一種基于分布式多層體系的輸變電工程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測新系統(tǒng)
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作者：鄭曉敏
隨著社會和公眾維護自身環(huán)保權(quán)益的意識不斷提高，輸變電工程建設(shè)項目越來越受到廣泛的關(guān)注。這些年來，群眾對于電力設(shè)施建設(shè)所帶來環(huán)境問題的關(guān)注度越來越高，在全圍各地不時發(fā)生因輸電線路臨近、跨越民房，變電站、換流站噪聲擾民等電磁環(huán)保問題引發(fā)投訴和糾紛，群眾阻撓輸變電工程施工的事件時有發(fā)生．這不僅給電網(wǎng)的建設(shè)帶來困難、嚴重影響電網(wǎng)的安全運行，也給輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)管帶來諸多問題和壓力。
本文針對目前輸變電工程電磁環(huán)境方面存在的問題．設(shè)計一套基于分布式多層體系的輸變電工程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測系統(tǒng)，建立電磁環(huán)境相關(guān)標準、知識、監(jiān)測數(shù)據(jù)等信息數(shù)據(jù)庫，將各個電壓等級輸變電工程敏感點的工頻電場強度、工頻磁場強度和可聽噪聲進行實時智能監(jiān)測，通過戶外信息屏，向公眾展示輸變電工程工頻電場、工頻磁場和可聽噪聲水平及其變化情況，為公眾提供直觀的電磁環(huán)境信息；為環(huán)保、電力運行部門提供基礎(chǔ)電磁環(huán)境數(shù)據(jù)支撐，服務(wù)于電網(wǎng)建設(shè)和電磁環(huán)境宣傳。本系統(tǒng)的設(shè)計將提升電網(wǎng)企業(yè)在輸變電工程電磁環(huán)境保護T作方面的形象和地位,為電網(wǎng)環(huán)保領(lǐng)域提供有力支撐和技術(shù)手段。
1 國內(nèi)外電磁環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀
近年來．工頻電磁場固定點監(jiān)測在全球范罔內(nèi)得到了非常迅速的發(fā)展，尤其是在歐洲國家，許多大中城市都安裝了同定點工頻電磁場測量系統(tǒng)。
意大利是國際上電磁輻射法規(guī)和標準都較為健全的國家．對電磁輻射的管理體制相對較為成熟．在意大利境內(nèi)有約1 169套固定點監(jiān)測系統(tǒng)。為了進行全面的電磁環(huán)境情況監(jiān)測，埃及在全國范圍內(nèi)啟動了Horus固定點監(jiān)測系統(tǒng)（共計28套）。葡萄牙共設(shè)立國控測量點約414個，安裝固定點電磁環(huán)境測量系統(tǒng)約107套，實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的固定點電磁監(jiān)測。
在我國，自國家提m“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”和發(fā)展“綠色經(jīng)濟、低碳經(jīng)濟”戰(zhàn)略方針以來，全國各地電網(wǎng)公司掀起了建設(shè)綠色輸變電工程的熱潮。日前，在北京、江蘇以及浙江等地．不同程度上開展了電磁環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的試點工作。國內(nèi)已建立電磁環(huán)境監(jiān)測的城市有北京（望京220 kV戶內(nèi)變電站）、成都（安順橋220 kV變電站）、上海（靜安500 kV戶內(nèi)變電站）、南京（淮海路110 kV戶內(nèi)變電站、古平崗110 kV戶內(nèi)變電站、厚載巷110 kV戶內(nèi)變電站）、杭州（橫河110 kV戶內(nèi)變電站）、寧波（桑田220 kV戶外變電站）、溫州（馬鞍池110 kV戶內(nèi)變電站）、蘇州（胥門110 kV戶內(nèi)變電站）和鎮(zhèn)江（雙井110 kV戶內(nèi)變電站）。
雖然我國已在部分地市開展了電磁環(huán)境同定點監(jiān)測系統(tǒng)試點T程．但并未對電磁環(huán)境固定點監(jiān)測進行系統(tǒng)的設(shè)計與規(guī)劃，電磁環(huán)境工作仍缺乏有效的監(jiān)管機制和成熟的管理經(jīng)驗．因此需要通過實施規(guī)范化的手段來提高管理工作的科學化、程序化、標準化、精細化水平，通過規(guī)范日常監(jiān)管工作，使每個階段、每個環(huán)節(jié)得到有效監(jiān)管，實現(xiàn)電磁環(huán)境全過程管理。
2系統(tǒng)總體設(shè)計
2.1 總體架構(gòu)
輸變電工程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。智能實時監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)包括終端監(jiān)測站點、數(shù)據(jù)采集交換、后臺管理3個部分。
