淺析：變電站綜合安防監控系統設計方案

變電站綜合監控系統概述

一、變電站綜合監控系統概述

隨著(zhù)電力部門(mén)工作模式的全面改造，各變電站/所均實(shí)現無(wú)人或少人值守，以提高生產(chǎn)效益，降低運營(yíng)成本。在電力調度通訊中心建立監控中心，能夠對各變電站、所的站場(chǎng)圖像、關(guān)鍵設備監測圖像、有關(guān)數據和環(huán)境參數等進(jìn)行監控和監視，以便能夠實(shí)時(shí)、直接地了解和掌握各個(gè)變電站/所的情況，并及時(shí)對發(fā)生的情況做出反應，適應現代社會(huì )的發(fā)展需要，這些都已經(jīng)提到了電力部門(mén)的發(fā)展議事日程。目前，各局都已設立了運行管理值班室及調度部門(mén)，雖有對各專(zhuān)業(yè)的運行歸口協(xié)調職能，但不能及時(shí)掌握運行狀況和指揮處理運行障礙?，F在對運行監視通常由各專(zhuān)業(yè)運行部門(mén)采用打電話(huà)來(lái)了解和判斷處理故障。各種運行管理聯(lián)系松散，依靠原始的人工方式已不能滿(mǎn)足電力系統安全生產(chǎn)的需要。要跟上發(fā)展步伐，必須在健全和完善電力網(wǎng)絡(luò )的同時(shí)建立電力綜合監控系統。電力綜合監控系統將變電站的視頻數據和監控數據由變電站前端的設備采集編碼，并將編碼后的數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸到監控中心。監控中心接收編碼后的視頻數據和監控數據，進(jìn)行監控、存儲、轉發(fā)控制及管理。電力綜合監控系統的實(shí)施為實(shí)現變電站/所的無(wú)人或少人值守，推動(dòng)電力網(wǎng)的管理逐步向自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化的方向發(fā)展提供了有力的技術(shù)保障。

二、電力系統需求分析

1.總體需求

變電站綜合監控系統的功能，主要體現在以下幾個(gè)方面：

通過(guò)圖像監控、安防(防盜)系統、消防系統、保護無(wú)人值守或少人值守變電站人員和設備的安全

通過(guò)圖像監控結合遠程和本地人員操作經(jīng)驗的優(yōu)勢，避免誤操作

通過(guò)圖像監控、燈光聯(lián)動(dòng)、環(huán)境監控監視現場(chǎng)設備的運行狀況，起到預警和保護的作用

配合其他系統(如變電站綜合自動(dòng)化系統等)的工作

2.用戶(hù)主要需求規范

監控對象和場(chǎng)景

變電站廠(chǎng)區內環(huán)境實(shí)時(shí)監視

高壓區域的安全監視，人或物體進(jìn)入高壓區域立即產(chǎn)生報警

主變壓器外觀(guān)及中性點(diǎn)接地刀狀態(tài)

對變電站內的全部戶(hù)外斷路器、隔離開(kāi)關(guān)和接地刀閘的合分狀態(tài)給出特寫(xiě)畫(huà)面

對變電站內各主要設備間的監視(包括大門(mén)、控制室、繼保室、通信室、高壓室、電容器室、電抗器室、低壓交流室等)

對少人值守變電站辦公區域的監視

三、系統功能

監視和錄像功能

利用安裝在監視目標區域的高清IP網(wǎng)絡(luò )攝像機對生產(chǎn)設備和環(huán)境進(jìn)行監控，并利用網(wǎng)絡(luò )將被監視目標的高清動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像傳輸到監控中心，監控中心可將控制信號發(fā)送到設在變電站的監控主機，實(shí)現各種控制。

監控中心、變電站運行維護人員通過(guò)監控主機對變電站監控范圍的目標區域中設備或現場(chǎng)進(jìn)行監視，同時(shí)在監控主機上完成對畫(huà)面切換的控制和錄像控制。畫(huà)面切換可設置為手動(dòng)切換或自動(dòng)輪詢(xún)切換，當設置為自動(dòng)輪詢(xún)切換時(shí)，可設置輪詢(xún)切換時(shí)間，以適應不同的需求。錄像控制應包含手動(dòng)錄像，定時(shí)錄像和事件觸發(fā)錄像。其中，事件觸發(fā)錄像結合了先進(jìn)的智能視頻分析技術(shù)，當特殊事件發(fā)生時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)錄像，相對于傳統的7*24小時(shí)不間斷錄像，提高了錄像質(zhì)量和效率，節省了存儲空間。

