全方位電網(wǎng)環(huán)境線路噪聲測(cè)量方法

[摘 要]電網(wǎng)噪聲不僅會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，而且會(huì)對(duì)電力通信系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。文章旨在通過(guò)構(gòu)建全方位線路噪聲網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量方法，深入探討電網(wǎng)噪聲對(duì)電氣設(shè)備、電力通信的實(shí)際影響，為未來(lái)的電力系統(tǒng)優(yōu)化和噪聲管理提供科學(xué)依據(jù)。這一工作的開(kāi)展不僅有望改善電力系統(tǒng)的整體性能，也將促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的研究和技術(shù)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]電網(wǎng)噪聲；電網(wǎng)環(huán)境；噪聲測(cè)量方法；噪聲監(jiān)聽(tīng)裝置；噪聲監(jiān)聽(tīng)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TN915.853 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）12–0139–03

Measurement Method for Line Noise in Comprehensive Power Grid Environment

JIA Baolei，GAN Yonggen，ZHAO Yuke，LIU Feifei，SHI Mingfeng

[Abstract]Grid noise not only poses a potential threat to the normal operation of electrical equipment， but also has a negative impact on the power communication system. This paper aims to discuss the effect of grid noise on electrical equipment and power communication by constructing the measurement method of all-directional line noise network， so as to provide scientific basis for future power system optimization and noise management. This work is not only expected to improve the overall performance of the power system， but also to promote research and technological development in related fields.

[Keywords]power grid noise； power grid environment； noise measurement methods； noise monitoring device； noise monitoring

電氣設(shè)備在電網(wǎng)噪聲環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，容易受到噪聲引起的振動(dòng)、電磁干擾等影響，導(dǎo)致設(shè)備性能下降、壽命縮短，甚至引發(fā)故障。這不僅給用戶帶來(lái)不便，也增加了設(shè)備維護(hù)和更換的成本。因此，深入了解電網(wǎng)噪聲對(duì)電氣設(shè)備的潛在損害，對(duì)于提高電氣設(shè)備的可靠性和減少維護(hù)成本至關(guān)重要。

電力通信系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，直接受到電網(wǎng)噪聲的干擾。噪聲可能導(dǎo)致通信信號(hào)的失真、丟失及延遲，對(duì)電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制及通信產(chǎn)生不利影響。在實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的時(shí)代，電力通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)的安全性和效率至關(guān)重要。

針對(duì)上述事實(shí)，有效監(jiān)控并測(cè)量出電網(wǎng)環(huán)境噪聲在當(dāng)下用電背景中顯得尤其重要。為了全面了解電網(wǎng)噪聲的分布和特性，文章提出了一種創(chuàng)新性的測(cè)量方法，旨在構(gòu)建全方位線路噪聲網(wǎng)絡(luò)。該方法利用載波收發(fā)裝置，通過(guò)在電網(wǎng)環(huán)境中安裝多臺(tái)該裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域的噪聲數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量和全方位記錄。

1 方案簡(jiǎn)介

電網(wǎng)噪聲的全面監(jiān)測(cè)對(duì)于確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)至關(guān)重要。本方案采用搭載載波功能的電能表和寬頻測(cè)量裝置作為終端設(shè)備，通過(guò)軟件改裝和協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)中低成本、高效率地監(jiān)測(cè)電網(wǎng)噪聲。

在設(shè)備選擇方面，載波電能表作為基礎(chǔ)設(shè)備，經(jīng)過(guò)軟件改裝為載波收發(fā)裝置，獲得定制化需求的載波發(fā)送和接收的功能，以在全頻段的載波信號(hào)范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)發(fā)送的載波信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)信噪比（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“SNR”）。寬頻測(cè)量裝置作為另一終端設(shè)備，其作用是監(jiān)測(cè)基波向量、基波頻率、寬頻電子震蕩阻尼等數(shù)據(jù)。這兩種設(shè)備的協(xié)調(diào)使用為電網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)提供了全方位、多維度的數(shù)據(jù)支持。

為了實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)測(cè)，多臺(tái)改裝后的載波裝置和寬頻測(cè)量裝置被合理布置，確保均勻分布在電網(wǎng)的不同區(qū)域。布置時(shí)充分考慮電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、地理?xiàng)l件及可能存在的噪聲源，以確保覆蓋范圍的全面性。每個(gè)裝置通過(guò)預(yù)先設(shè)定的載波頻段信號(hào)和數(shù)據(jù)報(bào)文內(nèi)容，在固定頻率和次數(shù)內(nèi)發(fā)送物理載波信號(hào)，形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，其物理結(jié)構(gòu)拓?fù)淙鐖D1所示。

