無人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)深度解析

摘要：文中提出了將變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)與周界報(bào)警系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)通過全面布防、相互聯(lián)動(dòng)進(jìn)行整合；用寬帶代替2 M光纖大幅度提高傳輸信道的帶寬，解決窄帶寬引發(fā)的瓶頸問題；數(shù)字信號(hào)和視頻信號(hào)在傳輸中的抗干擾措施。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過這些改造，功能將更趨完善，運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人值守。
關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；傳輸信道；抗干擾；無人值守

經(jīng)過多年的建設(shè)，目前，電力系統(tǒng)無人值守變電站普遍存在的問題是：用戶在變電站已實(shí)施了部分視頻監(jiān)控、環(huán)監(jiān)測(cè)和綜合報(bào)警系統(tǒng)，但大多分步、分批實(shí)施，系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行，甚至每套系統(tǒng)都需要獨(dú)立的管理人員，很難做到多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、集中管理，無形中降低了系統(tǒng)的高效性，增加了系統(tǒng)的管理成本。
另外，大多數(shù)信號(hào)傳輸子系統(tǒng)采用2 M光纖，那么在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，每個(gè)變電站每次只能查看一路圖像，無法同時(shí)監(jiān)測(cè)變電站所有的畫面。而流媒體服務(wù)器可連接1～1 000臺(tái)視頻網(wǎng)絡(luò)編碼器。并支持1～200個(gè)并發(fā)用戶，強(qiáng)大的視音頻流轉(zhuǎn)發(fā)功能因?yàn)樾诺赖钠款i而無法發(fā)揮作用，一邊又是用戶的實(shí)際需求，所以信道的整改，也是我們迫在眉睫的事情。
視頻圖像直接利用同軸電纜的0～6 MHz來傳輸，非常容易受到干擾，使圖像出現(xiàn)網(wǎng)紋、橫紋和噪點(diǎn)，造成視頻圖像質(zhì)量下降、系統(tǒng)控制失靈、運(yùn)行不穩(wěn)定等現(xiàn)象。因此了解干擾對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的影響方式，針對(duì)不同情況采取相應(yīng)的措施來解決干擾問題，對(duì)提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程質(zhì)量，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常有益。

1 無人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)
無人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式的系統(tǒng)架構(gòu)，C／S體系結(jié)構(gòu)．基于TCE／IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，H．264壓縮標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)編碼器提供視頻服務(wù)。圖像視頻信號(hào)由視頻網(wǎng)絡(luò)編碼器采集壓縮成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)E1接口傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)。主站系統(tǒng)采用流媒體服務(wù)模塊將視頻流通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)到請(qǐng)求連接的工作站上，視頻監(jiān)控模塊將視頻流解壓縮后在工作站上進(jìn)行播放。按功能劃分為前端信號(hào)采集處理子系統(tǒng)、信號(hào)傳輸子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)。