監(jiān)測站為安裝在輸變電工程敏感點的電磁環(huán)境監(jiān)測終端，盡可能反應(yīng)輸變電工程對周圍環(huán)境影響水平，實現(xiàn)工頻電場、工頻磁場和可聽噪聲的全天候監(jiān)測．內(nèi)含無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊．利用光纖將監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)傳輸至實時數(shù)據(jù)采集發(fā)布端。
實時數(shù)據(jù)采集發(fā)布設(shè)備安裝在監(jiān)測站附近．且在公眾視覺范圍內(nèi)，內(nèi)含LCD顯示屏、控制計算機和光纖通信模塊，實現(xiàn)電磁環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理，以直觀、形象的方式展示現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與電磁環(huán)境相關(guān)宣傳信息。
后臺管理用于維護在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史趨勢分析、信息顯示模式、用戶權(quán)限等重要的維護和管理功能，通過在監(jiān)控巾心安裝后臺管理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。
2.2分布式多層體系
為了挖掘系統(tǒng)設(shè)計的能力．提高軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、擴展性和適應(yīng)能力，輸變電工程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測系統(tǒng)將傳統(tǒng)的客戶端、應(yīng)用層和服務(wù)器3層體系架構(gòu)擴展為分布式多層體系結(jié)構(gòu)，將應(yīng)用層擴充為數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層、界面服務(wù)層和Web服務(wù)層，如圖2所示。
數(shù)據(jù)訪問層主要用于數(shù)據(jù)庫、XML文件、文本文件等異構(gòu)數(shù)據(jù)接入方式的標準化．實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的快速訪問。針對數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)表的持久化，完成數(shù)據(jù)的快速增、刪、改、查。同時，數(shù)據(jù)訪問層為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)接口．降低業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)層的耦合度。
業(yè)務(wù)邏輯層位于界面服務(wù)層和數(shù)據(jù)訪問層之間，組織業(yè)務(wù)功能實現(xiàn)，主要包括調(diào)取實時數(shù)據(jù)、組織歷史數(shù)據(jù)、設(shè)計高級功能模型等。
界面服務(wù)層組織界面所需的服務(wù)數(shù)據(jù)．立于業(yè)務(wù)邏輯層之上，針對用戶定制需求，對業(yè)務(wù)邏輯數(shù)據(jù)進行再加工。
Web服務(wù)層完成界面服務(wù)的規(guī)范化，組織并暴露界面服務(wù)層方法，為用戶界面層提供訪問入口。
用戶界面層調(diào)取Web服務(wù)數(shù)據(jù)．根據(jù)工作需求，定制界面風格和業(yè)務(wù)需求，完成數(shù)據(jù)的展示和人機交互。
采用分布式多層體系架構(gòu)設(shè)計可以增加企業(yè)對象的重復(fù)使用率，降低整個系統(tǒng)維護成本．提升應(yīng)用系統(tǒng)的延展性、容錯能力和負載平衡能力。
多層體系結(jié)構(gòu)通過規(guī)范化的分層分析．有助于設(shè)計出條理清晰、邏輯分明的軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)基于分布式多層體系架構(gòu)設(shè)計，梳理電磁環(huán)境監(jiān)測主要業(yè)務(wù)流程、細化各業(yè)務(wù)步驟，進而抽象出業(yè)務(wù)模型和劃分出軟件功能模塊。
3系統(tǒng)功能及數(shù)據(jù)交互
3.1 系統(tǒng)功能
基于分布式多層體系的輸變電丁程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測系統(tǒng)功能包括現(xiàn)地側(cè)實時數(shù)據(jù)采集發(fā)布展示系統(tǒng)和后臺管理系統(tǒng)兩大部分，整體功能規(guī)劃如圖3所示。
現(xiàn)地側(cè)實時數(shù)據(jù)采集發(fā)布展示系統(tǒng)由實時信
息展示、政策信息及宣傳片展示、重點信息滾動展示和生活電磁場對比展示模式組成。
