高压设备电磁辐射在线监测技术方案

       高压输变电设施电磁辐射在线监测技术方案

       1、应用范围

       随着我国经济的发展，城市规模不断扩大，一些高压输配电设施逐渐被人口稠密的城区包围起来。近年来由于环保意识的提高，输电线路和变电站周围工频电磁辐射问题所产生的电磁辐射对环境的效应日益引起周围居民和当地政府的重视，当前人们对高压输变电工程的环境效应的投诉逐渐增多，争议分歧加大。因此，高压架空线路和变电站周围电磁环境的分析是非常必要的，另外，为了规范输变电工程的建设和发展，国家电网公司也大力推进输变电工程的典型设计工作，对于国家电网典型设计变电站的分析有利于控制今后输变电工程的环境影响，输变电工程的电磁环境影响参数主要包括工频电场，工频磁场，无线电干扰和可听噪声四个方面，针对工频磁场进行仿真计算及研究，软件采用的数值计算方法基于毕澳-沙伐定律：求出任一直导线段在空间上任一点上的工频磁场，然后依据叠加原理，采用数值计算方法计算出所有载流导体共同作用下整个待求区域的磁场分布，并用Matlab软件对计算结果进行图示处理，得到平行于地面的任意平面上的磁场分布，能直观地得到平行于地面的任意平面和输电线和变电站周围的磁场分布。

       2、技术特点

       基于0-30kHz范围内毕奥萨伐定律的磁场仿真和镜像电荷分布计算的电场仿真以及导体表面场强基础上的电磁噪声和电磁干扰计算能力的扩展;计算高压输变电缆表面场强；

       允许对任何传导元进行三维空间的任意分布的分析并处理准静态场强,实现对高低频装置辐射源的快速简单的三维场强计算,可得到RMS值、峰值以及XYZ分量；基于CAD标准的模型搭建和3D模拟仿真效果展示

       采用高斯技术以及稀疏矩阵等计算时域分布和特定相位分布曲线和数值，自动求解接地线的感应电流，进行相位优化

       数据测量范围：X，Y，Z三个方向的绝对值，百分比和总值，内置时钟时间显示，显示探头型号及校准时间，柱状图模拟强度现实对应实时测量值。

       低频电-磁场专用测量探头，具有强大的频谱分析功能，是目前世界功能最优的工频测量分析型探头。可解决工频测量中的谐波问题和低频宽带辐射信号的识别和测量。独立24小时连续监测功能

       3、系统组成

       数据分析统计子系统是监测系统中的核心部分.是用户直接操作和感受到的部分，采用C/S模式在监测部门内部供工作人员直接操作使用。具有安全、快捷方便的特点、系统即具有综合性、集成性的特点、又有各模块独立操作的有点。其功能包括如下:

       1.现场实时监测原始数据的查询、偏离修正、监测数据有效性审核、预报数据录入

       2.监测数据历史记录的维护。

       3.GIS电子地图实时显示辐射体污染变化趋势

       4.结合历史数据生成辐射污染体污染指数曲线图

       5.监测数据异常分析、软件报警、实时通过短信通知报警信息

       6.各种数据汇总报表、统计报表、上报表格，包括特殊格式报表

       7.默认、自定义监测采集方案维护

       8.现场自动采样器操作

       9.现场样本试验数据录入、与自动监测数据对比、偏离报告

       10.现场维护记录

       11.监测站点、监测项目等基础信息自由配置、兼容性好

       3.1系统由多个电磁环境监测子站、监控中心及数据公示平台组成，其中：监测子站由电磁辐射监测仪、数据采集传输仪及供电系统组成。电磁辐射监测仪用于监测高压设备环境电磁辐射，数据采集传输仪采集高压设备的电磁辐射监测仪的监测数据，通过无线或有线通信方式传输到远程的监控中心。监控中心由服务器、网络设备及电磁辐射在线监测系统软件平台组成，获取多个监测子站的监测数据，进行存储、数据处理、统计及数据发布，客户端及服务器端，对监测子站及公示显示屏进行管理。数据采集终端 根据监测性质的不同主要分为三个方面，主要检测的物理量有：工频电磁辐射，工频电场辐射、各类射线辐射，核辐射等；实时将现场辐射污染数据采集到智能监控终端内。通过工业上通用的MODIBUS标准协议进行传输。

       3.2无线传输设备 鉴于对通讯模块的要求，我们选择四信通讯有限公司的F2103IPMODEM。它具有体积小、功耗低、配置使用简单、即插即用。支持主备数据通道、并行多数据通道、实时在线和按需在线多种工作方式、并且支持APN网络接入等功能不仅可以保障数据安全可靠还能让客户按需传输，节省资费。

