變電站視頻監(jiān)控技術及實現(xiàn)

方向

（河南省汝陽縣電業(yè)局河南汝陽471200）

隨著電力系統(tǒng)變電站綜合自動化技術不斷進步，110 kV以下變電站已逐步實現(xiàn)無人值班或值守。但僅僅依靠調度自動化的現(xiàn)有技術手段，實現(xiàn)變電站的無人值班或值守是不完善的。變電站是電力系統(tǒng)重點電力生產場所，安全性要求非常高。為了確保電網安全，應對變電站環(huán)境狀況、設備運行、文明生產等各類情況加以監(jiān)視。特別是要對火災、爆炸、泄露、失竊及惡意破壞等情況加以監(jiān)視，才能提高無人值班或值守之后變電站的安全運行水平。

1 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構及功能

變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是一個以多媒體技術為核心，涵蓋了工業(yè)控制、通訊、計算機網絡技術的復雜的綜合系統(tǒng)[1]。它主要完成對變電站環(huán)境空間的安全防范監(jiān)控，可以對必要生產設備實現(xiàn)可視化管理甚至校驗。同時具備集中性和遠程性（即一個監(jiān)控中心至少同時管理十幾個甚至上百個變電站，并且不受距離的限制）。

1.1 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能

1.1.1 安 全防范功能

保障變電站空間范圍內的建筑、設備的安全，及時發(fā)現(xiàn)火警、盜警，并啟動報警裝置。

1）在圍墻四周、大門等處安裝攝像頭、紅外線對射探頭，監(jiān)視盜賊非法闖入；

2）在建筑物門窗安裝報警探頭，如門磁、紅外、玻璃破碎探測器；

3）重點部位攝像機的安裝，起到24小時不間斷視頻監(jiān)控，可報警；

4）在高壓室和主控室等地點裝設一批煙感或溫感探頭。當探頭感測到煙霧、高溫時，就會向后臺發(fā)出告警信息，同時聯(lián)動切換攝像機畫面，并記錄下當時現(xiàn)場的情況；

5）燈光及智能化設備的控制，為使視頻監(jiān)控系統(tǒng)在晚上仍能發(fā)揮作用，變電站的燈光應具有定時開關或遠方控制的功能；而一些智能化的設備，如探頭、門禁等也可做到遠方控制。

1.1.2 監(jiān) 視功能

保障變電站設備的正常運行，對事故報警的自動錄像，突發(fā)事件與主站的聲像通信。

1）通過攝像機、燈光聯(lián)動，監(jiān)視主變壓器、斷路器、電壓互感器、電流互感器、高壓室開關、主控室的電源盤及控制盤盤面等重要設備，監(jiān)視場地和高壓配電設備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對一二次設備及其運行情況的監(jiān)視，如主變壓器、開關是否有外部損傷，主變壓器油位及控制盤上的表頭、燈光信號是否正常等；

2）對重要節(jié)點、接頭進行自動溫度監(jiān)測非常重要，防止電力設備過熱；

3）通過圖像監(jiān)視結合遠程和本地人員操作經驗的優(yōu)勢，避免誤操作；

4）操作隔離開關位置的視頻監(jiān)視；

5）配合其他系統(tǒng)（如變電站綜合自動化系統(tǒng)等）的工作。

1.2 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構

利用變電站信息網絡進行圖像數據的上傳，實現(xiàn)操作（集控）中心對所轄區(qū)內變電站設備的監(jiān)視。

變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是將計算機技術、多媒體技術、電力通信技術與視頻技術有機地結合起來的一種全新的視頻管理系統(tǒng)[2]。

把前端變電站現(xiàn)場的監(jiān)視圖像、聲音、報警信號和各種設備的數據進行采集處理，利用電力2 M網絡進行信息匯集并上傳至操作（集控）中心。通過操作管理中心系統(tǒng)，實現(xiàn)對前端設備監(jiān)控、圖像采集、實時監(jiān)看、環(huán)境周界報警和圖像監(jiān)視聯(lián)動報警等多種自動化功能。

一旦有異常情況發(fā)生，可及時發(fā)現(xiàn)，以便采取積極、有效的措施，為安全可靠運行創(chuàng)造條件。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)是無人值班站設備運行監(jiān)視的重要技術手段，是提高無人值班站安全防護水平的重要技術措施。

