基于C/S模式的變電站作業(yè)安全立體監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

江嘉銘，鐘業(yè)榮，阮國(guó)恒

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司清遠(yuǎn)供電局，廣東清遠(yuǎn) 511515）

隨著目前各項(xiàng)新型技術(shù)的不斷創(chuàng)新研發(fā)，各類變電站、變電所基本引入計(jì)算機(jī)微機(jī)控制技術(shù)實(shí)施保護(hù)，但是并未在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，納入變電站控制、測(cè)量信號(hào)和計(jì)費(fèi)、回路等，導(dǎo)致如今仍然有多數(shù)變電站采用人工作業(yè)，包括抄表、值守等。變電站作業(yè)通常是定崗定責(zé)，操作者以電力系統(tǒng)的具體情況制定系統(tǒng)操作，實(shí)現(xiàn)于各操作地點(diǎn)。目前變電站工作盡管引入了相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)和工作機(jī)制，但是在監(jiān)視定位方面仍然存在一定缺失。而且變電站上層管理軟件，也無(wú)法獲取現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用支持，更無(wú)法充分發(fā)揮系統(tǒng)效能。為了能夠使電網(wǎng)整體自動(dòng)化運(yùn)行管理水平得到充分提升，并且真正獲得減人增益的效果，提高遠(yuǎn)程監(jiān)控的整體工作水平，文中提出了基于C/S 模式的變電站作業(yè)安全立體監(jiān)控系統(tǒng)。主要是為了能夠真正實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值守，所以增設(shè)運(yùn)用的電網(wǎng)輔助類監(jiān)控系統(tǒng)，能夠集中控制變電站作業(yè)情況，并實(shí)時(shí)監(jiān)控錄像下級(jí)變電站，能夠全天不間斷地監(jiān)控站內(nèi)的作業(yè)情況、設(shè)備運(yùn)行等，還增設(shè)了門禁管理、防火警報(bào)等系統(tǒng)功能[1-7]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求分析

文中提出并設(shè)計(jì)了基于C/S 模式的變電站作業(yè)安全立體監(jiān)控系統(tǒng)，主要是為了能夠全方位、全過(guò)程的監(jiān)控每一位入場(chǎng)實(shí)施變電站作業(yè)的工作人員和工作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，能夠在對(duì)工作操作不造成影響的前提下，明確具體的工作職責(zé)和活動(dòng)范圍，這樣能夠達(dá)到預(yù)警及引導(dǎo)作用，更大程度確保了變電站作業(yè)的安全規(guī)范性。通過(guò)前期調(diào)研變電站作業(yè)的用戶需求，總結(jié)該監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能需求如下[8-12]：

1）能夠結(jié)合變電站工作現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及實(shí)景完成三維模擬圖像繪制，并輸入相應(yīng)的模擬操作與任務(wù)指令，便會(huì)自動(dòng)形成立體三維安全區(qū)域。

2）檢修者需要明確檢修任務(wù)的不同，形成差異化電子圍欄，監(jiān)控系統(tǒng)需要全方位全過(guò)程地監(jiān)控每一個(gè)工作人員的具體工作，并且明確相應(yīng)的工作職責(zé)和工作范圍。

3）小型化終端設(shè)計(jì)了系統(tǒng)定位，并安裝在特制作業(yè)設(shè)備中，保證了使用的方便性。

4）系統(tǒng)能夠搜集每一個(gè)工作人員所在的實(shí)際位置以及工作運(yùn)行軌跡。

5）能夠預(yù)留出充足的對(duì)應(yīng)目前五防系統(tǒng)的接口。

6）預(yù)留遠(yuǎn)端WEB 開(kāi)發(fā)瀏覽接口，后期能夠遠(yuǎn)程指導(dǎo)相關(guān)職能部門指揮工作現(xiàn)場(chǎng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總架構(gòu)