數(shù)據(jù)記錄是方案中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)置詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄每個(gè)頻段上的信號(hào)水平、SNR值及誤碼率等關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)曲線的方式記錄所有數(shù)據(jù)，以反映電網(wǎng)噪聲的動(dòng)態(tài)變化。這一過(guò)程保證了對(duì)噪聲變化的全面捕捉，而用戶友好的數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能支持后續(xù)的分析和可視化展示。

為了確保數(shù)據(jù)的全面性和可靠性，制訂了長(zhǎng)時(shí)間段的數(shù)據(jù)采集計(jì)劃。通過(guò)在不同天氣、負(fù)載及運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，捕捉電網(wǎng)噪聲的季節(jié)性和時(shí)段性變化。穩(wěn)定運(yùn)行和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集保證了裝置在多樣化條件下穩(wěn)定工作，獲取全面的噪聲數(shù)據(jù)。

采用數(shù)據(jù)整合方案，確保來(lái)自多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)能夠在同一平臺(tái)進(jìn)行整合。利用數(shù)據(jù)可視化工具，繪制出電網(wǎng)噪聲網(wǎng)絡(luò)圖，直觀展示不同區(qū)域的噪聲分布情況。提供用戶友好的界面，支持對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互式分析和查詢，使得監(jiān)測(cè)結(jié)果更具實(shí)際應(yīng)用的可操作性。

通過(guò)這一全面的監(jiān)測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)了在電網(wǎng)中全方位、實(shí)時(shí)的電網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)，為電力系統(tǒng)的噪聲管理和優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。這一方案具備實(shí)時(shí)性、全面性及經(jīng)濟(jì)性，為電力工程領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了創(chuàng)新性的解決方案。并且，后期收集的載波收發(fā)裝置和寬頻測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)將作為后期數(shù)據(jù)耦合分析的依據(jù)，為深入理解電網(wǎng)噪聲提供更多維度的信息。

2 試點(diǎn)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證電網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)方案的可行性和有效性，文章進(jìn)行了一系列試點(diǎn)試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)際操作和數(shù)據(jù)收集來(lái)評(píng)估該方案在不同環(huán)境條件下的性能。

（1）設(shè)備布署試驗(yàn)。選擇一個(gè)具有典型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和噪聲特性的地區(qū)，按照試驗(yàn)計(jì)劃在該區(qū)域布設(shè)改裝后的載波收發(fā)裝置和寬頻測(cè)量裝置?？紤]電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、地理?xiàng)l件及可能存在的噪聲源，確保均勻分布在電網(wǎng)的不同區(qū)域。

（2）信號(hào)傳輸和頻段設(shè)置試驗(yàn)。進(jìn)使用改裝后的電能表發(fā)送用于載波監(jiān)聽(tīng)的固定報(bào)文。每30 s在各100～200 MHz頻段依次發(fā)送，發(fā)送頻段間隔50 MHz，確保覆蓋全頻段。觀察不同頻段的信號(hào)傳輸穩(wěn)定性和裝置之間的交互情況。

（3）載波監(jiān)聽(tīng)試驗(yàn)。配備載波收發(fā)裝置，對(duì)電能表發(fā)送的載波信號(hào)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)。每30 min回傳各頻段的信號(hào)強(qiáng)度曲線、信噪比曲線、誤碼率等結(jié)果，其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（4）數(shù)據(jù)記錄與曲線繪制試驗(yàn)。啟動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，監(jiān)測(cè)每個(gè)頻段上的信號(hào)水平、SNR值及誤碼率。進(jìn)行曲線繪制實(shí)驗(yàn)，以了解電網(wǎng)噪聲的動(dòng)態(tài)變化。

（5）長(zhǎng)時(shí)間段數(shù)據(jù)收集試驗(yàn)。制訂長(zhǎng)時(shí)間段的數(shù)據(jù)采集計(jì)劃，覆蓋不同天氣、負(fù)載及運(yùn)行狀態(tài)。在試驗(yàn)過(guò)程中捕捉電網(wǎng)噪聲的季節(jié)性和時(shí)段性變化。

（6）數(shù)據(jù)整合與可視化試驗(yàn)。進(jìn)行數(shù)據(jù)整合試驗(yàn)，確保來(lái)自多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)能夠在同一平臺(tái)進(jìn)行整合。利用數(shù)據(jù)可視化工具，繪制電網(wǎng)噪聲網(wǎng)絡(luò)圖，直觀展示試驗(yàn)區(qū)域的噪聲分布情況。