電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)是數字化、智能化、網絡化、集成化、信息化的系統(tǒng)，可同現(xiàn)有的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)、消防報警、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)集成，方便地實現(xiàn)數據和信息的共享，同時在系統(tǒng)中可以方便地實現(xiàn)報警、語音對講、遠程控制等功能。

2 設備的選型

2.1 視頻網絡編碼器

視頻網絡編碼器是監(jiān)控前端的核心設備，集成了視頻信號數字化壓縮、壓縮圖像數據網絡傳輸、音頻信號采集壓縮與傳輸、云臺鏡頭控制、報警信號檢測及處理、畫面分割及圖像動態(tài)檢測、移動偵測錄像、定時錄像、報警錄像等功能[3]。

2.2 智能球機

外形小巧精致，性能優(yōu)良，具有工業(yè)用途所需的清晰圖像，先進的數字信號處理及連續(xù)自動聚焦功能。有128個預設置，可自動定位，可自動進行花樣掃描等。

2.3 輔助燈光

對室內、外的監(jiān)控輔助燈光配置要求：合理、實用、節(jié)能。

考慮到中高檔一體化球機自身不帶紅外功能，其主要缺陷是夜間監(jiān)控效果差。在實際的應用中，配置低照度球機的同時增加輔助燈光，使用射燈、紅外燈等輔助光源。射燈功率較大，照射角度大，實現(xiàn)對照射范圍內設備、物體的照明，利用射燈拍攝的效果好，圖像清晰。紅外燈功率小，在60 m遠距離時，發(fā)射角度小于30°，可實現(xiàn)對定點、定設備的照射，但對室外空曠地點產生的效果較差；室內短距離時，發(fā)射角度可大于60°，通過墻面和設備反射，可使攝像機拍攝效果相對較好。對室外長距離大范圍拍攝需采用射燈，短距離拍攝如主控樓進門處和長距離小范圍如主控樓背面圍墻使用紅外燈。

室內均采用紅外燈和遠方控制熒光燈的形式。紅外燈的控制方式為自動感光，當亮度低于1 lux時，紅外燈點亮，反之關滅。夜間進行遠方設備視頻巡視時，通過手動控制照明燈的開啟，巡視后過一定時間，照明燈自動熄滅。

3 監(jiān)控點位置的選取和布置

變電站室外：主變、110 kV進出線間隔、110 kV母線、35 kV進出線間隔、35 kV母線等。

變電站室內：10 kV開關柜室、主控室、電容器組室、電纜層等。

3.1 室外設備區(qū)

根據變電站室外主變、110 kV進出線、35 kV進出線的具體布置情況，選擇3～5個監(jiān)視點，盡可能做到不留監(jiān)視死角。在主控樓墻面上安裝1臺一體化球機和1個射燈，監(jiān)視范圍包含主變、110 kV進出線設備及母線上的部分設備。在室外110 kV、35 kV設備區(qū)靠近圍墻處的橋桿上各安裝1臺一體化球機，監(jiān)視范圍包含主變、110 kV、35 kV進出線設備、母線上的部分設備及變電站環(huán)境周界，并與周界防范系統(tǒng)形成報警聯(lián)動。安裝位置要求保持與高壓母排5 m的安全距離，方便后期檢修和維護。

存在缺陷：設備區(qū)高壓電桿較多，選點不當會造成許多監(jiān)視死角；室外設備區(qū)屬高壓區(qū)選點時要考慮安裝和后期維護方便。

3.2 室外其他位置

主控樓進門處安裝1臺一體化球機和紅外雙鑒探測器，監(jiān)視范圍為大樓進門處，主要監(jiān)視人員的進出。特別在夜間，利用探測器進行報警同時聯(lián)動攝像機對進出人員實時監(jiān)視和錄像。

在主控樓后面安裝1臺一體化球機和1～3組紅外對射探測器，實現(xiàn)對主控樓后面圍墻的監(jiān)視，利用探測器進行報警同時聯(lián)動攝像機對翻越攀爬行為實時監(jiān)視和錄像。

“物流做市場、速度提高5倍”，長沙馬王堆農產品股份有限公司宣傳主管蘭甜介紹，得益于我省“六縱六橫”發(fā)達的高速公路路網與全國各地緊密相連，該物流園進出的農產品99%都走高速公路，下了高速就能上攤開賣。目前整個物流園內1天蔬菜交易量達可達1.2萬噸，最高日交易量達到1.6萬噸，成為全國最大的農貿市場。