在設(shè)計(jì)基于C/S 模式的變電站作業(yè)安全立體監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，運(yùn)用了定位技術(shù)、智能視頻分析，來(lái)采集和分析變電站作業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠向違章、監(jiān)護(hù)工作人員實(shí)時(shí)發(fā)送具體作業(yè)信息。由于考慮到變電站工作環(huán)境的復(fù)雜化，加上系統(tǒng)選用的工作射頻，也需要盡可能地確保重疊手持機(jī)、短波電臺(tái)多個(gè)通信設(shè)備的工作運(yùn)行頻率。由于在有限的通信頻段內(nèi)，電線尺寸、微波頻率二者之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，所以高頻段通信就至關(guān)重要。為了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生干擾頻點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，以及實(shí)地進(jìn)行電磁兼容測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在2.4 GHz頻段時(shí)，所接收的通信信號(hào)處于-60～-70 dBm之間，所以設(shè)定了-75 dBm以上的順暢通信信號(hào)強(qiáng)度。

該監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)框圖見(jiàn)圖1，主要由一臺(tái)前置機(jī)設(shè)備、一臺(tái)總服務(wù)器共同組成，具體采用的前置機(jī)設(shè)備數(shù)量，是以系統(tǒng)容量為拓展依據(jù)，運(yùn)用RS232 通信串行口來(lái)完成前置機(jī)、變電站之間的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信。能夠自動(dòng)化采集變電站遙測(cè)、遙信以及遙調(diào)相關(guān)信號(hào)。并運(yùn)用MODEM 向調(diào)度終端遠(yuǎn)程控制站上傳相關(guān)調(diào)度，運(yùn)用TCP/IP 協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)將實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)局域網(wǎng)向監(jiān)控服務(wù)器的有效傳送。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)總體框架示意圖

如圖1 所示，該視頻監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)立兩座110 kV降壓變電站作為集控站；10 座6 kV 變電站、0.4 kV 變電站作為變電站監(jiān)控的主要前端設(shè)備。

3 系統(tǒng)詳細(xì)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 監(jiān)控前端

變電站作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備主要包括了變焦攝像機(jī)、解碼器、云臺(tái)、UPS 電源、數(shù)據(jù)光端機(jī)等技術(shù)設(shè)備。在實(shí)際變電站作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)攝像機(jī)負(fù)責(zé)各類視頻信號(hào)的全面采集，且該攝像機(jī)在變電站實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)具備防塵、防水、彩色、黑白交換及幀累計(jì)的功能。在全天室外云臺(tái)，調(diào)節(jié)全方位攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)可以對(duì)變電站的工作現(xiàn)場(chǎng)畫面進(jìn)行隨意切換監(jiān)控。解碼器主要能夠解碼經(jīng)主站端所傳輸?shù)目刂泼?，用?lái)對(duì)操作云臺(tái)、攝像頭、內(nèi)部芯片各功能進(jìn)行協(xié)議控制，并設(shè)置地址碼與通信波特率等各項(xiàng)功能。視頻數(shù)據(jù)光端機(jī)以具體協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)中端發(fā)送具體的視頻信號(hào)，能夠采集發(fā)送視頻信號(hào)（見(jiàn)圖2）。

圖2 監(jiān)控前端程序調(diào)用

3.2 集控站

集控站主要作為監(jiān)控服務(wù)器全面負(fù)責(zé)所有監(jiān)控?fù)?jù)點(diǎn)，該服務(wù)器軟件功能如下：

1）能夠監(jiān)視全部視頻圖像，從而切換并顯示具體圖像。

2）能夠以監(jiān)控系統(tǒng)終端用戶的具體操作需求為依據(jù)，選擇相應(yīng)的視頻網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)圖像壓縮解碼，向局域網(wǎng)服務(wù)器成功傳輸網(wǎng)絡(luò)。并且客戶端用戶還能夠經(jīng)客戶端軟件實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的接收、解碼與回放。

3）能夠控制變電站工作現(xiàn)場(chǎng)攝像頭的遠(yuǎn)近調(diào)焦等功能，實(shí)現(xiàn)云臺(tái)能不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

