来越多的变电站面临着自身运行中产生的环保问题，具有一定的运行压力。因此在变电站环保一体化在线监测技术中采用电磁波传感器作为变电站大气环境管理工具，能够有效弥补传统传感器的缺陷，能够更加及时地了解变电站大气污染情况及程度。

2.3声光报警器

声光报警器是基于无线通信技术、光传感器技术、红外测温技术等先进技术开发而成。产品结构简单实用、小巧便携，安装方便，可以有效地在变电站内、变电站周边环境中实现声光报警。安装过程中，每一个声光报警器都可以被分布安装在LED显示屏显示的监测数据侧方，能够更好地实现其自身的报警功能。产品具有完善产品结构，其具有远程实时监控功能、声光报警功能及数据采集与传输功能。声光报警器具有主动告警功能，通过设置声光报警程序能够实现自动报警，自带报警音、闪烁灯、声光警报器、告警信息播报软件，可方便快捷地实现实时监控及报警信息播报功能。声光报警器报警状态下，能够使即将进入现场的工作人员更为直观、快速地确认出现异常的对象及位置。

3. 变电站环保一体化在线监测技术

3.1监控系统

在变电站的环保一体化在线监测过程中，需要通过复杂的组成方式将通信网络以及环境监测的数据结合起来，形成一整套完善的变电站监测系统。对于环保监管工作来说，变电站中的环境情况，特别是污染物排放情况与其他管理部门是存在较大差异的，因此需要采用一种自动化程度高、功能强大、精度和稳定性高、维护方便、实用性强的监控系统。因此需要采用先进的无线技术对变电设备供电范围内所有设备进行监控，实时显示变电站内所有生产和生活的场所室内及室外温湿度等参数。当出现异常情况时，可以及时分析出气体超标的情况，并且获取到超过标准限量的数值。

在监测过程中，主系统中的监控部分需要与变电站中的设备运行信息相互连接，实现数据之间的流通性。同时，监控过程中的前端是各类传感器设备，场强传感器、SF6传感器以及噪声传感器可以分别对变电站运行中产生的各类污染进行整体监测。在前端传输数据的过程中，其会通过5G技术来将相对应的数据信息传输到控制主机中进行处理。可实时采集电磁、噪声、SF6等环境及控制参数，能够实时、有效、准确地监测、控制设备运行状态。其可以采用逻辑联动或手动控制方式，通过对设备运行参数变化、故障等信息进行采集和远程操作，实现对设备运行状况的实时监控。在发现相应污染数据的时候，监控系统可以自动生成各种报警信号，包括温湿度报警、烟尘报警、废气报警等，可实现全天候连续报警，对电磁、噪声、SF6等各项数据进行实时分析及上传。当数据超过阈值时可自动发送报警信息并根据设备异常情况提供故障记录和故障提示[3]。

在该过程中，为了保障环保一体化在线监测的全面性，需要将按照不同的变电站部分进行模块设计，针对模块中的不同区域设置出单区域单网的模式。在输出端口中，5G技术可以保障数据信息经过处理后输出的流畅性，避免在传输过程中出现卡顿的情况。在输出之后，一般情况下其会以视频以及数据表格的形式进行展示，监控组网会使用到LED显示屏来作为主要的视频显示终端。在LED显示屏设置中，其侧面会装置部分声光报警器，以保证在检测到过强的污染时，其警鸣可以让工作人员直接意识到变电站出现污染的位置，进而第一时间通过LED显示屏来观测现场情况。LED显示屏的运转就是基于传感器在5G信号下实现数据传输的，控制主机经过传感器的数据分析，将数据处理之后发出指令，控制LED显示屏形成相对应的环保监测画面，为变电站提供了完善的监控系统。在对在线监测设备进行安装时，可以对LED显示屏进行合理布置，通过高清视频监控设备状态及设备运行的监控功能。可以对其相关信息及时进行采集、分析、处理、传输，并保存于数据库中。保证视频监控设备能够及时对设备上采集到的信息进行采集、分析、处理，并且可以将采集到的信息实时地反馈到变电站的运维人员手中。

3.2系统集成

设备在安装、调试、运行过程中需要将传感器等元件接入系统的网络中。系统采用双总线结构，其中有通讯接口的线路分别接入两个子系统的光纤通道设备或总线。同时系统采用光纤的高密度连接技术以及5G信号传输技术，为采集设备提供高质量光缆与光纤通道的连接。由于在整个监测过程中传感器均处于通电状态，可以有效保证数据的可靠性，传感器通电后不会产生过多热量或因短路引起温度升高，传感器通电后处于通电状态下依然可以正常工作，有效保证数据的可靠测量。系统可以在设备停电或者在故障检修时通过网络中的数据进行报警；通过局域网与变电站的监控中心联网、数据采集并上传和分析。另外还可以根据需要实现设备运行数据与运维系统数据的共享、数据查询、设备状态查询和维护申请等功能。

3.3数据传输与处理

变电站的环保一体化在线监测中，传输回的数据需要经过处理分析后才能形成视频画面，为变电站环保改进提供数据支持，其数据处理的过程是很重要的。为了保证数据的精准度，最先需要对传感器这一类前端设备进行分析。传感器要安装在需要测量的仪器中，其安装要保证不影响仪器检测和工作的稳定性。为了使监测数据稳定可靠的传输至监测设备和数据处理软件，在安装传感器时需要考虑其安装环境。根据需要选择适合监测设备安装的环境，以保证测量数据能够实时有效的传输至数据处理软件。首先，要根据测量需要确定是否安装在变电站内[4]。由于变电站内空气流动不畅，温度差较大，所以安装传感器时应选择远离变电站内空气流动较大，温度比较低的地方，需要选择风速小，风压和风速大，传感器可以平稳运行的使用环境。其次，传感器应安装在被测设备附近，并且传感器上应当设置报警指示标识以及警示标志。最终，传感器要安装于被测环境有良好照明和通风条件的位置上。