（7）后期數(shù)據(jù)耦合分析試驗(yàn)。將載波收發(fā)裝置和寬頻測(cè)量裝置收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期數(shù)據(jù)耦合分析，分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，以深入理解電網(wǎng)噪聲的多維度特性。

（8）性能評(píng)估與優(yōu)化試驗(yàn)。對(duì)試點(diǎn)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行性能評(píng)估，包括監(jiān)測(cè)精度、實(shí)時(shí)性等方面。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，提高方案的實(shí)用性和穩(wěn)定性。

3 試點(diǎn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

通過(guò)試點(diǎn)試驗(yàn)，文章全面評(píng)估了電網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)方案的實(shí)際效果，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)整和優(yōu)化，以確保方案在不同場(chǎng)景下的可行性和實(shí)用性。試驗(yàn)結(jié)果將為該方案在實(shí)際應(yīng)用中提供更具體的支持和指導(dǎo)。

根據(jù)試點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，觀察到了一系列電網(wǎng)噪聲的時(shí)段性變化。

（1）1：00—6：00：在凌晨時(shí)段，電網(wǎng)噪聲逐漸下降至全天最低水平。這可能是因?yàn)橐归g電力負(fù)荷較低，電力系統(tǒng)處于較為穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)周?chē)h(huán)境中的人員和車(chē)輛活動(dòng)也較為稀少。

（3）12：00—14：00：中午至下午時(shí)段，電網(wǎng)噪聲波動(dòng)幅度增大，出現(xiàn)了短暫的峰值。這段時(shí)間內(nèi)可能是一些工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試或維護(hù)保養(yǎng)的時(shí)段，也可能是城市交通流量的高峰期，導(dǎo)致噪聲水平的暫時(shí)性增加。

（4）18：00之后：傍晚至夜間時(shí)段，電網(wǎng)噪聲再次達(dá)到全天最高水平，且波動(dòng)幅度最大。這段時(shí)間可能是城市交通流量和工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的高峰期，同時(shí)也可能受到娛樂(lè)活動(dòng)和社交活動(dòng)的影響，導(dǎo)致了噪聲水平的進(jìn)一步增加。

綜合以上分析，文章得出以下結(jié)果推測(cè)和電網(wǎng)環(huán)境質(zhì)量分析總結(jié)：電網(wǎng)噪聲呈現(xiàn)明顯的時(shí)段性變化，與城市交通、工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)及社會(huì)活動(dòng)等因素密切相關(guān)。在高峰時(shí)段，如清晨和傍晚，噪聲水平明顯上升，可能會(huì)對(duì)周?chē)用竦纳詈凸ぷ髟斐捎绊?。中午至下午時(shí)段的噪聲波動(dòng)較大，可能需要關(guān)注一些設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性，以減少噪聲對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

電網(wǎng)環(huán)境質(zhì)量整體上呈現(xiàn)出時(shí)段性的變化，需要綜合考慮電力系統(tǒng)運(yùn)行、工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)及社會(huì)活動(dòng)等因素，制訂合理的噪聲管理和控制措施，以維護(hù)良好的電網(wǎng)環(huán)境質(zhì)量和人民群眾的生活品質(zhì)。

4 結(jié)論

在本研究中，設(shè)計(jì)實(shí)施了一套全方位電網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)方案，并通過(guò)試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出了以下結(jié)論。

（1）成功利用改裝后的載波收發(fā)裝置和寬頻測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)噪聲的全頻段監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，為深入了解電網(wǎng)噪聲的時(shí)空分布提供了重要基礎(chǔ)。

（2）試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，電網(wǎng)噪聲呈現(xiàn)明顯的時(shí)段性變化特征。不同時(shí)間段內(nèi)的噪聲水平存在著顯著差異，這與電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)及社會(huì)活動(dòng)等因素密切相關(guān)。

（3）本方案在全頻段監(jiān)測(cè)能力、數(shù)據(jù)采集精度及實(shí)時(shí)性方面表現(xiàn)出了優(yōu)越性。改裝后的設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)噪聲的多個(gè)指標(biāo)，并為電網(wǎng)環(huán)境質(zhì)量分析提供了詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。

綜上所述，本研究為電網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供了重要參考。在未來(lái)的研究中，可進(jìn)一步優(yōu)化方案，提高監(jiān)測(cè)精度和實(shí)時(shí)性，并探索更多的數(shù)據(jù)分析方法，以更全面、準(zhǔn)確地了解電網(wǎng)噪聲的特性和規(guī)律，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行和城市環(huán)境的管理提供更有效的支持。

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