圖像監(jiān)控系統(tǒng)無人值班變電所應用

1、圖像監(jiān)控系統(tǒng)無人值班變電所應用    摘要：針對目前變電所實行無人值班化的運行管理模式，詳細介紹了遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的設計原則、系統(tǒng)結構、設備選擇等應用開發(fā)中的問題。運行實踐表明遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)是無人值班變電所的遠方監(jiān)控的有力工具。它增加了新的遙視功能，在變電所的安全運行及防盜、防火等方面起到了非常重要的作用。 關鍵詞：無人值班 圖像監(jiān)控 設計 運行   無人值班變電所一般都實現(xiàn)了對遠方變電所的“三遙”功能即：遙測、遙信、遙控功能。然而，要實現(xiàn)變電所綜合全面的自動化管理，如對遠方變電所現(xiàn)場環(huán)境的實時監(jiān)視，防盜、防火的及時發(fā)現(xiàn)和報警等功能 ，這是目

2、前常規(guī)自動化系統(tǒng)還不能實現(xiàn)的。為此進行了無人值班變電所遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的研究開發(fā)工作。圖像監(jiān)控作為一種新型的科技手段，在20世紀90年代后期開始應用于電力系統(tǒng)中，該技術的應用為電力安全生產(chǎn)提供了較為有效的輔助作用，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度。該系統(tǒng)的開發(fā)成功及投入運行為無人值班綜合自動化變電所又增加了一個重要的功能遙視功能。1 設計原則及系統(tǒng)結構1.1 設計原則目前，監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)有的產(chǎn)品大多為集中式的樓宇或工業(yè)生產(chǎn)的圖像監(jiān)控設備，其監(jiān)控地理區(qū)域小，監(jiān)視點相對集中，視頻信號的傳輸距離在300m以下，因而可采用視頻電纜進行模擬方式的傳輸，而且對視頻信號本身不需加任何處理。

3、而變電所則正好相反，不僅分布較散，而且距離較遠，一般在幾公里至幾十公里以外 ，已遠遠超過了視頻電纜的傳輸能力，采用模擬方式傳輸視頻信號顯然是不現(xiàn)實的，因而必須首先將視頻信號數(shù)字化，然后再通過數(shù)字或模擬通訊網(wǎng)進行傳輸在系統(tǒng)設計時，著重加強系統(tǒng)的安全性、可靠性，也考慮到經(jīng)濟合理性，主要按如下原則進行設計：（1）實用性。即設計時重點考慮系統(tǒng)的實用性，注重系統(tǒng)的綜合能力和總體性能。（2）穩(wěn)定性、可靠性。在設備選材時，選用技術先進、成熟、運行穩(wěn)定可靠并在電力行業(yè)中應用業(yè)績良好的設備作為系統(tǒng)的組件。（3）開放性?？紤]到系統(tǒng)投資的長期效益，設計與選型時注重系統(tǒng)的開放性，即圖像監(jiān)控系統(tǒng)中各產(chǎn)品必須符合國際標準

4、、工業(yè)標準及有關國家標準和行業(yè)規(guī)定等，滿足系統(tǒng)的可擴展性和可移植性。（4）先進性。系統(tǒng)采用先進的圖像壓縮技術和網(wǎng)絡傳輸技術，既能反映當今技術的先進水平，又具有一定的生命周期，保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。（5）標準化。系統(tǒng)完全按照標準進行設計，包括設備造型標準化、信息格式標準化、系統(tǒng)開發(fā)標準化等 。1.2 系統(tǒng)結構圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要是運用多媒體數(shù)字壓縮和多路復用技術，通過攝像機掃描現(xiàn)場圖像，利用光電信號轉換和多媒體技術，使圖像視頻信號壓縮轉換為數(shù)字信號，通過點對點和多點對一點的網(wǎng)絡拓撲方式，以我局現(xiàn)有的光纖信道為傳輸介質(zhì)，將遠方圖像信號以多路復用的方式傳送到各操作站及局監(jiān)控終端（見圖1 ）。 

5、;   我局考慮到變電管理的實際情況，將圖像監(jiān)控系統(tǒng)分成以下三個主要部分：（1）遠程變電所子系統(tǒng)這是圖像監(jiān)控的終端系統(tǒng)，基本組成見圖2，安裝在變電所終端的設備主要由攝像機、雙向音視頻采集終端、報警探頭、音頻設備、輸出控制設備以及必要的網(wǎng)絡設備等組成，主要完成對圖像信息的采集、壓縮編碼及發(fā)送（2）操作站子系統(tǒng)該系統(tǒng)主要安裝在操作站端，由雙向音視頻監(jiān)控終端、音頻設備、可視對講設備、報警提示錄像設備及相應的輔助設備等組成，完成對圖像信息的解壓接收，實現(xiàn)對所轄無人值班變電所的日常巡視、監(jiān)控。如圖3所示（3）主監(jiān)控子系統(tǒng)該系統(tǒng)由系統(tǒng)主站端、監(jiān)控中心、局領導辦公室以及相關處室