3.1.1 買時信息展示
實時信息展示是實現(xiàn)全天候24 h在線、可視化的監(jiān)測數(shù)據(jù)展示，通過不同的顏色展示正常、一級報警和二級報警的情況。
3.1.2政策信息及宣傳片展示
將各省市公司每年“六五環(huán)境日”、“環(huán)境大接訪”、“電磁輻射知識競賽”等活動進行集中宣傳；通過加大宣傳力度．一方面贏得了行業(yè)主管部門和建設(shè)單位的支持：另一方面，又促進了社會和公眾對電磁輻射基本知識的了解，從而形成了公眾既參與環(huán)保行動，又支持項目建設(shè)的良好局面。
3.1.3重點信息滾動展示
利用組態(tài)化的形式實現(xiàn)用戶自由設(shè)置企業(yè)介紹、宣傳、歡迎詞等重點信息的滾屏展示功能，可根據(jù)用戶的不同需求和內(nèi)容自行變更和展示。
3.1.4生活電磁場對比展示
生活電磁場對比展示模式為系統(tǒng)提供生活常見物品的電磁場和輸變電工程電磁場對比展示模式．讓公眾對電磁場的安全程度有更加直觀的認識，配以圖片，直觀地反應(yīng)電磁環(huán)境實際情況。
后臺管理系統(tǒng)由實時監(jiān)視、系統(tǒng)設(shè)置、資源管理和系統(tǒng)管理4部分組成。實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)現(xiàn)場、遠程儲存、展示、查詢和應(yīng)用等，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化部署、集巾化管理，智能化決策和信息化高級應(yīng)用。其中實時監(jiān)視模塊為后臺管理系統(tǒng)核心功能．主要包括實時監(jiān)測和歷史趨勢分析兩大功能。
實時監(jiān)測模塊主要采用圖形化信息直觀顯示測量參數(shù)的狀態(tài)．并且輔以一定的閾值判斷實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，以不同顏色展示監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息，可根據(jù)用戶的需求進行顯示模式的定制，實現(xiàn)智能信息流的多態(tài)展示。
歷史趨勢分析提供歷史數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計和趨勢分析等功能，通過對歷史數(shù)據(jù)的趨勢分析，可以掌握更多的電磁環(huán)境變化信息，從而為后續(xù)的決策提供可靠的依據(jù)，對提高電磁環(huán)境的監(jiān)督和管理具有重要的作用。
3.2數(shù)據(jù)交互
輸變電工程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換通信邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。將整個系統(tǒng)分為監(jiān)測設(shè)備、智能監(jiān)測平臺、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)端和Web客戶端5部分。
監(jiān)測設(shè)備也就是下位機，它和電磁環(huán)境監(jiān)測服務(wù)端通過光纖進行通信。
智能監(jiān)測平臺作為電磁環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)接收、處理、展示平臺，獲取監(jiān)測設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部算法處理為熟數(shù)據(jù)，依靠內(nèi)置LCD顯示屏進行展示．同時通過通信代理與數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)端交互。
Web服務(wù)端接收智能監(jiān)測平臺實時數(shù)據(jù)，綜合數(shù)據(jù)庫信息，發(fā)布功能代理，支持Web客戶端雙向通信。
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與Web服務(wù)端和智能監(jiān)測平臺通過TC P/IP協(xié)議進行雙向通信。
Web客戶端利用Web服務(wù)端代理，實現(xiàn)智能監(jiān)測平臺的遠程動態(tài)管理與配置。
針對電磁環(huán)境監(jiān)測參數(shù)類型的報文結(jié)構(gòu)，編寫相應(yīng)的報文類，實現(xiàn)統(tǒng)一的CRC校驗(CyclicalRedundancy Check，循環(huán)冗余碼校驗)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、告警識別、數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口。接口完成報文字節(jié)流裝箱拆箱作業(yè)實現(xiàn)完全封裝．構(gòu)建轉(zhuǎn)換適配器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全可靠傳輸。
