2月18日，在河南特高壓中州換流站，國網河南省電力公司電力科學研究院人員利用12套變電站無鉛自供能噪聲監測裝置開展噪聲環境普遍測量工作。這些裝置為科學高效監測、分析、治理變電站廠界環境噪聲，提高環保監督工作質效提供了新的支撐手段。
變電站（換流站）噪聲監測與治理是電網環保方面的重點工作之一。國網河南電力聯合國網智能電網研究院有限公司等單位，依托國家電網有限公司科技項目，研發了變電站無鉛自供能噪聲監測裝置。目前，該裝置已應用于國內多座110千伏及以上電壓等級變電站，與傳統同類裝置相比具有環保、自供能、微型化、可靠性高、成本低等優點。
研發新型噪聲監測裝置，提升精度降低成本
2015年，修訂后的《中華人民共和國環境保護法》實施后，我國環境保護管控力度進一步加大。針對電網設備特別是變電站設備在運行過程中可能產生的廠界環境噪聲，公司進一步強化環保監督工作，減少噪聲對生態環境和居民的影響。
2020年之前，變電站廠界環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，且測量準確性不足。市面上常見的噪聲監測裝置價格高昂，不同程度含有金屬鉛，且需另外架設線路用電。這些都限制了廠界環境噪聲監測裝置在變電站的規模化、快速化、低成本應用。
2020年1月，國網河南電力作為牽頭單位，承擔了公司科技項目“低頻聲振測量用無鉛壓電材料及自供能器件制備應用研究”。研發團隊以研究適配電網主要聲源設備的聲振頻譜為目標，同步開展三項課題研究，分別解決聲振傳感器組件環保化、自供能及微型化等問題，陸續取得聲振電能轉換、材料無鉛化等方面的多項成果。
2022年12月，研發人員根據項目系列研究成果研發出變電站無鉛自供能噪聲監測裝置，實現了變電站設備聲振信息高效、高精度采集，降低了相關硬件成本，并支撐了變電設備聲振信息的延伸應用。
項目研究過程中，研發團隊獲得國家發明專利授權5項、實用新型專利授權2項。
攻克多項難題，填補國內技術空白
鄭州500千伏官渡變電站位于人口密集的鄭東新區，是國網河南電力廠界環境噪聲監測治理的重要對象。站區圍墻外安裝著變電站無鉛自供能噪聲監測裝置。廠界環境噪聲聲振信號通過該裝置實時轉化成電信號，傳輸到檢測后臺，供專業人員分析使用。
變電站無鉛自供能噪聲監測裝置研發人員、河南電科院設備狀態評價中心專責王東暉介紹，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、低成本等優點。這得益于來自電力系統與自動化、材料、環保等多個專業領域的研發人員密切配合、協同攻關。他們相繼突破了現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構設計及整體裝置微加工制造等多項技術難題。
用于制備聲振傳感器模塊的壓電換能材料是研發噪聲監測裝置的關鍵。2020年9月，研發人員在全國范圍內數十座變電站完成了典型電網聲源設備及廠界環境噪聲聲振工況等調研，發現制備聲振傳感器模塊的壓電換能材料無鉛化技術在國內尚未應用。因此，他們從開展最基礎的對照試驗開始，利用多組分摻雜等方式廣泛開展無鉛壓電換能材料研究，不斷優化工藝，于當年12月開發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，不僅無鉛環保，還可用于482攝氏度高溫環境，壓電傳感性能優越。”王東暉說。他們還同步開發出無源自供能用壓電納米線，為提高噪聲監測裝置監測精度、讓裝置不再依賴電源線打下基礎。
有了可靠的材料，研發人員利用濕法腐蝕等技術先后開發出低成本無源壓電自供能單元等部件，進一步優化裝置封裝、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測裝置。2023年7月底，該項目通過國網科技部驗收。
裝置實現國產化替代，應用效果良好
變電站無鉛自供能噪聲監測裝置包括低成本自供能壓電傳感器、無鉛噪聲監測器等模塊。其中，低成本自供能壓電傳感器安裝在變壓器、電抗器等設備上，將設備聲振能量轉化為電能，為無鉛噪聲監測器供電，實現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用。經測試驗證，噪聲測量精度達到國家一級標準，安裝部署周期較傳統的噪聲監測裝置縮短60%以上，自供能、噪聲采集及能量平衡系統等主要模塊現場應用效果良好。
“使用變電站無鉛自供能噪聲監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裝置的壟斷，實現了國產化替代。”王東暉說。
按照公司對現有2萬余座變電站每4年開展一輪全網噪聲普遍測量工作測算，如果全部應用變電站無鉛自供能噪聲監測裝置替代人工監測，每輪測量可節省總費用12億元左右。
研發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、構建噪聲信息智慧化管理系統等開展深入研究，提高變電站無鉛自供能噪聲監測裝置技術成熟度，爭取在不同海拔、不同電壓等級的變電站、調相機站、抽水蓄能電站規模化推廣應用相關裝置。