6、等組成，主要實現(xiàn)對所有變電所的總體監(jiān)控。其中的配置分別為：1）主站端：圖像系統(tǒng)服務器、雙向音視頻監(jiān)控主機、可視電話對講設備、路由設備及一些必要的網(wǎng)絡組件等。2）監(jiān)控中心：雙向音視頻監(jiān)控主機、可視電話對講設備、報警錄像設備以及報警語音提示設備等。3）局領導辦公室以及相關科室：在領導及相關科室計算機上，安裝相應的圖像軟件、圖像解壓卡以及可視電話對講設備等。     2 設備選型圖像監(jiān)控系統(tǒng)作為實時傳送圖像及報警信息的系統(tǒng)，與其他實時系統(tǒng)一樣，在設備選型上都必須堅持質(zhì)量先進、穩(wěn)定可靠及運行壽命長的設備作為系統(tǒng)的重要部分。在實際應用中，充分考慮了電力系統(tǒng)變電所惡

7、劣的運行環(huán)境，對系統(tǒng)進行了多次的改進完善，在設備選用上也經(jīng)過了慎重的考慮。主要設備性能配置如下 ：（1）攝像機。作為圖像采集的前端部分，我局選用了國外先進的彩色攝像機，其優(yōu)點是：自動調(diào)焦、鏡頭倍數(shù)高（光學22倍×電子8倍）、帶多個鏡頭預置點（255點）、分辨率高（線數(shù)480）、圖像畫面灰度大于8級、逆光補償性能好且抗干擾強。同時攝像機外罩具有全天候能力，不受氣候影響（2）報警設備。采用高質(zhì)量、低誤報率，且支持485通信的報警探測器。報警控制主機的報警響應及時準確且具有聯(lián)動報警裝置輸出接口，如警笛、聲光等。（3）終端主機。采用圖像編碼器代替原有的工控主機，有效地預防了當?shù)乇O(jiān)控主機Win

8、dows操作系統(tǒng)運行不穩(wěn)定的現(xiàn)象。（4）其它。視頻、控制及電源電纜具有防火抗燃、抗拉伸性能；整個系統(tǒng)具有防雷、抗感應保護。系統(tǒng)采用交直流主備電源供電方式，保證了系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性。 3 功能實現(xiàn)圖像監(jiān)控在無人值班變電所的應用，主要實現(xiàn)了以下功能：（1）遠程監(jiān)視。在變電所端，攝像機采集的圖像信號，通過圖像采集終端進行壓縮編碼成為數(shù)字信號，再經(jīng)過光纖網(wǎng)絡傳送至局MIS網(wǎng)，使圖像信號在網(wǎng)絡上實現(xiàn)共享，各監(jiān)控站通過網(wǎng)絡對圖像信號進行軟解壓或硬解壓；即可實時調(diào)用遠方變電所端的圖像信息。（2）安全監(jiān)測。當變電所發(fā)生異常情況（如：非法闖入、火災等）時，安裝在變電所的紅外防盜探頭或煙感探頭便會向報警控制器發(fā)出報

9、警信號并匯報報警發(fā)生的地址，此時報警控制器通過圖像終端主機立即切換事故發(fā)生點的圖像畫面，同時開始就地錄像并自動向監(jiān)控端報警。（3）信息交互。將圖像系統(tǒng)音視頻信號網(wǎng)絡共享化后，通過各變電所的攝像機、音視頻輸入輸出設備等多媒體工具，可以對當?shù)氐囊曨l信號和聲音信號進行交互采集，監(jiān)控主機只要加裝多媒體視頻卡，通過對信號的解壓，便可調(diào)用圖像和聲音。（4）系統(tǒng)自檢。通過圖像控制主機定時對攝像機、報警器等主要設備發(fā)送監(jiān)測信號，以檢查設備的運行情況，判別設備的正常與否。同時網(wǎng)絡服務器定時發(fā)送廣播信號，通過回應信號的接收情況判斷整個網(wǎng)絡各個站節(jié)點的工作情況，如發(fā)現(xiàn)故障立即啟動報警程序，并在畫面上提示故障信息。（

