變電站網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

秦梁棟，林 榕，邵 華，宋 靜

(1.河北省電力公司，石家莊 050021；2.石家莊供電公司，石家莊 050051)

隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，大部分變電站實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班和遠(yuǎn)程監(jiān)控，大大提高了電網(wǎng)企業(yè)的生產(chǎn)效率。因此，運(yùn)行可靠、功能完備，對(duì)變電站各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及影響變電站安全運(yùn)行的因素進(jìn)行全方位監(jiān)控的系統(tǒng)必不可少。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為一套獨(dú)立運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，其通過(guò)現(xiàn)有的電力通信網(wǎng)對(duì)所屬變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障和意外情況報(bào)警接收處理，可提高變電站運(yùn)行和維護(hù)的安全性和可靠性，并可逐步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可視化監(jiān)控和調(diào)度，確保電網(wǎng)設(shè)備的長(zhǎng)期高效安全運(yùn)營(yíng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展至今，大致經(jīng)過(guò)了傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控、數(shù)模混合視頻監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控3個(gè)階段。網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，以下就網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析闡述。

1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以數(shù)字視頻處理技術(shù)為核心，綜合利用光電傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制和人工智能等技術(shù)的一種新型監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用嵌入式的“網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器”，實(shí)現(xiàn)從監(jiān)控點(diǎn)前端、監(jiān)控中心到監(jiān)控工作站的全過(guò)程數(shù)字化處理，系統(tǒng)特點(diǎn)如下：

a. 利用現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源，無(wú)需為新建監(jiān)控系統(tǒng)鋪設(shè)光纜和增加設(shè)備，便可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控；

b. 系統(tǒng)擴(kuò)展能力強(qiáng)，在有網(wǎng)絡(luò)的地方增加監(jiān)控設(shè)備就可擴(kuò)展新的監(jiān)控點(diǎn)；

c. 網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)提供商維護(hù)，前端設(shè)備即插即用、免維護(hù)，系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用低；

d. 系統(tǒng)功能強(qiáng)大、利用靈活，全數(shù)字化錄像便于保存和檢索；

e. 在網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)，只要安裝了客戶端軟件，并給予相應(yīng)的權(quán)限就可以成為監(jiān)控工作站；

2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

隨著電網(wǎng)建設(shè)的飛速發(fā)展，各部門間統(tǒng)一協(xié)調(diào)、統(tǒng)一管理的需求越來(lái)越明顯，“大監(jiān)控”也成為構(gòu)建變電站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的必然要求?！按蟊O(jiān)控”網(wǎng)絡(luò)的主要目的是實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的統(tǒng)一監(jiān)控，各變電站、消防、管理部門可以通過(guò)開(kāi)放的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)變電站的各目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，同一監(jiān)控點(diǎn)的信息可以在各個(gè)管理部門間共享。變電站網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足以下目標(biāo)：

a. 實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站內(nèi)各類設(shè)備(如主控制室控制屏顯示、儀表讀數(shù)、開(kāi)關(guān)室設(shè)備、主變壓器及其風(fēng)扇、電容器室等)的運(yùn)行情況；

b. 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油位和火災(zāi)報(bào)警，環(huán)境溫度、濕度，空調(diào)機(jī)啟停和瓦斯泄漏等情況；

c. 實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站大門和主要通道；

d. 實(shí)時(shí)接收周界、室內(nèi)紅外報(bào)警信號(hào)和門禁系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)；

e. 事故追憶，可以幫助技術(shù)人員查看事故發(fā)生時(shí)變電站的狀況，從而找到事故發(fā)生的原因；

第三部分中將chebyshev映射的輸出與kent映射的輸出進(jìn)行二值化后異或,既產(chǎn)生了復(fù)合混沌優(yōu)選序列。

f. 利用遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視功能，由調(diào)度中心的值班人員對(duì)遠(yuǎn)方變電站操作人員進(jìn)行操作指導(dǎo)；

g. 可以通過(guò)任何一臺(tái)遠(yuǎn)程終端進(jìn)行檢修標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)實(shí)時(shí)培訓(xùn)，并可以保存錄像，制成多媒體培訓(xùn)教材。

