淺析：變電站綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

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

隨著電力部門工作模式的全面改造，各變電站/所均實現(xiàn)無人或少人值守，以提高生產效益，降低運營成本。在電力調度通訊中心建立監(jiān)控中心，能夠對各變電站、所的站場圖像、關鍵設備監(jiān)測圖像、有關數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)等進行監(jiān)控和監(jiān)視，以便能夠實時、直接地了解和掌握各個變電站/所的情況，并及時對發(fā)生的情況做出反應，適應現(xiàn)代社會的發(fā)展需要，這些都已經(jīng)提到了電力部門的發(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，雖有對各專業(yè)的運行歸口協(xié)調職能，但不能及時掌握運行狀況和指揮處理運行障礙。現(xiàn)在對運行監(jiān)視通常由各專業(yè)運行部門采用打電話來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足電力系統(tǒng)安全生產的需要。要跟上發(fā)展步伐，必須在健全和完善電力網(wǎng)絡的同時建立電力綜合監(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)控數(shù)據(jù)由變電站前端的設備采集編碼，并將編碼后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?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)控數(shù)據(jù)，進行監(jiān)控、存儲、轉發(fā)控制及管理。電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實施為實現(xiàn)變電站/所的無人或少人值守，推動電力網(wǎng)的管理逐步向自動化、綜合化、集中化、智能化的方向發(fā)展提供了有力的技術保障。

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)在以下幾個方面：

通過圖像監(jiān)控、安防(防盜)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保護無人值守或少人值守變電站人員和設備的安全

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

通過圖像監(jiān)控、燈光聯(lián)動、環(huán)境監(jiān)控監(jiān)視現(xiàn)場設備的運行狀況，起到預警和保護的作用

配合其他系統(tǒng)(如變電站綜合自動化系統(tǒng)等)的工作

2.用戶主要需求規(guī)范

監(jiān)控對象和場景

變電站廠區(qū)內環(huán)境實時監(jiān)視

高壓區(qū)域的安全監(jiān)視，人或物體進入高壓區(qū)域立即產生報警

主變壓器外觀及中性點接地刀狀態(tài)

對變電站內的全部戶外斷路器、隔離開關和接地刀閘的合分狀態(tài)給出特寫畫面

對變電站內各主要設備間的監(jiān)視(包括大門、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(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)視目標區(qū)域的高清IP網(wǎng)絡攝像機對生產設備和環(huán)境進行監(jiān)控，并利用網(wǎng)絡將被監(jiān)視目標的高清動態(tài)實時圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心可將控制信號發(fā)送到設在變電站的監(jiān)控主機，實現(xiàn)各種控制。

監(jiān)控中心、變電站運行維護人員通過監(jiān)控主機對變電站監(jiān)控范圍的目標區(qū)域中設備或現(xiàn)場進行監(jiān)視，同時在監(jiān)控主機上完成對畫面切換的控制和錄像控制。畫面切換可設置為手動切換或自動輪詢切換，當設置為自動輪詢切換時，可設置輪詢切換時間，以適應不同的需求。錄像控制應包含手動錄像，定時錄像和事件觸發(fā)錄像。其中，事件觸發(fā)錄像結合了先進的智能視頻分析技術，當特殊事件發(fā)生時自動啟動錄像，相對于傳統(tǒng)的7*24小時不間斷錄像，提高了錄像質量和效率，節(jié)省了存儲空間。

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

系統(tǒng)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(tǒng)能夠對各種報警器產生的信號進行采集，編碼和傳輸，到達監(jiān)控中心后在恢復成原始的報警信號，能夠聯(lián)動相關設備，如燈光、警笛等，產生聲光電報警。

智能分析檢測報警能夠借助智能視頻分析技術，對特定事件進行自動檢測和報警，如無關人員闖入高壓區(qū)域，接地刀閘分離等。

所有的報警信號均能觸發(fā)錄像功能，啟動錄像，記錄告警事件。

分級管理和權限控制

為保證監(jiān)控信息的安全，以及對整個電網(wǎng)系統(tǒng)的綜合指揮調度，需要實現(xiàn)分級管理和權限控制，按照現(xiàn)行的電網(wǎng)管理機制，至少需要支持省級監(jiān)控，市級監(jiān)控和站級監(jiān)控三級管理體系，其中，站級監(jiān)控點能夠看到站廠內所有的視頻監(jiān)控信號和報警信號;市級監(jiān)控點能夠看到市內各變電站的狀態(tài);省級監(jiān)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，同一級別不同用戶也可根據(jù)操作需求擁有不同的控制權限。