10、5）多畫面顯示。通過對變電所的圖像采集終端加裝畫面分割器等設備，可以實現(xiàn)多路圖像信息同時上傳而互不干擾，同時在監(jiān)控站端采用軟解壓的方式，對圖像信號進行解壓分頻，實現(xiàn)了多個不同畫面同時實時顯示的功能。（6）使用權限劃分。利用軟件技術實現(xiàn)權限劃分，同時提供各處站點監(jiān)控主機的使用權限和控制權限的設置功能，以及各操作人員的連接權限、控制權限和管理等級等設置功能。監(jiān)控系統(tǒng)對使用者的權限進行優(yōu)先級管理。4 安裝使用經(jīng)驗安裝在變電所的圖像監(jiān)控設備主要有：彩色攝像機、煙感報警器、紅外防盜報警器、戶外照明燈及當?shù)乇O(jiān)控主機等。該工程安裝工作量大、難度系數(shù)高、危險性強，安裝地點主要在變電所的主控室、開關室、電容器室

11、、電纜層以及戶外設備區(qū)、大門口等重要監(jiān)控點上。因此，系統(tǒng)的日常安裝調(diào)試工作也相對比較困難 ，如設備安裝時必須考慮帶電安全距離，防止由于高壓帶電設備對圖像設備放電而帶來的安全隱患等。還應做好切實的防雷接地及抗干擾等工作。以我局為例，安裝在變電所的圖像設備其控制、視頻等線路都進行了過壓保護措施，如采用光電隔離器等。到目前為止，已實際安裝該系統(tǒng)的站點達32座變電所、4個220 kV操作站及10個監(jiān)控用戶終端。與其他實時系統(tǒng)一樣，圖像監(jiān)控系統(tǒng)在日常運行過程中，同樣也存在著或多或少的缺陷與不足點，如戶外攝像機外罩防塵措施不足，圖像顯示效果受網(wǎng)絡通道、編碼技術等多方面因素的約束等。這些都需要在系統(tǒng)的實踐應

12、用中探索思路，改進完善。5 系統(tǒng)運行分析圖像監(jiān)控系統(tǒng)采用先進的視頻信號數(shù)字化壓縮編碼技術，不僅可將遠方變電所的圖像和火災、防盜報警信號傳送至監(jiān)控站和操作站，還實現(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。同時利用我局現(xiàn)有的100 m高速光纖通信網(wǎng)實現(xiàn)了圖像信息的高速傳送，圖像實時性好、畫面質(zhì)量高。圖像監(jiān)控系統(tǒng)的投入使用，為真正實現(xiàn)變電所無人值班起到了非常重要的作用。5.1 預防事故的發(fā)生及擴大通過監(jiān)控中心、操作站能清晰監(jiān)視變電所重要電氣設備的運行情況及戶內(nèi)、戶外各場地的環(huán)境，包括變電所入口、道路、設備等；及時發(fā)現(xiàn)運行設備的異常情況，以便采取及時有效的措施，防止事故進一步擴大 ，使經(jīng)濟

13、損失減少到最低程度。例如，當某變出現(xiàn)控制回路斷線信號時（該信號是一個多個間隔的合并信號），可以作為輔助判斷工具，通過攝像機查看哪一只開關紅綠燈不亮，從而判斷出是否真的出現(xiàn)故障以及出現(xiàn)故障的具體開關位置等。同時該系統(tǒng)還在軟硬件上提供了可供多個監(jiān)控用戶同時監(jiān)視以及多個實時畫面同時顯示的功能，這樣既方便了多個網(wǎng)絡監(jiān)控用戶同時或分時監(jiān)視不同變電所的需要，又不影響通道對圖像信息的傳輸。5.2 加速事故處理減少停電損失無人值班的變電所，防盜、防火工作是極其重要的，其它系統(tǒng)很難做到這一點，而圖像監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)卻做到了警視聯(lián)動的功能，我們可以對已安裝在變電所的各個報警探頭（包括紅外、煙感等）按要求進行定時或手動

14、布撤防，這樣一旦變電所內(nèi)發(fā)生防盜報警或消防報警時，該系統(tǒng)不但能及時向操作站及監(jiān)控中心提供報警信息，還同時傳送報警圖像，報告值班人員有關事故的概況，值班員可立即根據(jù)情況做出處理決策。這樣便大大縮短停電時間，減少停電損失。5.3 為事故分析提供可靠的依據(jù)當變電所發(fā)生防盜防火報警時，該系統(tǒng)能迅速自動地將圖像切換到發(fā)生報警的探測器相應的位置。并自動啟動錄像系統(tǒng)進行事故追蹤錄像自動存盤，系統(tǒng)的事故追憶功能和事故順序記錄功能，將事故情況精確記錄下來，可以通過對報警錄像的提取回放，進行事故原因的調(diào)查分析，為事故的處理提供了現(xiàn)場第一手資料 ，給事故分析帶來了極大的方便和可靠的依據(jù)。6 結語遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)項目的實施，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