淺析：變電站綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)概述

一、變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)概述

隨著電力部門(mén)工作模式的全面改造，各變電站/所均實(shí)現(xiàn)無(wú)人或少人值守，以提高生產(chǎn)效益，降低運(yùn)營(yíng)成本。在電力調(diào)度通訊中心建立監(jiān)控中心，能夠?qū)Ω髯冸娬尽⑺恼緢?chǎng)圖像、關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)測(cè)圖像、有關(guān)數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)控和監(jiān)視，以便能夠?qū)崟r(shí)、直接地了解和掌握各個(gè)變電站/所的情況，并及時(shí)對(duì)發(fā)生的情況做出反應(yīng)，適應(yīng)現(xiàn)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(shè)立了運(yùn)行管理值班室及調(diào)度部門(mén)，雖有對(duì)各專(zhuān)業(yè)的運(yùn)行歸口協(xié)調(diào)職能，但不能及時(shí)掌握運(yùn)行狀況和指揮處理運(yùn)行障礙。現(xiàn)在對(duì)運(yùn)行監(jiān)視通常由各專(zhuān)業(yè)運(yùn)行部門(mén)采用打電話來(lái)了解和判斷處理故障。各種運(yùn)行管理聯(lián)系松散，依靠原始的人工方式已不能滿足電力系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)。電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)將變電站的視頻數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)由變電站前端的設(shè)備采集編碼，并將編碼后的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心接收編碼后的視頻數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)控、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)控制及管理。電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施為實(shí)現(xiàn)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(tǒng)需求分析

1.總體需求

變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

通過(guò)圖像監(jiān)控、安防(防盜)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保護(hù)無(wú)人值守或少人值守變電站人員和設(shè)備的安全

通過(guò)圖像監(jiān)控結(jié)合遠(yuǎn)程和本地人員操作經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，避免誤操作

通過(guò)圖像監(jiān)控、燈光聯(lián)動(dòng)、環(huán)境監(jiān)控監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，起到預(yù)警和保護(hù)的作用

配合其他系統(tǒng)(如變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等)的工作

2.用戶(hù)主要需求規(guī)范

監(jiān)控對(duì)象和場(chǎng)景

變電站廠區(qū)內(nèi)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)視

高壓區(qū)域的安全監(jiān)視，人或物體進(jìn)入高壓區(qū)域立即產(chǎn)生報(bào)警

主變壓器外觀及中性點(diǎn)接地刀狀態(tài)

對(duì)變電站內(nèi)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(duì)變電站內(nèi)各主要設(shè)備間的監(jiān)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(duì)少人值守變電站辦公區(qū)域的監(jiān)視

三、系統(tǒng)功能

監(jiān)視和錄像功能

利用安裝在監(jiān)視目標(biāo)區(qū)域的高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，并利用網(wǎng)絡(luò)將被監(jiān)視目標(biāo)的高清動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心可將控制信號(hào)發(fā)送到設(shè)在變電站的監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種控制。

監(jiān)控中心、變電站運(yùn)行維護(hù)人員通過(guò)監(jiān)控主機(jī)對(duì)變電站監(jiān)控范圍的目標(biāo)區(qū)域中設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)在監(jiān)控主機(jī)上完成對(duì)畫(huà)面切換的控制和錄像控制。畫(huà)面切換可設(shè)置為手動(dòng)切換或自動(dòng)輪詢(xún)切換，當(dāng)設(shè)置為自動(dòng)輪詢(xún)切換時(shí)，可設(shè)置輪詢(xún)切換時(shí)間，以適應(yīng)不同的需求。錄像控制應(yīng)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(jié)合了先進(jìn)的智能視頻分析技術(shù)，當(dāng)特殊事件發(fā)生時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)錄像，相對(duì)于傳統(tǒng)的7*24小時(shí)不間斷錄像，提高了錄像質(zhì)量和效率，節(jié)省了存儲(chǔ)空間。

錄像功能還包括對(duì)錄像的檢索和回放。檢索應(yīng)采用先進(jìn)高效的算法，在盡量短的時(shí)間內(nèi)快速準(zhǔn)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(jù)指定的時(shí)間類(lèi)型對(duì)錄像進(jìn)行檢索，找出符合要求的檢索點(diǎn)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