錄像功能還包括對錄像的檢索和回放。檢索應采用先進(jìn)高效的算法，在盡量短的時(shí)間內快速準確地定位到檢索點(diǎn)。另外，還可以通過(guò)事件檢索進(jìn)行定位，根據指定的時(shí)間類(lèi)型對錄像進(jìn)行檢索，找出符合要求的檢索點(diǎn)。

系統結構組成

報警功能

報警功能能夠兼容消防報警、防盜報警和智能分析檢測報警。

對于消防報警和防盜報警，系統能夠對各種報警器產(chǎn)生的信號進(jìn)行采集，編碼和傳輸，到達監控中心后在恢復成原始的報警信號，能夠聯(lián)動(dòng)相關(guān)設備，如燈光、警笛等，產(chǎn)生聲光電報警。

智能分析檢測報警能夠借助智能視頻分析技術(shù)，對特定事件進(jìn)行自動(dòng)檢測和報警，如無(wú)關(guān)人員闖入高壓區域，接地刀閘分離等。

所有的報警信號均能觸發(fā)錄像功能，啟動(dòng)錄像，記錄告警事件。

分級管理和權限控制

為保證監控信息的安全，以及對整個(gè)電網(wǎng)系統的綜合指揮調度，需要實(shí)現分級管理和權限控制，按照現行的電網(wǎng)管理機制，至少需要支持省級監控，市級監控和站級監控三級管理體系，其中，站級監控點(diǎn)能夠看到站廠(chǎng)內所有的視頻監控信號和報警信號;市級監控點(diǎn)能夠看到市內各變電站的狀態(tài);省級監控中心可以看到省內各變電站的狀態(tài)。每級均有不同的控制權限，同一級別不同用戶(hù)也可根據操作需求擁有不同的控制權限。

四、系統結構組成與系統組網(wǎng)方式

1.系統結構組成

變電站綜合監控系統可按行政區域劃分，采用星形拓撲三級組網(wǎng)結構，如圖所示：

變電站綜合監控系統設計方案

如上圖所示，在無(wú)人值守的變電站一級建立視頻和環(huán)境監控體系，將多個(gè)變電站的視頻和數據信息通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )上傳到分控中心。多個(gè)分控中心本著(zhù)負荷分擔的原則，對所屬各變電站信息進(jìn)行分析處理，進(jìn)行相應的顯示、錄像和控制，同時(shí)可以通過(guò)電力系統提供的通訊網(wǎng)絡(luò )把數據上傳到監控中心。監控中心根據需要選擇觀(guān)察前端變電站的信息，并為省一級的控制中心預留通訊接口，可以隨時(shí)將信息上報，供統計分析之用。

變電站系統組網(wǎng)圖

2.系統組網(wǎng)方式

2.1變電站系統組網(wǎng)圖

變電站綜合監控系統設計方案

2.2前端變電站組成描述

前端變電站所采用的設備，根據情況的不同，分為三類(lèi)：

新開(kāi)通的監控點(diǎn)

對于新開(kāi)通的監控點(diǎn)，可以直接采用高清IP攝像機。光橋可提供1280*720p高清IP攝像機，其畫(huà)質(zhì)比傳統的模擬攝像機好很多，它借助H.264強大的壓縮性能，可以在2Mbps帶寬下提供25幀連續的高清圖像。其整體效能遠勝過(guò)傳統的模擬攝像機。IP攝像機的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是安裝布線(xiàn)方便，只需要提供電源和網(wǎng)線(xiàn)即可工作，如果采用帶有PoE功能的機型，只需連接一根網(wǎng)線(xiàn)即可，改變了傳統模擬攝像機需要接入視頻，音頻和數據控制等線(xiàn)纜的復雜程度，降低了設備運行的故障率。

已安裝模擬攝像機的監控點(diǎn)

在實(shí)際的監控項目中，有一些監控點(diǎn)在過(guò)去已經(jīng)裝上了模擬攝像機，本著(zhù)節約投資，充分利用資源的原則，可以保留這些硬件資源，只需要在模擬攝像機的后面加上視頻服務(wù)器(DVS)即可將這些視頻采集點(diǎn)融入到整個(gè)監控系統中去。光橋提供的視頻服務(wù)器采用H.264壓縮方式，支持D1/HalfD1/CIF等分辨率，可以在1Mbps以?xún)鹊膸捪聜鬏?5幀的實(shí)時(shí)圖像。視頻服務(wù)器同時(shí)提供音頻和數據接口，可以將煙感，門(mén)磁等信號和視頻信號一起傳輸到監控中心，而無(wú)需額外的設備和布線(xiàn)。

關(guān)鍵監控點(diǎn)

