數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在變電站應(yīng)用的故障分析

羅朝陽

（鹽城供電公司電力調(diào)度中心,江蘇鹽城 224005）

隨著電網(wǎng)現(xiàn)代化水平提高，電力通信日益顯示出其重要性。創(chuàng)建無人值班通信站，是深化電力體制改革、提高勞動生產(chǎn)率的一項(xiàng)重要舉措，是電力通信事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動化和創(chuàng)建無人值班通信站的重要組成部分。建立視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效提高通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)管功能，加強(qiáng)通信調(diào)度指揮能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)通信電路或設(shè)備的故障，縮短維修停運(yùn)時(shí)間，提高通信質(zhì)量，減少通信站值守人員，在提高通信網(wǎng)的社會和經(jīng)濟(jì)效益方面具有重要作用。無人值班通信站一般都實(shí)現(xiàn)了對遠(yuǎn)方通信站的“三遙”（即遙測、遙信、遙控）功能。然而，要實(shí)現(xiàn)通信站全面的自動化管理，如對遠(yuǎn)方通信站現(xiàn)場環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)視、防盜、防火的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和報(bào)警等功能，這是目前常規(guī)自動化系統(tǒng)還不能實(shí)現(xiàn)的。視頻監(jiān)控作為一種新型的科技手段，在20世紀(jì)90年代后期開始應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，該技術(shù)的應(yīng)用為電力安全生產(chǎn)提供了有效的輔助作用。它的出現(xiàn)從某種意義上推動了電力系統(tǒng)新管理模式的改革進(jìn)度。該系統(tǒng)的開發(fā)成功及投入運(yùn)行為無人值班綜合自動化通信站又增加了一個(gè)重要的功能——遙視功能。

1 鹽城供電公司數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)介紹

目前，鹽城供電公司采用XY-JK2000多媒體數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，已完成了對1個(gè)500 kV、2個(gè)220 kV、1個(gè)110 kV、3個(gè)微波站的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。該數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用基于WEB服務(wù)器為核心的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程遙視系統(tǒng)，在組網(wǎng)方式上與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控有極大的不同。整套遙視系統(tǒng)主要由3個(gè)互相銜接的部分組成：現(xiàn)場設(shè)備（分站設(shè)備）、通道傳輸設(shè)備、監(jiān)控中心（主站設(shè)備）。

XY-JK2000多媒體數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括監(jiān)控現(xiàn)場、監(jiān)控中心、領(lǐng)導(dǎo)分控三部分。

圖1 視頻監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意

2 監(jiān)控現(xiàn)場

監(jiān)控現(xiàn)場主要由前端PC機(jī)、智能切換矩陣、一體化球型攝像機(jī)（內(nèi)置云臺、防護(hù)罩、鏡頭）等主要設(shè)備組成。監(jiān)控前端是擔(dān)負(fù)著圖像的采集、編碼、傳輸和控制命令的執(zhí)行部分，是整個(gè)系統(tǒng)重要組成部分之一。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 監(jiān)控現(xiàn)場結(jié)構(gòu)

3 監(jiān)控中心

（1）圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器

圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器主要由高檔微機(jī)服務(wù)器、WINDOWS NT/2000、SQL Server/Access 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組合、自行研制的圖像數(shù)據(jù)庫、WEB服務(wù)器軟件及“XY-JK2000”數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器軟件組成。系統(tǒng)服務(wù)器主要完成以下任務(wù)：處理多個(gè)監(jiān)控客戶終端的任務(wù)調(diào)度、監(jiān)控終端用戶訪問控制和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理。

（2)監(jiān)控客戶終端

監(jiān)控終端微機(jī)配置在主控機(jī)房、調(diào)度室、主管領(lǐng)導(dǎo)辦公室和其它相關(guān)單位，安裝圖像監(jiān)控用戶端軟件或WEB瀏覽器。監(jiān)控終端用戶必須由系統(tǒng)管理員在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中注冊，根據(jù)職責(zé)授予不同的權(quán)限和控制優(yōu)先級。用戶通過用戶名和口令登錄系統(tǒng)，在系統(tǒng)管理員授予相應(yīng)權(quán)限的情況下，具有以下功能：圖像監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制和錄像。