       3.3数据管理中心 监测数据接收子系统（整个系统中至关重要的一个子系统,它肩负着各种高压设备现场实时数据的监测及数据接收的作用,具有无人职守自动工作功能）；数据分析统计子系统（监测系统中的核心部分.是用户直接操作和感受到的部分，采用C/S模式在监测部门内部供工作人员直接操作使用）；报警短信子系统（利用目前广泛使用的移动通讯技术进行开发的一个及其有用的功能系统，终端仪器仪表设定报警值后和短信MODEM组合，以快速的把报警信息发到指定的管理层）；WEB发布子系统（辐射污染自动监测系统中对外公布的网页查询系统，提供了解居住环境质量的窗口，也是被监测企业、工厂对自己排放辐射污染程度的要求

       3.4系统总架构 辐射污染数据采集终端通过RS232/485通讯接口与F2103串口连接，数据监控中心可以采用多种方式连接网络，例如固定IP、APN、ADSL等。无线传输设备F2103通过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机，与中心建立TCP/IP连接后开启透明数据通道。当采集终端需要上报数据的时候将数据直接送往串口，此时F2103就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机。当数据中心下发的命令或数据通过通道传输到F2103后，F2103通过串口送到采集终端，从而实现了数据双向透明传输。

       4、测量功能及参数

       4.1测量功能

       交叉跨越 风偏测量 点到线路 线路净空 线路弧垂 线路层距 档距累加 线路夹角 线路对地 相对高差 单点测距 两点测距 坐标偏移 剖面测量 水平距离 方位角度 倾斜角度 坡度测量

       4.2测量范围

       0-1860米(一般反射性物体1200米)测高精度25米以下线路5-10厘米；25-35米 线路；10-15厘米；35-50米 线路15-30厘米

       4.3测距精度

       0-50米小于10厘米；50-100米小于20厘米；100-200米；小于30厘米；200-2000米小于50厘米

       4.4随机配件

       数据采集测量装置，模拟展示装置，观测装置、仿真计算分析软件，充电器，光电转换器，USB数字证书，购买凭证和安装向导说明，操作实录CD5、系统架构实施

       5.1传输模块与辐射处理采集终端连接 在工业领域设备一般都采用以太口或串口传输数据，无线通信模块F2103同时支持232/485

       通信方式，因此可以直接和辐射处理数据采集终端进行连接通信，如下图

       5.2数据中心网络接入方式分析

       5.2.1专线接入 中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP客户中心通过一条2MAPN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。

       5.2.2ADSL拨号连接（动态公网IP地址）中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IPMODEM（IPMODEM采用高性能工业级处理器以及看门狗等安全机制设计，完全采用国际标准的TCP/IP安全传输协议机制，保证数据的安全和及时，而且采用完全透明传输机制，保证数据的准确性，通信中断也会自行检测然后自动断电重启，保证IPMODEM永远在线，通信链路永远正常，IPMODEM采用标准的工业串口通信，即插即用，且高规格的模具设计，体积小巧方便维护）先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。

       5.2.3通过固定公网IP连接 中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。IPMODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。

       5.3数据中心软件平台构建 中心端软件的构建有多种方式，对于传入数据的方式的不同，我们提供不同的软件来帮助客户快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。

       6、数据中心软件平台构建

       为了加强对放射源和射线装置安全运行的监督管理，保障人体健康、保护环境，根据辐射防护三原则与国家相关标准的要求，考虑人为操作失误、射线装置和放射源意外故障等原因可能引发的放射性危害，仿真规模一次仿真的电荷元不少于32000，可同时模拟50000条导体，100条架空线以及1000栋建筑物，一次界面的地网格点为32000*32000；任意平面任意指定区域的计算和动态差分，所以有必要建设一套在线监测报警系统。

       在线式电磁辐射监测报警系统通过计算机远程集中监测 , 完成对高压输变电设备电磁辐射实时监测、超域值后就地测量探头和控制室同时给出声光报警，提醒工作人员注意辐射防护，以达到保护工作人员安全和提高辐射事故应急处理速度的目的。

       本系统以工业控制计算机作为上位机，通过由 5 芯屏蔽电缆线连接的 RS-485 通讯网络，来实时采集安装在现场的若干台 REN300 在线 x-γ辐射安全报警仪和多个不同量程的 X、γ射线探头.通过对采集数据的加工处理，系统以文本数字、动态图形曲线、动态图形符号、动态颜色、报警声音的方式向管理人员和现场工作人员呈现辐射现场的剂量率信息。同时在保证系统稳定运行的前提下，系统能连续保存 30 个辐射探头 5 年以上的历史数据，为辐射环境评价提供重要的数据依据.此外系统还提供对历史的报警数分析报表、平均剂量率分析报表等统计分析功能。本系统是一套成熟的、完善的、实用的系统，已在多个地方安装并运行。