变电站遥视系统的模块化设计与应用

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近年来，随着计算机和数字通信技术的不断发展，微机保护、微机测控装置在变电站的广泛运用，变电站已经实现了遥测、遥信、遥控、遥调，即“四遥”功能。在此基础上增加的变电站远程视频监控系统，将变电站视频数据和监控数据由变电站前端的设备、视频服务器采集编码，并将编码后的数据通过网络传输到监控中心，监控中心接收编码后进行监控、存储、管理。因而变电站远程视频监控系统被行业称为“第五遥”-遥视，它是对“四遥”的进一步补充和完善，它为实现真正意义上的变电站无人/少人值守、推动电力网的管理迈向更高程度的自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的技术保障。　　

1 视频监控系统结构　　

变电站视频监控系统是综合计算机IP视频技术、视频数据压缩及解压缩处理技术、互联网应用技术相结合的系统，它是以计算机为核心、结合IP视频技术、计算机网络技术的一种监控系统，它采用图像识别技术，能够对各变电站的电路短/断、环境参量、现场状况　　

进行监控和报警，能够实时、直接地了解和掌握各个变电站的情况，及时对发生的事件做出反应，并且操作简单方便，适合电力部门维护使用。系统组成按功能一般分三个部分：前端信号采集系统、通讯传输系统和远程监控系统[1]。　　

1.1 前端信号采集系统　　

前端信号采集系统主要包括: 半球、快球及一体化摄像机、环境检测模块（选配）、各种报警探测器（选配）、门禁系统、E1及以太网协议转换器等。摄像机用于采集现场的各种视频信号，利用同轴电缆将采集到的各种视频信号传输至音视频处理单元。变焦摄像机利用云台控制器控制摄像机作全方位运动，使监控主机随意选择画面。部分监控场所需要安装数据采集模块，采集温、湿度等数据[2]。音视频处理单元将音视频信号转换为基于以太网标准的数据包，使摄像机所摄的画面可以通过RJ - 45以太网接口直接传送到转换器或网桥上。转换器或网桥是一种高性能以太网桥，实现　100M　以太网端口与E1端之间的转换，用较低的成本实现2个以太网互联。前端系统主要完成变电站现场音视频模拟信号的采集、数字化、压缩编码。　　

1.2 通信传输系统　　

视频监控前端信号采集系统与后端监控系统通过通信传输系统建立联系，它一方面将前端摄像机，监听头，报警探测器或数据传感器捕获的音视频信号和各种探测数据传往监控端，另一方面，将监控端的各种控制指令传到前端设备多功能解码器。因此传输系统是双向的，目前借用已有的通信传输线路或借助计算机网络技术来传输视频监控信号，在这种情况下，往往要用到专用的信号格式转换、传输或接入设备。在变电站遥视系统中，由于传输距离远，通信设备可以是以太网、ISDN, DDN等形式，传输媒介可以是光纤，微波，E1专线，电话线等形式。　　

1.3 后端监控系统　　

后端监控部分主要完成流媒体数据的解码、存储以及控制、报警、管理等功能，系统应用软件功能主要体现在后端系统中。后端系统一般由监控中心和分布在MIS网上的管理工作站组成。图1为典型的后端系统结构图。　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

图1 后端监控系统结构图　　

2 铁岭供电公司视频监控系统设计　　

由于电力系统建设阶段性特点，视频监控系统的设计必须具备良好的可扩展性。铁岭供电公司视频监控系统的设计充分考虑了这一点，虽然本期监控只有其中3个220kV一次变电站，但是系统设计充分考虑远期变电站无人值守改造的要求，采用标准化、网络化、分布式的系统结构，系统结构具有很强的扩展性，同时具有高度的可靠性和安全性，符合ISO/OSI开放系统互联标准；软硬件配置灵活、操作方便、布局合理，具备开放的二次接口，可以为第三方提供接口，为其它系统提供标准图像接口，以利于其它系调用及二次开发，达到信息资源共享，具有完备的系统功能升级能力。　　

铁岭供电公司变电站无人值守改造工程视频系统一期为铁岭变、牛岗变、调兵山变三个220kV一次变电站，三个站图像接入铁岭集控站，一期实现实时图像监控功能。与变电站内防火、防盗系统接口和自动监控，与变电所照明系统实现联动，以及动力环境监测等功能将在远期实现。　　

2.1变电站配置　　

根据各变电站监看设备要求以及厂区大小等实际情况，做如下配置:　　

1. 每站配置10台32X16倍的S-C6433P一体化智能球型快球摄像机，其中220kV设备厂区装设5台，66kV设备厂区装设3台，1　 　　　和2　 　　　主变各装设一台。　　

2. 在主控室、10kV配电室、电缆室等处安装S-B5381半球摄像机。　　

3. 在变电站大门配置固定摄像枪S-B2015P和自动光圈镜头TG4Z2813FCS，另外如果设备厂区的一体化智能快球摄像机安装高度较高，水平360°无视角遮挡时可以辅助监看大门，并起到良好效果。　　

4. 视频处理单元（RVU）采用大华DH-DVR1604嵌入式硬盘录像机，其具有嵌入式LINUX操作系统，VGA及BNC输出口，可直接通过显示器实时监视最大16路站端视频图像，可安装8块SATA硬盘，以保证录像时间，可循环录像，重要点位可设置冗余盘双重录像功能，能够通过现场网络连接控制器（解码器），根据本地或监控中心操作发出来的命控制视频切换、画面分割，控制镜头聚焦、近景/远景、光圈调节，控制云台上下、左右和自动巡视动作，提供RJ45 　10M　/　100M　自适应以太网口、云台控制接口，支持RS485/232等多种协议。　　

