圖像監(jiān)控系統(tǒng)無人值班變電所應(yīng)用

1、圖像監(jiān)控系統(tǒng)無人值班變電所應(yīng)用    摘要：針對目前變電所實行無人值班化的運(yùn)行管理模式，詳細(xì)介紹了遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備選擇等應(yīng)用開發(fā)中的問題。運(yùn)行實踐表明遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)是無人值班變電所的遠(yuǎn)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(yùn)行及防盜、防火等方面起到了非常重要的作用。 關(guān)鍵詞：無人值班 圖像監(jiān)控 設(shè)計 運(yùn)行   無人值班變電所一般都實現(xiàn)了對遠(yuǎn)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(yuǎn)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(jìn)行了無人值班變電所遠(yuǎn)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(jì)90年代后期開始應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，該技術(shù)的應(yīng)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(jìn)度。該系統(tǒng)的開發(fā)成功及投入運(yùn)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(shè)計原則及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1 設(shè)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(shè)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(jìn)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(yuǎn)，一般在幾公里至幾十公里以外 ，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)行傳輸在系統(tǒng)設(shè)計時，著重加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性、可靠性，也考慮到經(jīng)濟(jì)合理性，主要按如下原則進(jìn)行設(shè)計：（1）實用性。即設(shè)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(shè)備選材時，選用技術(shù)先進(jìn)、成熟、運(yùn)行穩(wěn)定可靠并在電力行業(yè)中應(yīng)用業(yè)績良好的設(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)

4、、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)定等，滿足系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可移植性。（4）先進(jìn)性。系統(tǒng)采用先進(jìn)的圖像壓縮技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，既能反映當(dāng)今技術(shù)的先進(jìn)水平，又具有一定的生命周期，保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。（5）標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)完全按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，包括設(shè)備造型標(biāo)準(zhǔn)化、信息格式標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化等 。1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要是運(yùn)用多媒體數(shù)字壓縮和多路復(fù)用技術(shù)，通過攝像機(jī)掃描現(xiàn)場圖像，利用光電信號轉(zhuǎn)換和多媒體技術(shù)，使圖像視頻信號壓縮轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過點對點和多點對一點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞绞剑晕揖脂F(xiàn)有的光纖信道為傳輸介質(zhì)，將遠(yuǎn)方圖像信號以多路復(fù)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(yuǎn)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(shè)備主要由攝像機(jī)、雙向音視頻采集終端、報警探頭、音頻設(shè)備、輸出控制設(shè)備以及必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(shè)備、可視對講設(shè)備、報警提示錄像設(shè)備及相應(yīng)的輔助設(shè)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(lǐng)導(dǎo)辦公室以及相關(guān)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(wù)器、雙向音視頻監(jiān)控主機(jī)、可視電話對講設(shè)備、路由設(shè)備及一些必要的網(wǎng)絡(luò)組件等。2）監(jiān)控中心：雙向音視頻監(jiān)控主機(jī)、可視電話對講設(shè)備、報警錄像設(shè)備以及報警語音提示設(shè)備等。3）局領(lǐng)導(dǎo)辦公室以及相關(guān)科室：在領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)科室計算機(jī)上，安裝相應(yīng)的圖像軟件、圖像解壓卡以及可視電話對講設(shè)備等。     2 設(shè)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(shè)備選型上都必須堅持質(zhì)量先進(jìn)、穩(wěn)定可靠及運(yùn)行壽命長的設(shè)備作為系統(tǒng)的重要部分。在實際應(yīng)用中，充分考慮了電力系統(tǒng)變電所惡

