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变电站厂界环境噪声监测添利器

2月18日,在河南特高压中州换流站,国网河南省电力公司电力科学研究院人员利用12套变电站无铅自供能噪声监测装置开展噪声环境普遍测量工作。这些装置为科学高效监测、分析、治理变电站厂界环境噪声,提高环保监督工作质效提供了新的支撑手段。

变电站(换流站)噪声监测与治理是电网环保方面的重点工作之一。国网河南电力联合国网智能电网研究院有限公司等单位,依托国家电网有限公司科技项目,研发了变电站无铅自供能噪声监测装置。目前,该装置已应用于国内多座110千伏及以上电压等级变电站,与传统同类装置相比具有环保、自供能、微型化、可靠性高、成本低等优点。

研发新型噪声监测装置,提升精度降低成本

2015年,修订后的《中华人民共和国环境保护法》实施后,我国环境保护管控力度进一步加大。针对电网设备特别是变电站设备在运行过程中可能产生的厂界环境噪声,公司进一步强化环保监督工作,减少噪声对生态环境和居民的影响。

2020年之前,变电站厂界环境噪声普遍测量工作主要采用人工定期测量的方式,工作量大、耗时长,且测量准确性不足。市面上常见的噪声监测装置价格高昂,不同程度含有金属铅,且需另外架设线路用电。这些都限制了厂界环境噪声监测装置在变电站的规模化、快速化、低成本应用。

2020年1月,国网河南电力作为牵头单位,承担了公司科技项目“低频声振测量用无铅压电材料及自供能器件制备应用研究”。研发团队以研究适配电网主要声源设备的声振频谱为目标,同步开展三项课题研究,分别解决声振传感器组件环保化、自供能及微型化等问题,陆续取得声振电能转换、材料无铅化等方面的多项成果。

2022年12月,研发人员根据项目系列研究成果研发出变电站无铅自供能噪声监测装置,实现了变电站设备声振信息高效、高精度采集,降低了相关硬件成本,并支撑了变电设备声振信息的延伸应用。

项目研究过程中,研发团队获得国家发明专利授权5项、实用新型专利授权2项。

攻克多项难题,填补国内技术空白

郑州500千伏官渡变电站位于人口密集的郑东新区,是国网河南电力厂界环境噪声监测治理的重要对象。站区围墙外安装着变电站无铅自供能噪声监测装置。厂界环境噪声声振信号通过该装置实时转化成电信号,传输到检测后台,供专业人员分析使用。

变电站无铅自供能噪声监测装置研发人员、河南电科院设备状态评价中心专责王东晖介绍,该装置拥有和市面上同类装置一样的性能,还多了无铅化、微型化、自供能、低成本等优点。这得益于来自电力系统与自动化、材料、环保等多个专业领域的研发人员密切配合、协同攻关。他们相继突破了现有声振传感器压电换能铅基材料的无铅化替代、声振传感器微机电结构设计及整体装置微加工制造等多项技术难题。

用于制备声振传感器模块的压电换能材料是研发噪声监测装置的关键。2020年9月,研发人员在全国范围内数十座变电站完成了典型电网声源设备及厂界环境噪声声振工况等调研,发现制备声振传感器模块的压电换能材料无铅化技术在国内尚未应用。因此,他们从开展最基础的对照试验开始,利用多组分掺杂等方式广泛开展无铅压电换能材料研究,不断优化工艺,于当年12月开发出可用于声振传感器模块的高性能无铅压电换能材料。

“这种材料叫多层压电陶瓷,不仅无铅环保,还可用于482摄氏度高温环境,压电传感性能优越。”王东晖说。他们还同步开发出无源自供能用压电纳米线,为提高噪声监测装置监测精度、让装置不再依赖电源线打下基础。

有了可靠的材料,研发人员利用湿法腐蚀等技术先后开发出低成本无源压电自供能单元等部件,进一步优化装置封装、制备等工艺,研制出具有较高压电换能效率、能量采集效率的变电站无铅自供能噪声监测装置。2023年7月底,该项目通过国网科技部验收。

装置实现国产化替代,应用效果良好

变电站无铅自供能噪声监测装置包括低成本自供能压电传感器、无铅噪声监测器等模块。其中,低成本自供能压电传感器安装在变压器、电抗器等设备上,将设备声振能量转化为电能,为无铅噪声监测器供电,实现器件的无源自供能服役。

2022年10月以来,共有28套变电站无铅自供能噪声监测装置在河南500千伏官渡变电站、浙江110千伏湖海塘变电站等多个省份的变电站中安装应用。经测试验证,噪声测量精度达到国家一级标准,安装部署周期较传统的噪声监测装置缩短60%以上,自供能、噪声采集及能量平衡系统等主要模块现场应用效果良好。

“使用变电站无铅自供能噪声监测装置可以释放开展噪声普遍测量所占用的人力、物力资源,也打破了国外对相关装置的垄断,实现了国产化替代。”王东晖说。

按照公司对现有2万余座变电站每4年开展一轮全网噪声普遍测量工作测算,如果全部应用变电站无铅自供能噪声监测装置替代人工监测,每轮测量可节省总费用12亿元左右。

研发人员将围绕高性能声振传感器模块无铅压电材料批量化制备、构建噪声信息智慧化管理系统等开展深入研究,提高变电站无铅自供能噪声监测装置技术成熟度,争取在不同海拔、不同电压等级的变电站、调相机站、抽水蓄能电站规模化推广应用相关装置。


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