（3)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程橋接器

圖像監(jiān)控中心局域網(wǎng)通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程橋接器與多個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控前端實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊，在中心控制室內(nèi)利用10Base-T/G.703轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)直接送到監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)流的雙向轉(zhuǎn)發(fā)。

（4）監(jiān)控網(wǎng)與MIS網(wǎng)連接

考慮到電力調(diào)度系統(tǒng)的獨(dú)立性和穩(wěn)定性，監(jiān)控中心的局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，并通過專用通道與電力局MIS網(wǎng)連接。為了繼續(xù)保證監(jiān)控網(wǎng)的獨(dú)立性和穩(wěn)定性，同時(shí)不讓視頻流影響MIS網(wǎng)，必須把監(jiān)控網(wǎng)劃在獨(dú)立的VLAN之中。由于要處理大量的視頻流和能夠支持IP多播，監(jiān)控中心的交換機(jī)選用了高性能、支持IP多播的Cisco Catalyst 3524。按照DVD標(biāo)準(zhǔn),視頻碼流是1 500 kbit/s,即144 kb/s,一個(gè)視頻UDP數(shù)據(jù)包大小為1.0～1.5 KB,因此，每路視頻每秒需要的UDP包為150個(gè)，10路視頻對交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)能力需求是每秒1 500個(gè)。在本系統(tǒng)中，Cisco Catalyst 3524有10 Gbit/s的交換背板，每秒6.5×106個(gè)包的轉(zhuǎn)發(fā)能力，對10路視頻處理需求綽綽有余。以上的組網(wǎng)方式保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 系統(tǒng)功能

（1）控制功能

監(jiān)控主機(jī)可通過鼠標(biāo)操作對安裝在現(xiàn)場攝像機(jī)、鏡頭、照明等設(shè)備進(jìn)行控制，以便觀看多個(gè)監(jiān)控場合和目標(biāo)，同時(shí)獲得最佳的監(jiān)控效果。

（2）圖像切換

監(jiān)控主機(jī)可控制視頻信號切換，可以對選定的一組攝像頭進(jìn)行顯示間隔可調(diào)的輪流觀看。

（3）數(shù)字錄像及回放

系統(tǒng)的錄像功能全面，可以由用戶控制錄像，可設(shè)定定時(shí)自動錄像。除特殊需要時(shí)，一般都采用數(shù)字錄像方式，即把圖像存儲到計(jì)算機(jī)的硬盤或可讀寫光盤上。

（4）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多屏幕顯示和輪流觀看

定時(shí)輪流顯示選定的一組鏡頭圖像，每一時(shí)刻某一現(xiàn)場只有一路活動圖像，一組鏡頭由現(xiàn)場控制或遠(yuǎn)程分控選擇，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多屏幕顯示和遠(yuǎn)程長時(shí)間錄像。

（5）智能報(bào)警及聯(lián)動

在監(jiān)控區(qū)域有異常情況發(fā)生，報(bào)警插頭將給計(jì)算機(jī)以觸發(fā)信號，計(jì)算機(jī)將畫面自動切換至該報(bào)警區(qū)域，并立即錄像。

（6）操作簡便

客戶端為Microsoft公司提供的IE瀏覽器，操作界面全部為中文可視化界面，用戶可根據(jù)清晰的中文功能提示，實(shí)現(xiàn)全部的監(jiān)控操作。

（7）遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)管理

視頻監(jiān)控服務(wù)器提供遠(yuǎn)程WEB訪問功能，管理員不必到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場，就可修改設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，提高的設(shè)備維護(hù)效率。同時(shí)，管理員可遠(yuǎn)程增加、刪除、修改用戶、監(jiān)控地點(diǎn)、用戶的控制權(quán)限、錄像時(shí)間等信息。當(dāng)這些信息修改之后，管理員不用對客戶端進(jìn)行維護(hù)，用戶只要在重新登錄系統(tǒng)一次，即可得到管理員重新分配的信息，大大減輕了管理人員的軟件維護(hù)工作量。