在自動采集模式下，智能監(jiān)測平臺開啟對數(shù)據(jù)接收端口的監(jiān)聽，當有數(shù)據(jù)報文到達時，進行CRC校驗，如果檢驗結(jié)果正確，調(diào)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法．將字節(jié)流轉(zhuǎn)換為報文類，然后進行數(shù)據(jù)存儲和告警識別，存儲監(jiān)測信息和告警信息：如果檢驗錯誤，客戶端向監(jiān)測終端發(fā)送重新發(fā)送數(shù)據(jù)報文的請求。
4工程應(yīng)用
基于分布式多層體系的輸變電工程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測系統(tǒng)已在國內(nèi)多個城區(qū)變電站進行示范應(yīng)用，下面以在國網(wǎng)某省電力公司工程應(yīng)用為例進行整體說明。
110 kV某變電站為戶內(nèi)變電站，位于市中心，周圍高檔酒店、小區(qū)、學校密布，公眾對于變電站的電磁環(huán)境影響情況關(guān)注度非常高，綜合考慮實際情況，選取該變電站作為系統(tǒng)示范應(yīng)用，科學宣傳電磁環(huán)境監(jiān)測信息。
為了最大限度地監(jiān)測變電站電磁環(huán)境水平．兼顧主要電氣設(shè)備的影響，將監(jiān)測終端裝設(shè)在主變對面，靠近馬路側(cè)，現(xiàn)地側(cè)實時數(shù)據(jù)采集發(fā)布展示系統(tǒng)位于變電站大門內(nèi)側(cè)，過往公眾能清晰觀看監(jiān)測信息．對科學宣傳變電站及輸變電工程電磁環(huán)境知識起到較好的作用。圖5和圖6為選取的某天20組監(jiān)測數(shù)據(jù)分析圖，通過與國家推薦的工頻電場、工頻磁場值以及日常生活用品磁場值進行對比，可以直觀向公眾展示電磁環(huán)境監(jiān)測水平。如圖5所示，藍色曲線為現(xiàn)場監(jiān)測的20組工頻電場數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)為0.000～0.011 kV/m,遠遠小于國家工頻電場推薦標準值4 kV/m,因此該工程工頻電場值處于安全水平。
如圖6所示．藍色曲線為現(xiàn)場監(jiān)測的20組工頻磁場數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)波動為0.27～0.43μT，與家庭常用的微波爐工頻磁場值0.6 μT、電視機工頻磁場值0.15 μT、電動剃須刀T頻磁場值0.3 μT對比，較為接近，且遠遠小于國家工頻磁場推薦標準值100 μT，因此該工程工頻磁場值處于安全水平。
日前，該系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，過往人群對系統(tǒng)運行表現(xiàn)了極大興趣，并駐足觀看．了解輸變電工程電磁環(huán)境及其影響等科普知識。
基于分布式多層體系的輸變電工程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用有效地解決了電網(wǎng)建設(shè)與公眾環(huán)保意識提升之間的矛盾．減少了電磁環(huán)境糾紛案件的發(fā)生，同時，對于宣傳電磁環(huán)境監(jiān)測知識和電網(wǎng)方面所做出的努力、服務(wù)于電網(wǎng)建設(shè)和電磁環(huán)境宣傳提供技術(shù)支撐。
5結(jié)語
本文介紹的基于分布式多層體系的輸變電工程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在國網(wǎng)某省電力公司和試驗基地等示范工程中投入實際運行，為電磁環(huán)境監(jiān)管的規(guī)范化、科學化和系統(tǒng)化奠定了基礎(chǔ)，實現(xiàn)了電磁環(huán)境參數(shù)水平的實時監(jiān)測，有效的協(xié)助解決電磁環(huán)境糾紛問題。
本系統(tǒng)后續(xù)將在輸變電工程環(huán)境敏感點進行推廣示范應(yīng)用，特別的是對人口密度大、城市中心等地．將有效改善目前電磁環(huán)保工作與公眾之間的問題，構(gòu)建綠色和諧的電磁環(huán)境氛圍。
6摘 要：結(jié)合目前輸變電工程電磁環(huán)境工作的實際需求，分析了目前國內(nèi)外電磁環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀，將分布式架構(gòu)引入電網(wǎng)電磁環(huán)境管理領(lǐng)域，設(shè)計了輸變電工程電磁環(huán)境智能實時監(jiān)測系統(tǒng)整體架構(gòu)和功能體系，有效解決了電網(wǎng)建設(shè)與公眾之間的矛盾。通過在國內(nèi)某省電力公司試點工程中應(yīng)用證明，選取具有代表性的20組監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，工頻電磁場值遠低于國家推薦的標準值，整體處于安全水平，該系統(tǒng)對于科學宣傳電磁環(huán)境、協(xié)助解決電磁環(huán)境糾紛問題起到輔助支撐作用。