報(bào)警功能

報(bào)警功能能夠兼容消防報(bào)警、防盜報(bào)警和智能分析檢測(cè)報(bào)警。

對(duì)于消防報(bào)警和防盜報(bào)警，系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N報(bào)警器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行采集，編碼和傳輸，到達(dá)監(jiān)控中心后在恢復(fù)成原始的報(bào)警信號(hào)，能夠聯(lián)動(dòng)相關(guān)設(shè)備，如燈光、警笛等，產(chǎn)生聲光電報(bào)警。

智能分析檢測(cè)報(bào)警能夠借助智能視頻分析技術(shù)，對(duì)特定事件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警，如無(wú)關(guān)人員闖入高壓區(qū)域，接地刀閘分離等。

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

分級(jí)管理和權(quán)限控制

為保證監(jiān)控信息的安全，以及對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的綜合指揮調(diào)度，需要實(shí)現(xiàn)分級(jí)管理和權(quán)限控制，按照現(xiàn)行的電網(wǎng)管理機(jī)制，至少需要支持省級(jí)監(jiān)控，市級(jí)監(jiān)控和站級(jí)監(jiān)控三級(jí)管理體系，其中，站級(jí)監(jiān)控點(diǎn)能夠看到站廠內(nèi)所有的視頻監(jiān)控信號(hào)和報(bào)警信號(hào);市級(jí)監(jiān)控點(diǎn)能夠看到市內(nèi)各變電站的狀態(tài);省級(jí)監(jiān)控中心可以看到省內(nèi)各變電站的狀態(tài)。每級(jí)均有不同的控制權(quán)限，同一級(jí)別不同用戶(hù)也可根據(jù)操作需求擁有不同的控制權(quán)限。

四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成與系統(tǒng)組網(wǎng)方式

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)可按行政區(qū)域劃分，采用星形拓?fù)淙?jí)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖所示：

變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

如上圖所示，在無(wú)人值守的變電站一級(jí)建立視頻和環(huán)境監(jiān)控體系，將多個(gè)變電站的視頻和數(shù)據(jù)信息通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)上傳到分控中心。多個(gè)分控中心本著負(fù)荷分擔(dān)的原則，對(duì)所屬各變電站信息進(jìn)行分析處理，進(jìn)行相應(yīng)的顯示、錄像和控制，同時(shí)可以通過(guò)電力系統(tǒng)提供的通訊網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心根據(jù)需要選擇觀察前端變電站的信息，并為省一級(jí)的控制中心預(yù)留通訊接口，可以隨時(shí)將信息上報(bào)，供統(tǒng)計(jì)分析之用。

變電站系統(tǒng)組網(wǎng)圖

2.系統(tǒng)組網(wǎng)方式

2.1變電站系統(tǒng)組網(wǎng)圖

變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.2前端變電站組成描述

前端變電站所采用的設(shè)備，根據(jù)情況的不同，分為三類(lèi)：

新開(kāi)通的監(jiān)控點(diǎn)

對(duì)于新開(kāi)通的監(jiān)控點(diǎn)，可以直接采用高清IP攝像機(jī)。光橋可提供1280*720p高清IP攝像機(jī)，其畫(huà)質(zhì)比傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)好很多，它借助H.264強(qiáng)大的壓縮性能，可以在2Mbps帶寬下提供25幀連續(xù)的高清圖像。其整體效能遠(yuǎn)勝過(guò)傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)。IP攝像機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是安裝布線方便，只需要提供電源和網(wǎng)線即可工作，如果采用帶有PoE功能的機(jī)型，只需連接一根網(wǎng)線即可，改變了傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)需要接入視頻，音頻和數(shù)據(jù)控制等線纜的復(fù)雜程度，降低了設(shè)備運(yùn)行的故障率。

已安裝模擬攝像機(jī)的監(jiān)控點(diǎn)