5. 各站站内操作队配备IBM M57P　9194A　46 Think Centre M57p 视频工作站一台，Cisco C　2950G　-24 交换机一台。RVU与交换机通过以太网连接，本站图像通过交换机转发，各站可以监看本站实时图像，各项功能都可以在不依赖图像管理服务器的情况下在站端实现。视频工作站数目可以视操作队要求灵活增减。　　

6. 各站以太网向E1网络的延伸采用三威SV-E110B网桥，以捆绑式的8*　2M　线路为传输通道。　　

2.2集控中心配置　　

1. 视频服务器 配置两台IBM S　1027C　视频服务器，具有双端口10/100/1000 Mbps以太网络接口，4个热插拔 SCSI 磁盘托架，内部存储器容量高达 1.2TB，完全可以满足图像集中管理、存放的要求，双机实现热备份。

2. WEB服务器 一台IBMSC　1029C　，双端口10/100/1000 Mbps以太网络接口，内部存储器容量高达 　250G　。对MIS用户提供WEB服务，满足管理岗位人员对变电站图像的管理要求。MIS用户可以用IE浏览或管理图像，也可以用监控软件客户端程序，对MIS用户可以设定权限，使其可以监看/管理部分或全部变电站图像。

3. 视频工作站 IBM M57P　9194A　46 Think Centre工作站两台，可以满足集控中心远程对各站图像的监看、存储和管理以及对设备的控制操作等要求。

4. 网络通信设备 Cisco C3560-48PS-S交换机两台，三威E110B-17网桥池一台，Skykeeper正向型（鸿瑞）隔离设备一台。整个视频系统通过网络隔离设备与公司MIS连接，保证视频系统的信息安全性。综上所述，集控中心结构如下图所示：

　 　

　　　　

图 2铁岭视频系统集控中心结构图　　

3整体设计方案分析　　

3.1 实现的功能　　

铁岭供电公司视频系统一期主要实现了以下功能：①监视变电站区域内场景情况；②监视变电站内隔离开关的分、合状态；③监视变电站内变压器、断路器等一次重要运行设备的外观状态；④辅助监视变电站内CT、PT、避雷器和瓷绝缘子等高压设备的外观状态；⑤辅助监视变电站内其他充油设备、易燃设备的外观状态；⑥监视变电站内主要室内（主控室、高压室、电缆层、电容器室、所用变室、独立通信室等）、变电站的大门等场景情况。　　

3.2 系统结构　　

系统应采用集控中心-操作队-变电站端的分层、分布式的结构，符合ISO/OSI开放系统互联标准。集控中心设立图像管理服务器，集中管理各变电站上传的视频信息，进行处理和分流等。图像管理服务器对所有设在变电站的远程视频处理单元（RVU）进行统一管理，它是集控中心、WEB浏览、操作队与RVU之间的纽带，集控中心、WEB浏览、操作队与RVU之间的通信都须经图像管理服务器转发。无人值班的220kV变电站以集控中心和操作队远程监控为主，变电站端不设监控终端。　　

3.3 结构扩展性　　

系统具有很强的扩展性强，支持的变电站数量大于200个、同一变电站支持的监控点数量大于512个。在系统加入新的变电站时，只须建立站端监控子系统并建立和集控中心的连接即可，集控中心只需对软件做相应配置；系统的硬件接口应采用国际标准或工业标准，支持与其它标准硬件、其它网络及不同生产商的设备互联。系统具备开放的二次接口，可以为第三方提供连接接口[3,4]。系统各项功能和运行状态不受扩建影响。系统具备多级组网能力以便组建更大的监控网络。　　

　 　

　　　　

图3 系统扩展示意图　　

3.4 功能升级　　

本期主要实现图像监视功能，远期将逐步实现远程控制空调、门禁，远程变电站现场照明、排风扇等设备也将接入视频系统进行控制，集控中心SCADA系统与图像监控系统实现报警联动功能，实现与变电站内防火、防盗系统接口和自动监控功能，与变电所照明系统实现联动，进行周界、室内、门禁的报警及安全布、撤防，实现站内消防系统报警联动，并对消防系统运行状态进行监视。系统具有远期功能预留接口，后期这些功能的实现只需增加相应的子设备，且软件兼容性强，可与综合控制系统、消防报警系统、电力调度系统、无线音视频传输系统、红外热成像系统等进行连接[5]。　　

4 总结　　

铁岭供电公司视频系统变电站视频监控系统解决了变电站现场的可视化及环境监控问题，是对“四遥”功能的有益补充。系统设计采用分层、分布式体系结构，留有充分的可扩展余地，在需要对系统进行扩充或升级时可以方便地完成，不需要对原系统大规模改造，是功能化、模块化设计思路的应用，更好地适应了电力建设阶段性的要求。　　

　 　

参考文献：　　

[1] 陈传波，金先级．数字图像处理[M]．机械工业出版社，2004．　　

[2] 变电站视频监控系统设计研究[J].继电器，2007，35(9):60-64.　　

[3] 张原，史浩山，范磊．分布式智能视频监控系统设计与实现[J].计算机研究，1999,　　

16(11):98-101

[4] 黎洪松．数字视频技术及其应用[M]．北京：清华大学出版社，1997．　　

[5] 张琦，杨盈昀，张远，等．数字电视中心技术[M]．北京：北京广播学院出版社，2001．