（8）系統(tǒng)可擴(kuò)展性

系統(tǒng)安裝完成后，根據(jù)實(shí)際需要可不斷對系統(tǒng)進(jìn)行硬件擴(kuò)展和軟件升級。

①前站的數(shù)量可擴(kuò)展：監(jiān)控中心選用10Base-T/G.703轉(zhuǎn)換器，如需增加1個(gè)前站，只需增加1對轉(zhuǎn)換器即可：一臺在監(jiān)控前端，另一臺在監(jiān)控中心。轉(zhuǎn)換器的連接非常簡單，只需一條2M通道，無需其它配置。

②客戶端的數(shù)量可擴(kuò)展：只需有IE瀏覽器，網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺多媒體計(jì)算機(jī)均可作為客戶端使用。

③可升級性強(qiáng)：只需更換視頻采集編碼卡和監(jiān)控軟件，即可實(shí)現(xiàn)MPEG-2、MPEG-4等壓縮標(biāo)準(zhǔn)的升級（監(jiān)控軟件免費(fèi)），從而保護(hù)前期投資。

5 系統(tǒng)特點(diǎn)與優(yōu)勢

（1）監(jiān)視

采用彩色一體化快球攝像機(jī)對微波塔、人員進(jìn)出通道、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,完成對儀表、開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)控及完成相關(guān)區(qū)域的監(jiān)控。

對現(xiàn)場的視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行操作，完成云臺旋轉(zhuǎn)、鏡頭聚焦及近景/遠(yuǎn)景調(diào)節(jié)等操作工作。同時(shí)，本系統(tǒng)還可以開關(guān)方式控制現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備，如打開室內(nèi)照明等。

系統(tǒng)采用共同接地網(wǎng)，只有一點(diǎn)獨(dú)立接地，接地電阻不大于1歐，具有良好的抗雷擊功能?，F(xiàn)場與系統(tǒng)以外設(shè)備相連的數(shù)據(jù)線均有防雷擊浪涌保護(hù)器，將其與其他設(shè)備隔離，可防止設(shè)備遭雷擊破壞。

（2）預(yù)置和巡視

監(jiān)控系統(tǒng)采用了快速一體化球型攝像機(jī)，它是由三可變鏡頭、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和由步進(jìn)電機(jī)構(gòu)造成的快速云臺綜合一體的攝像機(jī)，帶64個(gè)預(yù)置位，因此通過各監(jiān)控主機(jī)可對該攝像機(jī)的預(yù)置點(diǎn)進(jìn)行預(yù)置，從而在監(jiān)控中心發(fā)送一個(gè)預(yù)置目標(biāo)，即能在1 s鐘內(nèi)獲得預(yù)置點(diǎn)清晰的圖像。同時(shí)還能連續(xù)控制攝像機(jī)云臺，并實(shí)現(xiàn)變焦、變倍、變光圈等功能。因此，通過軟件來設(shè)置現(xiàn)場的巡視目標(biāo)（預(yù)置點(diǎn)）及每個(gè)目標(biāo)（預(yù)置點(diǎn)）停留時(shí)，能夠順利實(shí)現(xiàn)各種需要的巡視功能。

（3）先進(jìn)性

圖像壓縮采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，具有圖像清晰度高、畫面細(xì)微逼真、圖像幀率高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，硬件壓縮保證了數(shù)據(jù)高實(shí)時(shí)性，圖像延時(shí)小于1 s。

（4）開放性

整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，兼容性強(qiáng)，可與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)相連。企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的用戶使用WEB瀏覽器即可進(jìn)行圖像監(jiān)控。監(jiān)控前端可以將許多現(xiàn)有的資源接入本系統(tǒng)，避免重復(fù)投資。

