智能電網(wǎng)安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

智能變電站作為智能電網(wǎng)的重要內(nèi)容，經(jīng)過若干年的發(fā)展，其遙視系統(tǒng)不僅僅局限于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和自動(dòng)化是電力發(fā)展要求的必然趨勢(shì)，變電站的無人值守、綜合管理和安全管理是電網(wǎng)現(xiàn)代化的必由之路。

隨著我國(guó)電力行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)輸變電企業(yè)內(nèi)各類主要設(shè)備的運(yùn)行和人員的操作都提出了更高的要求，輸變電企業(yè)通過現(xiàn)代化的管理方法和手段，從遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)到遙視，不斷地提高生產(chǎn)自動(dòng)化的水平。通過變電站安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程巡視各類設(shè)備的運(yùn)行情況、人員的操作情況，實(shí)時(shí)獲得現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警信息，通過錄像記錄對(duì)事故情況進(jìn)行追憶。

近年來，智能電網(wǎng)的發(fā)展逐漸成為我國(guó)電力系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，智能變電站是智能電網(wǎng)的重要內(nèi)容。智能化變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。智能變電站管理的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和自動(dòng)化是電力發(fā)展要求的必然趨勢(shì)，變電站的無人值守、綜合管理和安全管理是電網(wǎng)現(xiàn)代化的必由之路。

圖1：變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

安防視頻監(jiān)控技術(shù)在電力行業(yè)很早就得到了應(yīng)用，其主要原因是輸電網(wǎng)中變電站地理位置較分散，在幾百甚至上千平方公里內(nèi)星羅棋布，迫切需要聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控。利用電力2M專用通信線路可以較為方便地進(jìn)行視頻監(jiān)控組網(wǎng)，早期的變電站網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)又可稱為：變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)（遙視系統(tǒng)）。經(jīng)過若干年的發(fā)展，變電站遙視系統(tǒng)不僅僅局限于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控應(yīng)用，將變電站周界防范、環(huán)境監(jiān)控、燈光控制、門禁控制、消防聯(lián)動(dòng)等應(yīng)用一體化整合，按照智能變電站發(fā)展趨勢(shì)，向智能變電站輔助系統(tǒng)不斷演進(jìn)發(fā)展。

南京南自信息技術(shù)有限公司自主設(shè)計(jì)研發(fā)了變電站遙視系統(tǒng)、變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能變電站綜合輔助監(jiān)控系統(tǒng)，具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的近萬個(gè)變電站（750KV、500KV、220KV、110KV、66KV、35KV各電壓等級(jí)均有應(yīng)用案例）。

傳統(tǒng)變電站安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)

傳統(tǒng)變電站安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要以模擬視頻監(jiān)控為主的安全防范系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施，達(dá)到對(duì)電力運(yùn)行設(shè)備、變電站環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)視。同時(shí)可集成周界防范、入侵探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)（環(huán)境溫濕度、煙霧報(bào)警、水浸報(bào)警）、報(bào)警聯(lián)動(dòng)等諸多功能。（典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1）

智能變電站輔助系統(tǒng)

近幾年來，隨著IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和光電互感器的研發(fā)和投入使用，我國(guó)智能電網(wǎng)的研究和試點(diǎn)已經(jīng)啟動(dòng)，成為電網(wǎng)重要組成部分。數(shù)字化智能變電站概念已在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用，全國(guó)已建成一定數(shù)量的數(shù)字化智能變電站。

數(shù)字化智能變電站使變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過程由過去的模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。數(shù)字化智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，根據(jù)IEC通信協(xié)議草案定義，這三個(gè)層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。新型數(shù)字化智能變電站主要由為全數(shù)字和光纖的信號(hào)采集系統(tǒng)、數(shù)字化繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)字化視頻及環(huán)境監(jiān)測(cè)（智能輔助）系統(tǒng)構(gòu)成。

眾所周知，我國(guó)的電力企業(yè)主要由五大發(fā)電集團(tuán)和兩大電網(wǎng)公司構(gòu)成，其中兩大電網(wǎng)公司分別為國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司。智能變電站輔助系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，在國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司均得到了一定規(guī)模的推廣實(shí)踐。在國(guó)家電網(wǎng)，主要以智能變電站輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行推廣。在南方電網(wǎng)，主要以變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行推廣。

智能變電站輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺(tái)