2 整合多系統(tǒng)的無人值守方案
根據(jù)我局近年來無人值守變電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，無人值守變電站應(yīng)該是以視頻監(jiān)控為主，以動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)、綜合報(bào)警處理和門禁控制信息為鋪。
2．1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)
1)從全局出發(fā)，設(shè)置足夠的監(jiān)控點(diǎn)，但力求精簡(jiǎn)。監(jiān)控系統(tǒng)最重要的作用就是能夠準(zhǔn)確、真實(shí)地反映出現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)重要設(shè)備區(qū)，重要通道，出入口，周圍邊界，要設(shè)置足夠的監(jiān)控點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。但監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置也非多多益善，當(dāng)少量監(jiān)控點(diǎn)已經(jīng)能夠反映出現(xiàn)場(chǎng)情況時(shí)，再設(shè)置過多的監(jiān)控點(diǎn)非但沒有必要，反而會(huì)增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，降低可靠性。
2)設(shè)置好布防區(qū)域和一體化智能球機(jī)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)與報(bào)警系統(tǒng)實(shí)行聯(lián)動(dòng)時(shí)，需要設(shè)置布防區(qū)域，即移動(dòng)目標(biāo)偵測(cè)點(diǎn)。布防區(qū)域過大，攝像機(jī)要全面監(jiān)控顯得有難度；布防區(qū)域過小需要安裝過多的攝像機(jī)，增加成本和施工難度。室外監(jiān)控我們一般選取一體化智能球機(jī)，它具有體積小、外形美觀、功能強(qiáng)大、安裝方便、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)容易等特點(diǎn)。所謂球機(jī)的預(yù)置功能是指智能快球能將當(dāng)前狀態(tài)下云臺(tái)的水平角度、傾斜角度和攝像機(jī)鏡頭焦距等相關(guān)參數(shù)儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器中，需要時(shí)可以迅速調(diào)用這些參數(shù)并將云臺(tái)和攝像頭調(diào)整至該位置。球機(jī)的首方位是在一段時(shí)間內(nèi)無人移動(dòng)攝像機(jī)時(shí)自動(dòng)回歸的位置。防止攝像機(jī)因?yàn)楸O(jiān)控人員的來回移動(dòng)而偏離監(jiān)控區(qū)域，使硬盤錄像沒有意義。系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置球機(jī)的首方位或預(yù)置點(diǎn)為相應(yīng)的布防區(qū)域，這樣發(fā)生報(bào)警時(shí)，攝像機(jī)快速回歸，啟動(dòng)報(bào)警錄像，準(zhǔn)確而全面地記錄下全過程，便于我們?nèi)蘸蠓治觥?br /> 2．2 周界報(bào)警系統(tǒng)
變電站內(nèi)的周界報(bào)警系統(tǒng)一般采用以下設(shè)備：紅外對(duì)射、高分貝警笛、電子圍欄等，并與圖像監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行智能聯(lián)動(dòng)。
紅外對(duì)射應(yīng)用比較普遍，當(dāng)有人翻越圍墻，擋住紅外線時(shí)，告警接點(diǎn)即閉合報(bào)警。例如一段100 m的圍墻，需要設(shè)置3對(duì)紅外對(duì)射，每隔30多米為一個(gè)布防區(qū)域。在圍墻柵欄上端安裝時(shí)，最下一道光束與圍墻、柵欄頂端間距應(yīng)不大于250mm，安裝在外側(cè)時(shí)，與圍墻、柵欄外側(cè)間距應(yīng)不大于175 mm，避免盲區(qū)。間距過大，人為可以入侵，間距過小，野物行走時(shí)會(huì)發(fā)生頻繁誤報(bào)。
變電站配置1～2個(gè)高分貝警笛，作用是當(dāng)防盜裝置告警時(shí)，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)高分貝警笛，使得盜賊知道防盜系統(tǒng)已啟動(dòng)，嚇阻其繼續(xù)進(jìn)行盜竊活動(dòng)。
紅外對(duì)射易受環(huán)境和天氣變化影響產(chǎn)生誤動(dòng)報(bào)警，長(zhǎng)期使用后，其發(fā)出的紅外線會(huì)逐漸衰減，也容易引起誤動(dòng)報(bào)警。我局變電站周界報(bào)警采用電子圍欄，通過產(chǎn)生低頻高壓脈沖，震懾和防止犯罪分子人站行竊，因電子圍欄產(chǎn)生高壓，人們?cè)诜絿鷫r(shí)可能被電擊后跌落，因此必須得到公安部門的許可并通過其驗(yàn)收，同時(shí)在其周圍設(shè)置醒目的警告標(biāo)志，它的設(shè)置已收到了良好的效果。
2．3 消防報(bào)警系統(tǒng)
在改造的變電站中，一般都已經(jīng)裝備消防系統(tǒng)，為了有效地利用原消防資源，同時(shí)發(fā)揮視頻監(jiān)控系統(tǒng)的長(zhǎng)處，一般盡量在重點(diǎn)消防部位裝設(shè)攝像頭，通過安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)與消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)串口通信來實(shí)時(shí)獲得消防系統(tǒng)的告警情況，通過與圖像監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，及時(shí)監(jiān)視和記錄消防告警的情況。
2．4 門禁系統(tǒng)
目前無人值班變電站的操作和運(yùn)行管理一般都由操作隊(duì)或者監(jiān)控中心負(fù)責(zé)。運(yùn)行人員每次去操作或者巡視都要從監(jiān)控中心或操作隊(duì)去取鑰匙，即使遇到緊急情況也需如此。采用安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)以后，借助先進(jìn)的門禁管理系統(tǒng)，只需一張IC卡便可以解決所有的問題，并可通過權(quán)限和時(shí)限的配置，設(shè)置運(yùn)行人員及管理人員開門的權(quán)限，事后還可以方便地檢索人員到站的情況。與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，出入口大門應(yīng)能自動(dòng)打開。
單的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、周界報(bào)警系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)的作用是有限的，只有進(jìn)行整合，使各系統(tǒng)相互補(bǔ)充、相互配合、實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，才能最大程度地發(fā)揮系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，真正成為安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3 傳輸線路的改造
目前，很多變電站都自己鋪設(shè)或租用電信的2 M光纖來傳輸視音頻信號(hào)，利用網(wǎng)橋的E1口橋接廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)，這樣受帶寬約束，工作站每次只能發(fā)起一路圖像的連接請(qǐng)求，用戶需要頻繁地切換，或分割窗口來進(jìn)行全局監(jiān)控，效果不甚理想。而流媒體服務(wù)模塊可以轉(zhuǎn)發(fā)大量的連接，卻受限于窄帶寬而無法滿足用戶的實(shí)際要求。
隨著國(guó)家對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的大力投資，已經(jīng)有變電站實(shí)現(xiàn)了寬帶連接。這種情況下，我們的傳輸系統(tǒng)在物理上可以去掉網(wǎng)絡(luò)橋接器，從視頻網(wǎng)絡(luò)編碼器出來的數(shù)字信號(hào)直接通過以太網(wǎng)傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)。信道帶寬的大幅度提高，緩解了之前的瓶頸狀態(tài)，用戶可以同時(shí)查看所有變電站所有攝像機(jī)的圖像，真正實(shí)現(xiàn)了全局監(jiān)控。