3.3 變電站室內

3.3.1 主 控室

主控室主要監(jiān)視的設備包含監(jiān)控系統(tǒng)后臺機，控制屏等，考慮在監(jiān)控屏正對面墻上安裝1臺一體化球機，監(jiān)視范圍包含監(jiān)控系統(tǒng)后臺機、控制屏及儀表。配置紅外燈實現(xiàn)夜間對主控室設備運行情況的錄像。

存在缺陷：僅能監(jiān)視到主控室第一排控制屏的正面的組屏設備，其余控制屏僅能監(jiān)視到屏面頂部。

3.3.2 電容器室

根據電容器組室內設備數量，布置1～3臺定焦紅外一體化攝像機，實現(xiàn)對電容器組室內設備的監(jiān)視。

3.3.3 10kV開關室

10kV開關室內布置設備較多，分布在過道兩側，將一體化攝像機布置在過道中間，采用吊裝方式，1臺球機監(jiān)視2×8臺開關柜，實現(xiàn)對過道兩側開關柜設備、微機保護裝置的運行狀態(tài)指示燈以及進入開關室人員的遠方監(jiān)視。

在開關室中間布置2臺紅外燈，背靠背安裝，照射范圍為開關室兩端，作為晚間攝像機拍攝時的輔助光源。

存在缺陷：按每臺攝像機監(jiān)視2×8臺開關柜布置，需安裝的球機較多。另外，開關柜背面無法進行監(jiān)視，必須在開關柜背面另外加裝定焦紅外一體化攝像機。

3.3.4 電 纜層

電纜層布置在地下一層，地勢較低，設置1～3臺定焦紅外一體化攝像機，主要監(jiān)視火災煙霧和進水情況。

4 系統(tǒng)在建設中的注意事項

4.1 系統(tǒng)防雷

4.1.1 電 源防雷

電子設備因雷擊造成的損壞，很大比例是由于感應雷串到電源造成的設備損壞[4-5]。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)供電系統(tǒng)設計二級電源防雷防護：第一級防護在機房總配電柜進線端，設計采用一套國際知名品牌加強型電源避雷器；第二級防護在機房供電的UPS進線端，設計采用一套標準型電源避雷器。

4.1.2 視 頻信號防雷

系統(tǒng)設計在攝像機前端安裝視頻信號防雷器。當視頻信號有過電壓現(xiàn)象發(fā)生時，視頻信號避雷器瞬間導通，以保證前端攝像機和末端視頻分配器、矩陣主機、網絡硬盤錄像機的安全。

4.1.3 控 制信號防雷

系統(tǒng)控制線路采用屏蔽專用控制電纜，控制線的屏蔽層在接頭和端頭進行重復接地，控制線進入控制室后先進入信號避雷器，當控制線路串有感應雷過電壓時，控制信號避雷器瞬間導通，把多余的電荷引接到大地，保證前端解碼器和末端矩陣主機、網絡硬盤錄像機的安全。

4.1.4 系 統(tǒng)接地

系統(tǒng)接地的具體處理方法是：從共同接地體的接地干線上引一條支干線到中心機房，在機房安裝匯流銅排，電源接地、防靜電接地、防雷接地和設備外殼接地各單獨引接地導線到接地銅排，牢固連接，以保證電氣設備和人身的安全。

4.2 過電壓防護

對進入主控室、遠動機房、通訊機房的信號線全部加裝信號電壓瞬變抑制器，對任何信號線上出現(xiàn)的過電壓信號進行有效防護；對進入主控室、遠動機房、通訊機房的電源有規(guī)律地加裝氧化鋅避雷器或電源瞬變抑制器；對進入主控室、遠動機房、通訊機房的設備接地進行全面檢查，將各種信號線的屏蔽可靠接地。

4.3 安全性

在布線設計和鋪設過程中，不得穿越、跨越母線、主變等主要無屏蔽的運行設備，以防松動跌落，同時還應考慮到與這些設備的安全距離。

變電站發(fā)生警情后，將自動推出現(xiàn)場報警圖像，發(fā)出音響報警并實現(xiàn)錄像；在低亮度環(huán)境發(fā)生警情時，將同時啟動變電站相應照明系統(tǒng)。