智能變電站綜合輔助監(jiān)控平臺(tái)主要在國(guó)家電網(wǎng)應(yīng)用，通常包含7大子系統(tǒng)，分別是視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、智能控制子系統(tǒng)、安全警衛(wèi)子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)、四遙聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)。（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2）

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由各種攝像機(jī)、視頻處理單元（DVR/DVS/NVR/視頻存儲(chǔ)服務(wù)器）、三合一防雷器等組成；視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過站端處理單元，將模擬視頻、音頻和數(shù)據(jù)信息壓縮成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，存在在本地存儲(chǔ)單元中，并可通過綜合監(jiān)控平臺(tái)的統(tǒng)一管理經(jīng)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至上級(jí)主站。另外，智能分析功能能夠?qū)崟r(shí)對(duì)變電站重點(diǎn)區(qū)域的情況進(jìn)行分析，對(duì)異常情況進(jìn)行跟蹤錄像，在有突發(fā)事件發(fā)生時(shí)能夠迅速通知相關(guān)人員。

動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

圖2：智能變電站綜合輔助監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由接入設(shè)備、溫濕度傳感器、SF6探測(cè)器、風(fēng)速傳感器、水浸探測(cè)器、空調(diào)控制器、通信電源接口、風(fēng)機(jī)控制器、水泵控制器等組成。

智能控制子系統(tǒng)

智能控制子系統(tǒng)由控制單元、輔助設(shè)備等組成；智能控制系統(tǒng)是對(duì)站內(nèi)的輔助設(shè)施進(jìn)行集中智能的控制，包括燈光、通風(fēng)、排水、空調(diào)等設(shè)備的控制，各設(shè)備的控制包括本地控制和軟件控制兩方面，并能夠根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)，如報(bào)警及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，如當(dāng)室內(nèi)溫濕度情況超過正常溫濕度范圍的房間，通過控制房間內(nèi)的空調(diào)、風(fēng)機(jī)，使房間內(nèi)溫濕度達(dá)到適宜電氣設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)行的狀態(tài)，保證室內(nèi)電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

安全警衛(wèi)子系統(tǒng)

安全警衛(wèi)子系統(tǒng)由紅外對(duì)射報(bào)警器、紅外雙鑒報(bào)警器、電子圍欄、按鍵報(bào)警器等組成；安全警衛(wèi)系統(tǒng)是對(duì)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有利補(bǔ)充，能夠?qū)θ肭肿冸娬镜男袨槠鸬胶芎玫耐丶疤崾咀饔谩?/p>

門禁子系統(tǒng)

門禁子系統(tǒng)由門禁控制主機(jī)、讀卡器、開門按鈕、電磁力鎖等組成；門禁子系統(tǒng)能夠有效地防止了外來人員和不相干人員隨便出入變電站，并且每一次的刷卡都有記錄，可供隨時(shí)查看。

消防子系統(tǒng)

消防子系統(tǒng)由接入設(shè)備負(fù)責(zé)與消防系統(tǒng)主機(jī)通信。

四遙聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)

四遙聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與綜自系統(tǒng)基于遙控操作、事故跳閘等事件的視頻聯(lián)動(dòng)。

智能變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

圖3：變電站視與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

智能變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要在南方電網(wǎng)應(yīng)用，以廣東電網(wǎng)為主導(dǎo)，制定了《廣東電網(wǎng)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，該技術(shù)規(guī)范對(duì)系統(tǒng)互聯(lián)互通通信協(xié)議、音視頻編解碼算法和流媒體傳輸格式均進(jìn)行了詳細(xì)約定，可操作性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家設(shè)備之間真正意義上的互聯(lián)互通。下圖是變電站視頻與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