3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施方案

3.1 系統(tǒng)性能要求

3.1.1 兼容性

系統(tǒng)應(yīng)能夠支持盡量多的前端設(shè)備，使采用不同廠家、不同種類、不同編碼方式設(shè)備的變電站都能方便的接入系統(tǒng)，減少對(duì)前端設(shè)備的改造、更換。如必須要更換，則盡量減少更換設(shè)備的數(shù)量，避免對(duì)前端攝像機(jī)、報(bào)警器的更換。

3.1.2 帶寬適應(yīng)性

現(xiàn)在變電站可將多個(gè)2 Mbits帶寬進(jìn)行復(fù)合，提供高帶寬的傳輸通道，因此要求系統(tǒng)應(yīng)該具有較強(qiáng)的帶寬適應(yīng)性，能夠根據(jù)不同的帶寬自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，用有限的帶寬傳輸盡量多的圖像。

3.1.3 安全性

系統(tǒng)的安全性主要包括硬件安全和網(wǎng)絡(luò)安全。由于采用集中管理，系統(tǒng)的管理中心成為系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，管理中心的管理服務(wù)器、交換機(jī)等核心設(shè)備都應(yīng)該進(jìn)行硬件備份，主備設(shè)備之間應(yīng)該能夠自動(dòng)切換。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)與電力局域網(wǎng)需要進(jìn)行連接，這樣就使視頻監(jiān)控系統(tǒng)面臨病毒、網(wǎng)絡(luò)攻擊的嚴(yán)重威脅，系統(tǒng)應(yīng)采取必要的隔離措施，保證視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)區(qū)域范圍大小和變電站數(shù)量組合定義，在集控中心設(shè)立視頻工作站，各生產(chǎn)、管理部門和上級(jí)監(jiān)控中心的監(jiān)控終端均通過(guò)該工作站獲得授權(quán)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。變電站的流媒體服務(wù)器承擔(dān)大規(guī)模音頻視頻流、報(bào)警等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的負(fù)載均衡。集控中心對(duì)供電公司轄區(qū)所有監(jiān)控終端、流媒體服務(wù)器、視頻服務(wù)器等進(jìn)行統(tǒng)一管理。無(wú)人值班變電站以集控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控為主，同時(shí)可在變電站端設(shè)立本地監(jiān)控終端。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?jiàn)圖1。

圖1 視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3.3 系統(tǒng)組成

變電站的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由3個(gè)互相銜接的部分組成：變電站設(shè)備(或稱子站設(shè)備)、通道傳輸設(shè)備、供電公司集控中心(或稱主站設(shè)備)。

3.3.1 子站設(shè)備

在變電站安裝全數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，圖像通過(guò)已有的電力廣域網(wǎng)接入供電公司的MIS網(wǎng)。攝像機(jī)本身集成報(bào)警功能，可對(duì)主控室、配電室、變電站大門、變電站周界等進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)警及現(xiàn)場(chǎng)警告等；在配電室、電容器室等位置安裝網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可以清楚地查看設(shè)備情況、人員情況等信息。子站設(shè)備還包括站端視頻服務(wù)器、照明設(shè)備、聲光告警裝置及防雷設(shè)備等。由于變電站的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)現(xiàn)已建設(shè)完成(新建變電站均按要求配置)，機(jī)房一般都有網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，通過(guò)機(jī)房已有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸，不需要額外增加設(shè)備。

3.3.2 通道傳輸設(shè)備

遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式有2種：變電站端網(wǎng)絡(luò)接入采用E1接口(建議ITU-TG.703)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)AN 10 BASE-T(RJ45 UTP)標(biāo)準(zhǔn)接口,符合IEEE 802.3/ETHER-NET標(biāo)準(zhǔn)；變電站端網(wǎng)絡(luò)接入采用100或1000 BASE-TX標(biāo)準(zhǔn)接口,符合IEEE 802.3U/ETHERNET標(biāo)準(zhǔn)。