4 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾方法
一般來說干擾主要通過視頻同軸電纜和傳輸控制信號(hào)的雙絞線耦合進(jìn)系統(tǒng)。主要干擾源有：高頻噪聲干擾，比如大電感負(fù)載啟停；各點(diǎn)接地電位不等引入的工頻干擾，特別在變電站工頻干擾較嚴(yán)重；平衡傳輸線路失衡使抑噪能力下降將工頻干擾轉(zhuǎn)成了差模干擾；傳輸線上阻抗不匹配造成信號(hào)的反射使信號(hào)傳輸質(zhì)量下降；靜電放電沿傳輸線進(jìn)入設(shè)備造成接口芯片損傷或損壞。
4．1 數(shù)字信號(hào)傳輸中的抗干擾措施
變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)傳輸通常通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，比如RS232、RS845、RS422。在這里重點(diǎn)討論RS485數(shù)字通信抗干擾方法。
RS485總線是采用差分平衡電氣接口，具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，但在實(shí)際工程中RS485總線并未達(dá)到人們期望的效果。問題往往出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳缓侠恚窗凑湛偩€型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季€，而成為了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
2)傳輸線與接收和發(fā)送端設(shè)備連接不正確，削弱了平衡線的抗干擾能力；
3)公用雙絞線未進(jìn)一步采取抗干擾措施，比如采用屏蔽雙絞線；
4)雙絞線線經(jīng)太細(xì)，傳輸距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)致阻抗太大，造成壓降。
4．2 視頻信號(hào)的抗干擾
視頻信號(hào)的干擾在圖像上表現(xiàn)為雪花點(diǎn)和50 Hz橫紋滾動(dòng)。
對(duì)于雪花點(diǎn)干擾是由于傳輸線上信號(hào)衰減以及耦合了高頻干擾所致，這種干擾比較容易消除，在攝像機(jī)與控制矩陣之間合理位置增加一個(gè)視頻放大器，將視頻信號(hào)的信噪比提高，或者改變視頻電纜的路徑避開高頻干擾源，高頻干擾的問題可基本上得到解決。
較難解決的是50 Hz橫紋滾動(dòng)及進(jìn)一步加入的高頻干擾的情況。對(duì)于50 Hz的橫紋滾動(dòng)根據(jù)電磁學(xué)理論知道視頻電纜的屏蔽層可完全消除50 Hz工頻干擾，只需要購(gòu)買屏蔽效果好的視頻電纜。對(duì)于圖像的高頻干擾，因它的頻帶仍在8 MHz內(nèi)，采用空隙率為50％左右的屏蔽網(wǎng)可基本消防高頻干擾，但要達(dá)到50％的空隙率，屏蔽網(wǎng)根數(shù)需每個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度有60根以上，這樣高的密度又會(huì)使電纜的柔韌性下降，比較好的方法是采用帶有雙層屏蔽的視頻電纜。這樣會(huì)增加系統(tǒng)成本，我們?cè)跓o人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)中采用視頻雙絞線傳輸方式，很好地解決了這一難題。

5 結(jié)束語
經(jīng)過信道整改、抗干擾處理及多系統(tǒng)融合的無人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)，解決了無人值守變電站自動(dòng)化“四遙”以外新的需求——遙視需求，使變電站自動(dòng)化水平又上了一個(gè)新的臺(tái)階。經(jīng)過幾年來的系統(tǒng)運(yùn)行，遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、信息準(zhǔn)確，圖像監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)方巡視、遠(yuǎn)方核查、安防報(bào)警和多媒體交互等功能，提高了變電站的防事故、防誤操作、防盜、防火能力，使值班人員和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)能及時(shí)準(zhǔn)確地了解無人值守變電站的現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)操作情況進(jìn)行全過程的監(jiān)視和核對(duì)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行全方位的防盜防火預(yù)警，為工作人員提供了一種很好的輔助工具，從而大大降低了無人值班變電所的日常巡視、檢修等費(fèi)用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。