傳統(tǒng)遙視系統(tǒng)與智能輔助系統(tǒng)對(duì)比

內(nèi)容 傳統(tǒng)遙視系統(tǒng) 智能變電站輔助系統(tǒng)清晰度 CIF（352×288）、D1（720×576） 高清（1280×960、2048×1532）攝像機(jī)數(shù)量 數(shù)量較多 數(shù)量少全景圖像 不支持 能夠監(jiān)控整個(gè)變電站的全景圖像監(jiān)控對(duì)象選擇模式 一般按照監(jiān)控?cái)z像機(jī)點(diǎn)位覆蓋的區(qū)域選擇在全景圖上或一次接線圖上根據(jù)需要選擇監(jiān)控的設(shè)備、區(qū)域即可調(diào)出該區(qū)域周邊攝像機(jī)的圖像監(jiān)控點(diǎn)覆蓋程度 無法覆蓋所需要監(jiān)控的所有設(shè)備、區(qū)域通過合理的布置和安裝位置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有需要監(jiān)控的設(shè)備、區(qū)域周界防護(hù) 紅外對(duì)射，雨、雪、霧、霾等天氣影響很大，壽命短采用電子圍欄，外形美觀、有形防護(hù)，使用壽命長(zhǎng)空調(diào)控制 幾乎沒有 有門禁接入及聯(lián)動(dòng) 無 視頻門禁、可聯(lián)動(dòng)消防接入及聯(lián)動(dòng) 無 可聯(lián)動(dòng)智能視頻應(yīng)用 幾乎沒有 虛擬電子圍欄、輔助智能巡檢

電網(wǎng)安防視頻監(jiān)控綜合管理平臺(tái)

電網(wǎng)安防視頻監(jiān)控綜合管理平臺(tái)可對(duì)一定區(qū)域分布的多個(gè)變電站安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理，可支持變電站—〉集控站—〉縣區(qū)級(jí)平臺(tái)—〉市級(jí)平臺(tái)—〉省級(jí)平臺(tái)多級(jí)聯(lián)網(wǎng)管理。南自信息公司自2000年起就致力于電力行業(yè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)的研究和開發(fā)工作，針對(duì)電力行業(yè)需求開發(fā)了Observer SP變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控平臺(tái)軟件，并成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多個(gè)電力系統(tǒng)項(xiàng)目中。

國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì) IEC 定義的兩個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)IEC61968 和IEC61970定義了一種電力系統(tǒng)通用信息模型CIM和組件接口規(guī)范CIS。CIM 現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)電力行業(yè)在相關(guān)技術(shù)規(guī)范中已對(duì)視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)間互聯(lián)規(guī)范做出明確而詳細(xì)的描述，面向SOA架構(gòu)，采用SIP+XML協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)通信。

平臺(tái)軟件系統(tǒng)架構(gòu)

圖4：系統(tǒng)多級(jí)互聯(lián)示意圖

平臺(tái)軟件按照五層體系結(jié)構(gòu)劃分為平臺(tái)支撐層、中間服務(wù)層、公共服務(wù)層、應(yīng)用層。平臺(tái)支撐層由操作系統(tǒng)平臺(tái)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議構(gòu)成。中間服務(wù)層主要為系統(tǒng)使用的各類中間件，包括數(shù)據(jù)訪問中間件、對(duì)象代理中間件、消息中間件。公共服務(wù)層由系統(tǒng)提供的各類公共服務(wù)構(gòu)成，其中包括圖形、報(bào)表、曲線、權(quán)限、告警、流媒體服務(wù)等等。服務(wù)構(gòu)建層提供一致的服務(wù)模型給上層應(yīng)用，主要表現(xiàn)為服務(wù)接口、服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查找、服務(wù)訪問。應(yīng)用層主要為面向在線監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、綜合信息查詢顯示的各種應(yīng)用模塊，其中涉及采集、計(jì)算、查詢、分析、流媒體功能及相關(guān)人機(jī)交互界面。

平臺(tái)軟件關(guān)鍵技術(shù)及特點(diǎn)

● 跨區(qū)域異構(gòu)平臺(tái)級(jí)聯(lián)

● 綜合信息全景視圖

● 全組態(tài)化設(shè)計(jì)

● 變電站及輸電線路三維建模

● 變電站全景高清視頻監(jiān)視

● 遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控桌面

● 視頻監(jiān)視與變電站巡檢結(jié)合

● 基于設(shè)備熱區(qū)的展示與選擇

● 基于一次接線圖的設(shè)備選擇及視頻聯(lián)動(dòng)

● 內(nèi)建插件機(jī)制

● 高清視頻的圖像矯正與虛擬云臺(tái)技術(shù)

結(jié)束語

智能電網(wǎng)安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應(yīng)用在國(guó)內(nèi)處于快速成長(zhǎng)期，將其應(yīng)用到智能電網(wǎng)數(shù)字化變電站領(lǐng)域，利用高清晰度視頻圖像對(duì)電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況記錄分析，實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程監(jiān)視及監(jiān)護(hù)，對(duì)促進(jìn)電力安全生產(chǎn)具有重要意義。