目前在工程實(shí)踐中均采用方案二，采用IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組網(wǎng)，并可使用中繼器、網(wǎng)橋、路由器設(shè)備延伸接入站點(diǎn)，如需增加被監(jiān)測(cè)的變電站，僅增加變電站的前端設(shè)備即可，在監(jiān)控中心不需要增加相應(yīng)的圖像處理設(shè)備，系統(tǒng)擴(kuò)展比較方便。

3.3.3 主站設(shè)備

a. 視頻工作站，負(fù)責(zé)處理所有用戶的登錄、瀏覽及其他功能請(qǐng)求，用戶也可以通過(guò)工作站對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

b. 視頻監(jiān)控電視墻，顯示下屬變電站的視頻監(jiān)控信號(hào)，方便對(duì)下屬所有變電站進(jìn)行統(tǒng)一查看管理。

c. 報(bào)警服務(wù)器，接收各變電站的報(bào)警信號(hào)，確認(rèn)其真實(shí)性并將報(bào)警信號(hào)上傳到上級(jí)監(jiān)控中心，方便上級(jí)機(jī)關(guān)統(tǒng)一管理。

4 系統(tǒng)建設(shè)中需注意的問(wèn)題

4.1 與其他系統(tǒng)的集成

變電站的報(bào)警信號(hào)主要分為外圍報(bào)警和內(nèi)部報(bào)警兩大類。外圍報(bào)警包括消防報(bào)警、防盜報(bào)警、門禁報(bào)警、非法闖入畫面異動(dòng)報(bào)警等。變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班后，站內(nèi)的防火防盜工作重要性更加凸顯，因此，變電站一般裝設(shè)一套圖像安全監(jiān)視系統(tǒng)、一套脈沖電網(wǎng)和一套火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，分別由不同的部門進(jìn)行管理，而單獨(dú)系統(tǒng)的作用是有局限的，只有在變電站建設(shè)中采用系統(tǒng)集成的方案，使各系統(tǒng)相互補(bǔ)充、相互配合、實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，才能最大程度發(fā)揮系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)，真正成為安全的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

變電站設(shè)置綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)，集成站內(nèi)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)、火災(zāi)報(bào)警、視頻監(jiān)視、脈沖電網(wǎng)、智能巡檢、主變壓器消防及采暖通風(fēng)等子系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)站內(nèi)煙霧、溫度、濕度、紅外、圖像等傳感器以及開(kāi)關(guān)、設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志等進(jìn)行綜合判斷，采用圖像處理、模式識(shí)別等技術(shù)并聯(lián)動(dòng)其它設(shè)備進(jìn)行智能處理。綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖2。

綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)信息從分區(qū)上應(yīng)屬于管理信息大區(qū)，加上數(shù)據(jù)量很大，不宜與生產(chǎn)控制大區(qū)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)直接相連，應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)，并通過(guò)隔離裝置與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)交換信息。

圖2 綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)框圖

4.2 與自動(dòng)化系統(tǒng)的接口

針對(duì)不同的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)通信接口程序，做到數(shù)據(jù)共享，利用原有變電站的自動(dòng)化設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)，增加視頻設(shè)備，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，包括通信接口、數(shù)據(jù)組態(tài)、畫面組態(tài)等，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入，節(jié)約建設(shè)投資。

5 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、防盜技術(shù)、控制技術(shù)于一體的現(xiàn)代化集成系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有變電站的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整合，可有效實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控下的防火、防盜、設(shè)備輔助檢查和監(jiān)視的功能，有效解決變電站現(xiàn)場(chǎng)的可視化及環(huán)境監(jiān)控問(wèn)題，將為智能變電站的建設(shè)提供可靠的技術(shù)保證。