四、系統(tǒng)結構組成與系統(tǒng)組網(wǎng)方式

1.系統(tǒng)結構組成

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

變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

如上圖所示，在無人值守的變電站一級建立視頻和環(huán)境監(jiān)控體系，將多個變電站的視頻和數(shù)據(jù)信息通過通訊網(wǎng)絡上傳到分控中心。多個分控中心本著負荷分擔的原則，對所屬各變電站信息進行分析處理，進行相應的顯示、錄像和控制，同時可以通過電力系統(tǒng)提供的通訊網(wǎng)絡把數(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，并為省一級的控制中心預留通訊接口，可以隨時將信息上報，供統(tǒng)計分析之用。

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(jù)情況的不同，分為三類：

新開通的監(jiān)控點

對于新開通的監(jiān)控點，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，其畫質比傳統(tǒng)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(xù)的高清圖像。其整體效能遠勝過傳統(tǒng)的模擬攝像機。IP攝像機的另一個優(yōu)點是安裝布線方便，只需要提供電源和網(wǎng)線即可工作，如果采用帶有PoE功能的機型，只需連接一根網(wǎng)線即可，改變了傳統(tǒng)模擬攝像機需要接入視頻，音頻和數(shù)據(jù)控制等線纜的復雜程度，降低了設備運行的故障率。

已安裝模擬攝像機的監(jiān)控點

在實際的監(jiān)控項目中，有一些監(jiān)控點在過去已經(jīng)裝上了模擬攝像機，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的后面加上視頻服務器(DVS)即可將這些視頻采集點融入到整個監(jiān)控系統(tǒng)中去。光橋提供的視頻服務器采用H.264壓縮方式，支持D1/HalfD1/CIF等分辨率，可以在1Mbps以內的帶寬下傳輸25幀的實時圖像。視頻服務器同時提供音頻和數(shù)據(jù)接口，可以將煙感，門磁等信號和視頻信號一起傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，而無需額外的設備和布線。

關鍵監(jiān)控點

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

監(jiān)控中心組成描述

2.3監(jiān)控中心組成描述

監(jiān)控中心由五個部分組成：中心管理服務器，磁盤陣列，大屏幕，網(wǎng)絡傳輸設備和3G網(wǎng)關設備。

中心管理服務器包括中心管理服務、注冊服務、轉發(fā)服務等，其作用簡單概括是管理協(xié)調系統(tǒng)的運作，并在前端設備與客戶端之間建立聯(lián)系，為客戶提供對各路視頻的監(jiān)視和管理接口，并根據(jù)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在中心管理服務器上運行DVP數(shù)字視頻管理平臺來實現(xiàn)。為保證DVP數(shù)字視頻管理平臺各項功能正常運行，中心管理服務器應選擇至少4核心酷睿2處理器，4G內存，2TB硬盤，帶有1GB顯存的3D高速顯卡，以及千兆網(wǎng)卡。

磁盤陣列主要用于存儲視頻流數(shù)據(jù)，它采用千兆的以太網(wǎng)接口與中心管理服務器連接，以滿足多路視頻同時存儲的需要。根據(jù)存儲數(shù)據(jù)容量的需求，磁盤陣列可分為8盤位，16盤位，24盤位和48盤位等多種配置，還可以通過外部的級聯(lián)接口進行多臺磁盤陣列的級聯(lián)，這樣可以成倍地增加存儲空間。每個盤位可以支持最大2TB的硬盤，采用高速的SATA6Gbps或SAS接口，以滿足突發(fā)的大容量存儲需求。為保證數(shù)據(jù)的存儲安全和存儲效率，磁盤陣列支持多種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，以無損顯示720p的高清視頻及200萬的抓拍圖像。顯示屏帶有HDMI或DVI數(shù)字接口，以保證圖像的高質量。

網(wǎng)絡傳輸設備包括光纖收發(fā)器和網(wǎng)絡交換機。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，無論是站廠監(jiān)控，還是設備間和環(huán)境動力參數(shù)監(jiān)控，或是辦公區(qū)域的監(jiān)控，監(jiān)控點和監(jiān)控中心的距離都往往會超出100米的距離，此時借助光纖收發(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(wěn)定的性能和低廉的價格為以太網(wǎng)信號的傳輸提供了最好的解決方案。

網(wǎng)絡交換機用在監(jiān)控中心端，用于將通過光纖收發(fā)器傳過來的IP視頻信號進行匯聚，并轉發(fā)給中心管理服務器。根據(jù)監(jiān)控點的數(shù)目，網(wǎng)絡交換機可選用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器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞场?/p>

3G網(wǎng)關主要是用于將告警信號通過3G網(wǎng)絡傳輸?shù)街付ǖ氖謾C終端上，作為聲光電告警的補充方式，及時通知到相關人員，以便對告警時間作出迅速反應。