4.4 布線

系統(tǒng)布線原則：監(jiān)控點位置與高壓設備間距離小于5 m，從攝像機安裝的位置到弱電線槽，采用鐵管，其穿線截面不得超過管子截面的40%。遠離高壓設備的監(jiān)控點從攝像機安裝的位置到弱電線槽采用PVC管，其穿線截面不得超過管子截面的40%。電纜線在線管/槽中的走線應平直，無扭絞，并按規(guī)定距離進行扎線，固定。監(jiān)控機房內走線為暗線，必要時布設專用線槽，機柜配線應滿足整潔、安全的工藝要求。配管、配線施工工藝均應符合JGJ/T 16-92《民用建筑電氣設計規(guī)范》的要求。

5 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)前景展望

隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，無人值守變電站逐漸增多，為保障電網安全運行，并解決無人值守變電站的安全防范問題，非常有必要進行變電站遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的建設[6]。圖像監(jiān)控系統(tǒng)將變電站的各被監(jiān)視點，如主控制室全貌、設備情況、斷路器、隔離刀閘等現(xiàn)場實際狀態(tài)通過遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)傳輸到電力局巡檢中心和調度室，對重要變電站，局領導及調度人員可通過圖像監(jiān)控系統(tǒng)對變電站的環(huán)境進行監(jiān)視；對無人值班站可減少巡檢人員工作強度，彌補變電站取消運行人員直觀性不強的弱點。

實現(xiàn)對電力設備熱狀態(tài)的遠程、實時在線紅外監(jiān)測，根據電力系統(tǒng)的實際需求，選擇具有RS-485串口和激光瞄準方式的紅外測溫儀，并在視頻監(jiān)控系統(tǒng)上開發(fā)遠程紅外測溫功能。系統(tǒng)可以在圖像監(jiān)控畫面上選擇特定的電力設備，對其進行遠程紅外測溫，并將返回的溫度值加以存儲和分析，可及時發(fā)現(xiàn)設備的故障信息。實現(xiàn)對電力設備的可見圖像和熱狀態(tài)信息的遠程、實時在線監(jiān)測，同時加強對變電站的安全防范、消防的全天候監(jiān)視，以提高變電站運行水平。

6 結束語

目前，該系統(tǒng)在我局已經實現(xiàn)實用化運行。通過該系統(tǒng)的建設，實現(xiàn)了設備的遠程巡視、單人操作的遠程監(jiān)護，提高了操作人員的工作效率，節(jié)約了生產成本；對變電站防火、防盜進行實時監(jiān)視，并與消防系統(tǒng)結合，實現(xiàn)煙霧、過溫報警功能，保障了設備的安全穩(wěn)定運行。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決了變電站現(xiàn)場的可視化及環(huán)境監(jiān)控問題，為實現(xiàn)“無人值班，無人值守”提供了可靠的技術保證。

[1]辛朝煥，張仁杰.基于ARM的嵌入式智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].機電一體化，2010（2）:73-75.

XIN Zhao-huan，ZHANG Ren-jie.Design and implementation of embedded intelligent surveillance system based on ARM[J].Mechatronics，2010（2）:73-75.

[2]梅魯海.基于SIP的新型變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（3）：66-69.

MEI Lu-hai.Design of a new substation video monitoring system based on SIP[J].Automation of Electric Power Systems，2010，34（3）:66-69.

[3]趙振兵，高強，苑津莎，等.變電站電氣設備雙通道圖像在線監(jiān)測方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32（10）：76-79.

ZHAO Zhen-bing，GAO Qiang，YUAN Jin-sha，et al.An on-line monitoring system for substation power equipment dual-channel image[J].Automation of Electric Power Systems，2008，32（10）:76-79.

[4]徐大可，張元林，王文勝.變電站電氣設備在線監(jiān)測綜述[J].電力自動化設備，2001，21（9）：54-57.

XU Da-ke，ZHANG Yuan-lin，WANG Wen-sheng.On-line monitoring of substation electrical equipment[J].Electric Power Automation Equipment，2001，21（9）：54-57.

[5]付冬梅，李曉剛，唐征華，等.電器設備故障紅外診斷技術及其軟件系統(tǒng)開發(fā)[J].電力系統(tǒng)自動化，2001，25（9）：55-57.

FU Dong-mei，LI Xiao-gang，TANG Zheng-hua，et al.The fault diagnosis method with infrared image technique and its software system for electric devices[J].Automation of Electric Power Systems，2001，25（9）:55-57.

[6]袁榮湘，涂曉平.變電站遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的功能與組網探討[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2003，15（5）：51-53.

YUAN Rong-xiang，TU Xiao-ping.The function and network-building techniques of the remote video supervision and control system for substation[J].Proceedings of the CSU-EPSA，2003，15（5）:51-53.