4）能夠具備警報(bào)信號(hào)，集控站具備系統(tǒng)監(jiān)控中心通訊接口，運(yùn)用2 Mbit/s 專用通信通道。

3.3 通信設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要采用了多串口卡，RS232 并未調(diào)用API 函數(shù)而采用了DLL，因此處于VC 編程環(huán)境下，可以采用API232.lib 及API232.h 兩類文件，復(fù)制動(dòng)態(tài)化鏈接庫(kù)API232dll至前端通訊目錄中。

通訊代碼示例如下：

3.4 數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)庫(kù)軟件

在采集處理數(shù)據(jù)中，經(jīng)過(guò)建立組幀、數(shù)據(jù)接收線程，經(jīng)RTU 報(bào)文組織方式向組織發(fā)送組幀。在設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，由于考慮到較大的變電站數(shù)據(jù)流量，所以運(yùn)用了SQLServer 數(shù)據(jù)庫(kù)，以SQL 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議經(jīng)ODBC 操作數(shù)據(jù)庫(kù)?？紤]到系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)操作的安全性，操作人員想要成功進(jìn)入該系統(tǒng)軟件，首先需要進(jìn)行身份權(quán)限驗(yàn)證，采用用戶名及密碼校驗(yàn)方式，設(shè)置了整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括以下內(nèi)容：管理員、遙測(cè)、遙信、事項(xiàng)、電度、計(jì)算機(jī)、廠站、端口、項(xiàng)目、線路、計(jì)算量等相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)表。在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用設(shè)計(jì)VC 編碼解疑系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了以下幾類數(shù)據(jù)庫(kù)表，分別 為Cdatabase、Crecordset、類Cdatabase、Crecordset等數(shù)據(jù)庫(kù)操作代碼，數(shù)據(jù)庫(kù)采集流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)采集流程

3.5 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

文中設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括網(wǎng)絡(luò)、主控、數(shù)據(jù)庫(kù)、顯示及打印5 大子系統(tǒng)功能軟件。通過(guò)前置接收端能夠成功接收SOE、數(shù)據(jù)等信息，實(shí)時(shí)向系統(tǒng)主控模塊傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，并向前置機(jī)傳輸監(jiān)控遙控命令。數(shù)據(jù)庫(kù)可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)時(shí)間間隔，實(shí)時(shí)存入SQL 相關(guān)數(shù)據(jù)，并顯示給用戶圖形界面，也可以根據(jù)用戶的實(shí)際操作需求，匯總數(shù)據(jù)以日、月、年不同監(jiān)控信息報(bào)表實(shí)現(xiàn)定時(shí)、召喚不同打印功能，如圖4所示。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)連接示意圖

4 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

通過(guò)將文中的基于C/S模式的變電站工作現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)例中，在變電站作業(yè)開(kāi)始后[13-16]，用戶可以通過(guò)客戶端運(yùn)用二維、三維視角來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控所有的工作操作場(chǎng)景，并根據(jù)自己的監(jiān)控需求，針對(duì)性地進(jìn)行平移、縮放和旋轉(zhuǎn)等監(jiān)控調(diào)整（見(jiàn)圖5～7）。

圖5 實(shí)時(shí)監(jiān)控全景示意圖

圖6 實(shí)時(shí)監(jiān)控近景示意圖

圖7 實(shí)時(shí)監(jiān)控側(cè)面示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文中提出了基于C/S 模式的變電站工作監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，通過(guò)分析該系統(tǒng)的硬軟件實(shí)現(xiàn)詳情發(fā)現(xiàn)實(shí)際投入運(yùn)用中能夠獲得可靠穩(wěn)定的操作運(yùn)行性能，并且為實(shí)際變電站的運(yùn)行創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。該系統(tǒng)在運(yùn)行中還能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)打印、歷史數(shù)據(jù)打印、定時(shí)打印、遙控和遙調(diào)及實(shí)時(shí)監(jiān)控警報(bào)等各項(xiàng)功能。確保全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)入變電站作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的每一個(gè)工作人員的具體工作情況，經(jīng)用戶-角色-權(quán)限設(shè)計(jì)系統(tǒng)管理，能夠有效預(yù)防非法侵入系統(tǒng)，更有效地保障了系統(tǒng)安全性。