7、劣的運(yùn)行環(huán)境，對系統(tǒng)進(jìn)行了多次的改進(jìn)完善，在設(shè)備選用上也經(jīng)過了慎重的考慮。主要設(shè)備性能配置如下 ：（1）攝像機(jī)。作為圖像采集的前端部分，我局選用了國外先進(jìn)的彩色攝像機(jī)，其優(yōu)點是：自動調(diào)焦、鏡頭倍數(shù)高（光學(xué)22倍×電子8倍）、帶多個鏡頭預(yù)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(bǔ)償性能好且抗干擾強(qiáng)。同時攝像機(jī)外罩具有全天候能力，不受氣候影響（2）報警設(shè)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(jī)的報警響應(yīng)及時準(zhǔn)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(jī)。采用圖像編碼器代替原有的工控主機(jī)，有效地預(yù)防了當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機(jī)Win

8、dows操作系統(tǒng)運(yùn)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(yīng)保護(hù)。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(yīng)用，主要實現(xiàn)了以下功能：（1）遠(yuǎn)程監(jiān)視。在變電所端，攝像機(jī)采集的圖像信號，通過圖像采集終端進(jìn)行壓縮編碼成為數(shù)字信號，再經(jīng)過光纖網(wǎng)絡(luò)傳送至局MIS網(wǎng)，使圖像信號在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)共享，各監(jiān)控站通過網(wǎng)絡(luò)對圖像信號進(jìn)行軟解壓或硬解壓；即可實時調(diào)用遠(yuǎn)方變電所端的圖像信息。（2）安全監(jiān)測。當(dāng)變電所發(fā)生異常情況（如：非法闖入、火災(zāi)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(jī)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(luò)共享化后，通過各變電所的攝像機(jī)、音視頻輸入輸出設(shè)備等多媒體工具，可以對當(dāng)?shù)氐囊曨l信號和聲音信號進(jìn)行交互采集，監(jiān)控主機(jī)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(jī)定時對攝像機(jī)、報警器等主要設(shè)備發(fā)送監(jiān)測信號，以檢查設(shè)備的運(yùn)行情況，判別設(shè)備的正常與否。同時網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器定時發(fā)送廣播信號，通過回應(yīng)信號的接收情況判斷整個網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(jìn)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(quán)限劃分。利用軟件技術(shù)實現(xiàn)權(quán)限劃分，同時提供各處站點監(jiān)控主機(jī)的使用權(quán)限和控制權(quán)限的設(shè)置功能，以及各操作人員的連接權(quán)限、控制權(quán)限和管理等級等設(shè)置功能。監(jiān)控系統(tǒng)對使用者的權(quán)限進(jìn)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(shè)備主要有：彩色攝像機(jī)、煙感報警器、紅外防盜報警器、戶外照明燈及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機(jī)等。該工程安裝工作量大、難度系數(shù)高、危險性強(qiáng)，安裝地點主要在變電所的主控室、開關(guān)室、電容器室

11、、電纜層以及戶外設(shè)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(shè)備安裝時必須考慮帶電安全距離，防止由于高壓帶電設(shè)備對圖像設(shè)備放電而帶來的安全隱患等。還應(yīng)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(shè)備其控制、視頻等線路都進(jìn)行了過壓保護(hù)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(dá)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(yùn)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(jī)外罩防塵措施不足，圖像顯示效果受網(wǎng)絡(luò)通道、編碼技術(shù)等多方面因素的約束等。這些都需要在系統(tǒng)的實踐應(yīng)

12、用中探索思路，改進(jìn)完善。5 系統(tǒng)運(yùn)行分析圖像監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的視頻信號數(shù)字化壓縮編碼技術(shù)，不僅可將遠(yuǎn)方變電所的圖像和火災(zāi)、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(yù)防事故的發(fā)生及擴(kuò)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(shè)備的運(yùn)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(shè)備等；及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備的異常情況，以便采取及時有效的措施，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大 ，使經(jīng)濟(jì)

13、損失減少到最低程度。例如，當(dāng)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(jī)查看哪一只開關(guān)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(guān)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(luò)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(jìn)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(guān)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(dāng)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(yīng)的位置。并自動啟動錄像系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)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(jié)語遠(yuǎn)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