在變電站監控項目中，由于考慮到安全生產(chǎn)，有一些關(guān)鍵監控點(diǎn)需要進(jìn)行7*24小時(shí)不間斷監控，一旦發(fā)生特殊情況要及時(shí)通知操作人員進(jìn)行處理。對于這種情況，如果僅僅靠工作人員不停地盯著(zhù)監控屏幕觀(guān)察，長(cháng)時(shí)間的觀(guān)察帶來(lái)的疲勞很可能導致對于突發(fā)事件出現漏判或錯判的情況，既不可靠，也不經(jīng)濟。對于這種需求，智能視頻分析技術(shù)是一個(gè)很好地解決方案。它利用計算機人工智能和視頻分析技術(shù)，自動(dòng)地對圖像進(jìn)行分析，對于滿(mǎn)足觸發(fā)條件的事件自動(dòng)記錄，并產(chǎn)生告警，這樣就大大解放了人力，同時(shí)還提高了檢測的準確性和可靠性。

監控中心組成描述

2.3監控中心組成描述

監控中心由五個(gè)部分組成：中心管理服務(wù)器，磁盤(pán)陣列，大屏幕，網(wǎng)絡(luò )傳輸設備和3G網(wǎng)關(guān)設備。

中心管理服務(wù)器包括中心管理服務(wù)、注冊服務(wù)、轉發(fā)服務(wù)等，其作用簡(jiǎn)單概括是管理協(xié)調系統的運作，并在前端設備與客戶(hù)端之間建立聯(lián)系，為客戶(hù)提供對各路視頻的監視和管理接口，并根據各級管理平臺的權限和管理策略完成視頻流的存儲和轉發(fā)。所有這些功能都是通過(guò)在中心管理服務(wù)器上運行DVP數字視頻管理平臺來(lái)實(shí)現。為保證DVP數字視頻管理平臺各項功能正常運行，中心管理服務(wù)器應選擇至少4核心酷睿2處理器，4G內存，2TB硬盤(pán)，帶有1GB顯存的3D高速顯卡，以及千兆網(wǎng)卡。

磁盤(pán)陣列主要用于存儲視頻流數據，它采用千兆的以太網(wǎng)接口與中心管理服務(wù)器連接，以滿(mǎn)足多路視頻同時(shí)存儲的需要。根據存儲數據容量的需求，磁盤(pán)陣列可分為8盤(pán)位，16盤(pán)位，24盤(pán)位和48盤(pán)位等多種配置，還可以通過(guò)外部的級聯(lián)接口進(jìn)行多臺磁盤(pán)陣列的級聯(lián)，這樣可以成倍地增加存儲空間。每個(gè)盤(pán)位可以支持最大2TB的硬盤(pán)，采用高速的SATA6Gbps或SAS接口，以滿(mǎn)足突發(fā)的大容量存儲需求。為保證數據的存儲安全和存儲效率，磁盤(pán)陣列支持多種RAID模式，RAID0，RAID1，RAID0+1，RAID5等模式可以滿(mǎn)足不同的數據存儲需求。

大屏幕用于顯示高清的監控圖像。系統采用40寸以上的LCD顯示屏，分辨率高于1600*1200，以無(wú)損顯示720p的高清視頻及200萬(wàn)的抓拍圖像。顯示屏帶有HDMI或DVI數字接口，以保證圖像的高質(zhì)量。

網(wǎng)絡(luò )傳輸設備包括光纖收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò )交換機。光纖收發(fā)器可以將以太網(wǎng)電信號轉換為光信號以便長(cháng)距離傳輸，突破雙絞線(xiàn)100米得傳輸限制。在變電站監控中，無(wú)論是站廠(chǎng)監控，還是設備間和環(huán)境動(dòng)力參數監控，或是辦公區域的監控，監控點(diǎn)和監控中心的距離都往往會(huì )超出100米的距離，此時(shí)借助光纖收發(fā)器將以太網(wǎng)電信號轉成光信號在光纖上傳輸就成為最可靠最經(jīng)濟的解決方案，光纖收發(fā)器以穩定的性能和低廉的價(jià)格為以太網(wǎng)信號的傳輸提供了最好的解決方案。

網(wǎng)絡(luò )交換機用在監控中心端，用于將通過(guò)光纖收發(fā)器傳過(guò)來(lái)的IP視頻信號進(jìn)行匯聚，并轉發(fā)給中心管理服務(wù)器。根據監控點(diǎn)的數目，網(wǎng)絡(luò )交換機可選用24口或48口，下聯(lián)口采用10/100Mbps自適應即可，上聯(lián)口需采用1000Mbps接口，以保證交換機和中心管理服務(wù)器之間數據傳輸的通暢。

3G網(wǎng)關(guān)主要是用于將告警信號通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )傳輸到指定的手機終端上，作為聲光電告警的補充方式，及時(shí)通知到相關(guān)人員，以便對告警時(shí)間作出迅速反應。