（5）實(shí)時(shí)性

從前端情況發(fā)生到后方中心的響應(yīng)時(shí)間少于1s。

（6）易操作性

系統(tǒng)軟件提供全可視化中文操作界面，設(shè)計(jì)合理，操作員只需經(jīng)簡單培訓(xùn)就可熟練使用。

（7）易維護(hù)性

系統(tǒng)運(yùn)行的高穩(wěn)定性和高可靠性使維護(hù)人員的工作量大大減少。系統(tǒng)具有自診斷和自恢復(fù)功能，可以報(bào)告故障位置及原因，幫助維護(hù)人員易于定位和排除故障。部分系統(tǒng)故障可以由系統(tǒng)本身自行修復(fù)，從而進(jìn)一步減少工作量。

（8）可靠性

系統(tǒng)采用純硬件組網(wǎng)，有效解決了以往圖像卡、軟件易死機(jī)的系統(tǒng)不穩(wěn)定問題。監(jiān)控設(shè)備的機(jī)箱外殼接地良好，具有較好的電磁兼容性。產(chǎn)品按國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，能抗高溫、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境，能長時(shí)間穩(wěn)定工作。監(jiān)控系統(tǒng)有良好的電氣隔離性能，具備符合ITU-T藍(lán)皮書K.20建議的抗雷擊及過電壓保護(hù)能力。監(jiān)控系統(tǒng)具有自診斷功能（主要設(shè)備均帶有看門狗功能，對自身故障可自動恢復(fù)），系統(tǒng)故障則具有自動隔離功能，監(jiān)控系統(tǒng)的接入、故障不影響被監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行。另外，系統(tǒng)還具有良好的容錯(cuò)能力，不會因用戶的誤操作引起程序運(yùn)行出錯(cuò)。

6 系統(tǒng)運(yùn)行分析

（1）預(yù)防事故的發(fā)生及擴(kuò)大。通過監(jiān)控中心、操作站能清晰監(jiān)視變電所重要電氣設(shè)備的運(yùn)行情況及各戶內(nèi)外場地的環(huán)境狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備的異常情況，以便調(diào)度人員及時(shí)采取有效措施，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，減少經(jīng)濟(jì)損失。

（2）加速事故處理，減少停電損失。圖像監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的視頻信號數(shù)字化壓縮編碼技術(shù)，不僅可將遠(yuǎn)方變電所的圖像和火災(zāi)、防盜報(bào)警信號傳送至監(jiān)控站和操作站，還實(shí)現(xiàn)了三者之間的視音頻信號雙向傳送，增加了可視對講功能。無人值班變電所的防盜、防火工作是極其重要的，其它系統(tǒng)很難做到這一點(diǎn)，而圖像監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)卻做到了警視聯(lián)動功能，這便大大縮短停電時(shí)間，減少了停電損失。

（3）為事故分析提供可靠依據(jù)。當(dāng)變電所發(fā)生防盜防火報(bào)警時(shí)，該系統(tǒng)能迅速自動地將圖像切換到發(fā)生報(bào)警的探測器相應(yīng)的位置，并自動啟動錄像系統(tǒng)進(jìn)行事故追蹤錄像，并自動存盤。系統(tǒng)的事故追憶功能和事故順序記錄功能為事故分析提供了可靠依據(jù)。

7 結(jié)束語

在通信運(yùn)行維護(hù)中，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決了變電所自動化“三遙”以外新的需求——遙視需求，使變電所自動化水平又上了一個(gè)新的臺階；對通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，通信調(diào)度的指揮、協(xié)調(diào)、處理電路或設(shè)備的故障提供了有力的幫助；在提高通信質(zhì)量，減少通信站值守人員，提升通信網(wǎng)的社會和經(jīng)濟(jì)效益等方面起到了重要作用。

電力通信站遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施和推廣，對電力行業(yè)企業(yè)化管理有著重要的意義。建立有效的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將有助于深化電力企業(yè)改革，提高資源利用率，降低通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)的成本，并從整體上提高電力系統(tǒng)對通信站和通信網(wǎng)絡(luò)的管理水平。

[1]龔奕利，雷迎春.深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]姜 敏，施 建.基于嵌入式Web服務(wù)器的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2001（7）.