在實(shí)際的監(jiān)控項(xiàng)目中，有一些監(jiān)控點(diǎn)在過(guò)去已經(jīng)裝上了模擬攝像機(jī)，本著節(jié)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(jī)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(jiān)控系統(tǒng)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)?nèi)的帶寬下傳輸25幀的實(shí)時(shí)圖像。視頻服務(wù)器同時(shí)提供音頻和數(shù)據(jù)接口，可以將煙感，門(mén)磁等信號(hào)和視頻信號(hào)一起傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，而無(wú)需額外的設(shè)備和布線。

關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)

在變電站監(jiān)控項(xiàng)目中，由于考慮到安全生產(chǎn)，有一些關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)需要進(jìn)行7*24小時(shí)不間斷監(jiān)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(duì)于這種情況，如果僅僅靠工作人員不停地盯著監(jiān)控屏幕觀察，長(zhǎng)時(shí)間的觀察帶來(lái)的疲勞很可能導(dǎo)致對(duì)于突發(fā)事件出現(xiàn)漏判或錯(cuò)判的情況，既不可靠，也不經(jīng)濟(jì)。對(duì)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(jì)算機(jī)人工智能和視頻分析技術(shù)，自動(dòng)地對(duì)圖像進(jìn)行分析，對(duì)于滿足觸發(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(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。

監(jiān)控中心組成描述

2.3監(jiān)控中心組成描述

監(jiān)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(shè)備和3G網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

中心管理服務(wù)器包括中心管理服務(wù)、注冊(cè)服務(wù)、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)等，其作用簡(jiǎn)單概括是管理協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)作，并在前端設(shè)備與客戶(hù)端之間建立聯(lián)系，為客戶(hù)提供對(duì)各路視頻的監(jiān)視和管理接口，并根據(jù)各級(jí)管理平臺(tái)的權(quán)限和管理策略完成視頻流的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。所有這些功能都是通過(guò)在中心管理服務(wù)器上運(yùn)行DVP數(shù)字視頻管理平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為保證DVP數(shù)字視頻管理平臺(tái)各項(xiàng)功能正常運(yùn)行，中心管理服務(wù)器應(yīng)選擇至少4核心酷睿2處理器，4G內(nèi)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(chǔ)視頻流數(shù)據(jù)，它采用千兆的以太網(wǎng)接口與中心管理服務(wù)器連接，以滿足多路視頻同時(shí)存儲(chǔ)的需要。根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)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(jí)聯(lián)接口進(jìn)行多臺(tái)磁盤(pán)陣列的級(jí)聯(lián)，這樣可以成倍地增加存儲(chǔ)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，以滿足突發(fā)的大容量存儲(chǔ)需求。為保證數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全和存儲(chǔ)效率，磁盤(pán)陣列支持多種RAID模式，RAID0，RAID1，RAID0+1，RAID5等模式可以滿足不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。

大屏幕用于顯示高清的監(jiān)控圖像。系統(tǒng)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(shù)字接口，以保證圖像的高質(zhì)量。

網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備包括光纖收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。光纖收發(fā)器可以將以太網(wǎng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)以便長(zhǎng)距離傳輸，突破雙絞線100米得傳輸限制。在變電站監(jiān)控中，無(wú)論是站廠監(jiān)控，還是設(shè)備間和環(huán)境動(dòng)力參數(shù)監(jiān)控，或是辦公區(qū)域的監(jiān)控，監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)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(hào)轉(zhuǎn)成光信號(hào)在光纖上傳輸就成為最可靠最經(jīng)濟(jì)的解決方案，光纖收發(fā)器以穩(wěn)定的性能和低廉的價(jià)格為以太網(wǎng)信號(hào)的傳輸提供了最好的解決方案。

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)用在監(jiān)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(hào)進(jìn)行匯聚，并轉(zhuǎn)發(fā)給中心管理服務(wù)器。根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可選用24口或48口，下聯(lián)口采用10/100Mbps自適應(yīng)即可，上聯(lián)口需采用1000Mbps接口，以保證交換機(jī)和中心管理服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞场?/p>

3G網(wǎng)關(guān)主要是用于將告警信號(hào)通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街付ǖ氖謾C(jī)終端上，作為聲光電告警的補(bǔ)充方式，及時(shí)通知到相關(guān)人員，以便對(duì)告警時(shí)間作出迅速反應(yīng)。