在数据监测完成之后，数据传输过程中，首先要下载并上传一份运行在线监测系统的现场采样环境信息，即现场环境各监测点温度、湿度等信息。然后要生成一个统计报表，该报表所含参数包括污染物质类型、时间、浓度等。最后是保存所有采集到系统数据库中的结果信息。其次通过在后台使用Web服务器对收集到的在线监测报警信息进行在线实时处理，显示报警现场信息。最后通过Web服务器对采集到的历史报警信息进行判断和分析。在处理报警过程中使用HTTP协议可以实时在线存储所有报警现场信息，同时实时显示报警现场各种参数，如排放浓度、废气排放状态、浓度曲线等[5]。同时实时输出报警时段、报警类型、异常值、报警时间等一系列报警现场信息，并对报警信息做及时的存储与统计分析，便于系统对其进行监测预警或辅助管理。

在变电站环保一体化在线监测过程中，其还可对各子系统的数据进行单独显示。其中数据采集终端能够显示每个子系统的信息，如各子系统总图、各子系统组态、各子系统故障信息等，并可对所有信息进行打印、归档，且系统可根据需要进行自定义配置，可以对获取到的环保数据进行显示与打印，也可自定义将其设置成报表、日志、视频、声音等多种功能类型。通过网络连接，还可以实现监测数据库与其他子系统及用户之间的信息交换，因此数据采集终端可以在各子系统之间以及与其他子系统之间进行信息交换和通讯

[6]。数据采集终端还可以在各个子系统之间建立信息共享协议或采用数据共享交换技术将信息传递到信息管理中心、其它子系统或用户服务器上，进而实现信息资源共享和数据资源共享。此外该项目中实现了数据传输网络中各子系统之间以及与其他子系统之间数据共享和交换等功能。

3.45G网络设置

变电站变电环保监测一体化综合监控系统是以变电站环境的自动监测为核心，基于各类传感器实时采集设备监测数据并处理分析计算处理后形成一体化的监测系统。它是基于物联网技术，通过5G网络，将采集到的各类数据与监控平台进行实时的通信交流形成一套监测数据智能处理系统，以实现变电环保运行的智能化。一般情况下，环保在线监测网络设置为两个数据采集节点，一个数据采集节点设置在数据采集机房，另一个数据采集机房设置在现场。数据采集网络与现场网关结合在一起，不需要安装网关，现场网关只需控制开关站内设备运行状态，同时为数据采集机房提供电源[7]。网络数据采集后，由数据采集机房发送至环保在线监测网络平台进行统一处理，数据监测网络平台根据监测设备对数据实时进行分析，通过计算机网络通信，实现监测设备向现场终端远程数据传输，如有数据异常，发出报警，数据记录在现场网络存储设备上。通常情况下，在线监测网络平台需要配置2-3台监控设备和1-2台通信设备，同时为保证信息获取与传输正常，一般需选择具备性能较好、稳定可靠、兼容度高、体积小、运行成本低、维护方便等优点的监控设备。网络监控平台应配置2-3个网关或1-2个通信设备，一般可在设备之间或设备与网关之间进行数据传输。其中设备与网关之间均应具备通信功能并具有可扩展性，并且各类传感器可以通过无线连接在控制主机上，而5G技术可以通过自身快速地传输特点来提升自身对于传感器数据的传输速度。

该系统将变电站的各类传感器进行集成，形成一体化的变电环保监测系统。该系统是采用物联网技术对变电站数据进行采集并存储起来，然后将信息实时传递到各个监控管理系统，监测系统可以将变电监测和数据信息收集，数据统计和分析的功能整合起来，结合变电站智能运维和物联网信息收集功能，为电力调度中心和设备运维提供数据支持。采用“物联+智能+5G”方式将各部分数据通过无线网络传输至管理平台、视频监控系统及自动监测设备进行远程监控、管理和决策是变电环保监测系统运行和维护过程中应用物联网技术最为重要一环。它不仅具有较强的稳定性和可靠性，而且可远程操控、智能扩展性强且自动化程度较高，是变电环保监测一体化中具有广泛应用前景的设备之一。

结论：为实现变电站环保一体化在线监测系统的高效应用，需要加强监测设备与环境监控设备之间的数据交互。通过与传感器网络连接，将采集到的数据传输到环保监控平台上，实现对变电站污染物排放的实时监测。同时结合对监测数据的分析判断环境保护设施运行效果，为电力部门决策提供依据。

参考文献：

[1]陈兰兰,张楠.智慧变电站的体系构架设计与设备配置原则[J].光源与照明,2022,(04):117-119.

[2]周鹏杰,朱春良.智能变电站保护在线监测系统设计[J].科学技术创新,2020,(36):101-102.

[3]李磊.刍议绿色环保变电站设计的思路[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2020,(09):108-109.

[4]吴平沙,张锋,姚金雄.变电站事故油池应急作用及环保要点分析[J].黑龙江环境通报,2020,33(03):64-65.

[5]陈月卿,陈建洪,邱建斌,等.一种智能变电站监控信息自动验收系统的研究[J].电力系统保护与控制,2020,48(11):143-150.

[6]张宇,张昊,李胜,等.基于改进型神经网络的变电站监控信息点表优化分析[J].电子技术应用,2019,45(11):96-99.

[7]赵鑫.35kV变电站总体设计及智能化研究[D].青岛大学,2019.