2月18日，在河南特高壓中州換流站，國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院人員利用12套變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置開展噪聲環(huán)境普遍測量工作。這些裝置為科學(xué)高效監(jiān)測、分析、治理變電站廠界環(huán)境噪聲，提高環(huán)保監(jiān)督工作質(zhì)效提供了新的支撐手段。

變電站（換流站）噪聲監(jiān)測與治理是電網(wǎng)環(huán)保方面的重點工作之一。國網(wǎng)河南電力聯(lián)合國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司等單位，依托國家電網(wǎng)有限公司科技項目，研發(fā)了變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置。目前，該裝置已應(yīng)用于國內(nèi)多座110千伏及以上電壓等級變電站，與傳統(tǒng)同類裝置相比具有環(huán)保、自供能、微型化、可靠性高、成本低等優(yōu)點。

研發(fā)新型噪聲監(jiān)測裝置，提升精度降低成本

2015年，修訂后的《中華人民共和國環(huán)境保護法》實施后，我國環(huán)境保護管控力度進一步加大。針對電網(wǎng)設(shè)備特別是變電站設(shè)備在運行過程中可能產(chǎn)生的廠界環(huán)境噪聲，公司進一步強化環(huán)保監(jiān)督工作，減少噪聲對生態(tài)環(huán)境和居民的影響。

2020年之前，變電站廠界環(huán)境噪聲普遍測量工作主要采用人工定期測量的方式，工作量大、耗時長，且測量準(zhǔn)確性不足。市面上常見的噪聲監(jiān)測裝置價格高昂，不同程度含有金屬鉛，且需另外架設(shè)線路用電。這些都限制了廠界環(huán)境噪聲監(jiān)測裝置在變電站的規(guī)模化、快速化、低成本應(yīng)用。

2020年1月，國網(wǎng)河南電力作為牽頭單位，承擔(dān)了公司科技項目“低頻聲振測量用無鉛壓電材料及自供能器件制備應(yīng)用研究”。研發(fā)團隊以研究適配電網(wǎng)主要聲源設(shè)備的聲振頻譜為目標(biāo)，同步開展三項課題研究，分別解決聲振傳感器組件環(huán)保化、自供能及微型化等問題，陸續(xù)取得聲振電能轉(zhuǎn)換、材料無鉛化等方面的多項成果。

2022年12月，研發(fā)人員根據(jù)項目系列研究成果研發(fā)出變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置，實現(xiàn)了變電站設(shè)備聲振信息高效、高精度采集，降低了相關(guān)硬件成本，并支撐了變電設(shè)備聲振信息的延伸應(yīng)用。

項目研究過程中，研發(fā)團隊獲得國家發(fā)明專利授權(quán)5項、實用新型專利授權(quán)2項。

攻克多項難題，填補國內(nèi)技術(shù)空白

鄭州500千伏官渡變電站位于人口密集的鄭東新區(qū)，是國網(wǎng)河南電力廠界環(huán)境噪聲監(jiān)測治理的重要對象。站區(qū)圍墻外安裝著變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置。廠界環(huán)境噪聲聲振信號通過該裝置實時轉(zhuǎn)化成電信號，傳輸?shù)綑z測后臺，供專業(yè)人員分析使用。

變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置研發(fā)人員、河南電科院設(shè)備狀態(tài)評價中心專責(zé)王東暉介紹，該裝置擁有和市面上同類裝置一樣的性能，還多了無鉛化、微型化、自供能、低成本等優(yōu)點。這得益于來自電力系統(tǒng)與自動化、材料、環(huán)保等多個專業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)人員密切配合、協(xié)同攻關(guān)。他們相繼突破了現(xiàn)有聲振傳感器壓電換能鉛基材料的無鉛化替代、聲振傳感器微機電結(jié)構(gòu)設(shè)計及整體裝置微加工制造等多項技術(shù)難題。

用于制備聲振傳感器模塊的壓電換能材料是研發(fā)噪聲監(jiān)測裝置的關(guān)鍵。2020年9月，研發(fā)人員在全國范圍內(nèi)數(shù)十座變電站完成了典型電網(wǎng)聲源設(shè)備及廠界環(huán)境噪聲聲振工況等調(diào)研，發(fā)現(xiàn)制備聲振傳感器模塊的壓電換能材料無鉛化技術(shù)在國內(nèi)尚未應(yīng)用。因此，他們從開展最基礎(chǔ)的對照試驗開始，利用多組分摻雜等方式廣泛開展無鉛壓電換能材料研究，不斷優(yōu)化工藝，于當(dāng)年12月開發(fā)出可用于聲振傳感器模塊的高性能無鉛壓電換能材料。

“這種材料叫多層壓電陶瓷，不僅無鉛環(huán)保，還可用于482攝氏度高溫環(huán)境，壓電傳感性能優(yōu)越。”王東暉說。他們還同步開發(fā)出無源自供能用壓電納米線，為提高噪聲監(jiān)測裝置監(jiān)測精度、讓裝置不再依賴電源線打下基礎(chǔ)。

有了可靠的材料，研發(fā)人員利用濕法腐蝕等技術(shù)先后開發(fā)出低成本無源壓電自供能單元等部件，進一步優(yōu)化裝置封裝、制備等工藝，研制出具有較高壓電換能效率、能量采集效率的變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置。2023年7月底，該項目通過國網(wǎng)科技部驗收。

裝置實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，應(yīng)用效果良好

變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置包括低成本自供能壓電傳感器、無鉛噪聲監(jiān)測器等模塊。其中，低成本自供能壓電傳感器安裝在變壓器、電抗器等設(shè)備上，將設(shè)備聲振能量轉(zhuǎn)化為電能，為無鉛噪聲監(jiān)測器供電，實現(xiàn)器件的無源自供能服役。

2022年10月以來，共有28套變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置在河南500千伏官渡變電站、浙江110千伏湖海塘變電站等多個省份的變電站中安裝應(yīng)用。經(jīng)測試驗證，噪聲測量精度達到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，安裝部署周期較傳統(tǒng)的噪聲監(jiān)測裝置縮短60%以上，自供能、噪聲采集及能量平衡系統(tǒng)等主要模塊現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。

“使用變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置可以釋放開展噪聲普遍測量所占用的人力、物力資源，也打破了國外對相關(guān)裝置的壟斷，實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代。”王東暉說。

按照公司對現(xiàn)有2萬余座變電站每4年開展一輪全網(wǎng)噪聲普遍測量工作測算，如果全部應(yīng)用變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置替代人工監(jiān)測，每輪測量可節(jié)省總費用12億元左右。

研發(fā)人員將圍繞高性能聲振傳感器模塊無鉛壓電材料批量化制備、構(gòu)建噪聲信息智慧化管理系統(tǒng)等開展深入研究，提高變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置技術(shù)成熟度，爭取在不同海拔、不同電壓等級的變電站、調(diào)相機站、抽水蓄能電站規(guī)模化推廣應(yīng)用相關(guān)裝置。