無人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)之深度剖析

一、引言——無人值班變電站模式應用日益廣泛

電力行業(yè)是一切經(jīng)濟活動的支柱。隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源需求大幅增長，國家加大了電網(wǎng)建設的投資力度。

近幾年，電力設施、通信電纜等被偷盜、遭破壞現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)，在網(wǎng)站上輸入“電力設施遭破壞”、“電纜被盜”等關鍵詞進行搜索，結(jié)果顯示共有數(shù)以萬篇相關新聞和網(wǎng)頁。因此電力部門變電站對安全防范系統(tǒng)的需求更為強烈。

隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，無人值守變電站逐漸增多，為保障電網(wǎng)安全運行，并解決無人值守變電站的安全防范問題，非常有必要進行變電站遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的建設。圖像監(jiān)控系統(tǒng)將變電站的各被監(jiān)視點，如主控制室全貌、設備情況、斷路器、隔離刀閘現(xiàn)場實際狀態(tài)等通過遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)诫娏盅矙z中心和調(diào)度所，對重要變電站，局領導及調(diào)度人員可通過圖像監(jiān)控系統(tǒng)對變電站的環(huán)境進行監(jiān)視；對無人值班站可減少巡檢人員工作強度，彌補變電站取消運行人員直觀性不強的弱點，同時加強對變電站的安全、保衛(wèi)工作、火警進行監(jiān)視，以提高變電站運行水平。

二、需求——監(jiān)控技術從“四遙”到“五遙”

隨著變電站自動化建設和改造不斷發(fā)展完善，電網(wǎng)企業(yè)大多已經(jīng)實現(xiàn)了對遠方變電站的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)，即“四遙”功能。當前，各企業(yè)為了提高勞動生產(chǎn)率，增加經(jīng)濟效益，開始實施變電站/所的實現(xiàn)無人值守模式，圖像監(jiān)控系統(tǒng)是對“四遙”的進一步補充和完善，被行業(yè)稱為“第五遙”－遙視。

同時，一些變電站已部分實施了視頻監(jiān)控或環(huán)境監(jiān)測或防盜報警和消防系統(tǒng)，但大多分步、分批實施，系統(tǒng)各自獨立運行，甚至每套系統(tǒng)都需要獨立的管理人員，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、維護成本。因此急需一套系統(tǒng)，做到既可以遠程的監(jiān)視、遙控和圖像的傳輸，又具備環(huán)境的整體監(jiān)測，并且具有通常聯(lián)網(wǎng)報警的功能，能夠更加有效地預防事故發(fā)生、打擊犯罪、保障財產(chǎn)安全，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

三、問題——傳統(tǒng)監(jiān)控無法實現(xiàn)變電站的“五遙”

目前，市場上常見的電力變電站的遠程視頻監(jiān)控解決方案主要有三類。

第一類為基于模擬矩陣級聯(lián)解決方案

這類解決方案的優(yōu)勢在于圖像無損傳輸，切換、控制簡單、方便，適合于監(jiān)控點數(shù)較多且較集中的大型變電站。

這種解決方案的劣勢在于視頻的傳輸、多用戶共享以及存儲等方面不夠靈活。

第二類為基于嵌入式DVR的聯(lián)網(wǎng)解決方案

這類方案的優(yōu)勢在于解決了集中監(jiān)控、數(shù)字化傳輸、存儲等幾方面的問題，適合于各子站基中監(jiān)控，總站集中管理且網(wǎng)絡條件較好的變電站。

這種解決方案的缺點是只能達到半數(shù)字化的程度，系統(tǒng)的擴容、升級都有一定的局限性。

第三類為基于網(wǎng)絡視頻服務器的全數(shù)字化解決方案

完全基于網(wǎng)絡的數(shù)字化解決方案優(yōu)勢很明顯，系統(tǒng)架構(gòu)更為簡便，完全數(shù)字化的視頻流無論在存儲、傳輸、多用戶共享，還是系統(tǒng)的擴容、升級方面都變得異常簡單、容易。

但是，電力行業(yè)中普遍采用2M網(wǎng)絡，由于帶寬受限，就注定了不能同時掛接過多的網(wǎng)絡終端，系統(tǒng)擴展性受到了一定程度的制約。

四、解決——整合多系統(tǒng)的無人值守解決方案

經(jīng)過多年的建設，目前，電力行業(yè)無人值守系統(tǒng)普遍存在的問題是：用戶在各自的變電站等已實施了部分視頻監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)測和綜合報警系統(tǒng)，但大多分步、分批實施，系統(tǒng)各自獨立運行，甚至每套系統(tǒng)都需要獨立的管理人員，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。

根據(jù)電力行業(yè)用戶的實際需求，有一些企業(yè)開始提供整合多系統(tǒng)的無人值守解決方案。以天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技為例，無人值守變電站應該是以視頻監(jiān)控為主，輔以動力環(huán)境監(jiān)測、綜合報警處理和門禁控制信息等。因為，既然前端是無人或少人值守，那么，在后端管理中心就必然要對前端的所有狀況、所有信息全盤掌控，才能真正做到無人或少人值守。

天地偉業(yè)的無人值守解決方案以圖像監(jiān)控為主、數(shù)據(jù)監(jiān)控為輔，結(jié)合多種報警功能，正適應了電力部門無人值守變電站的需要。采用了先進的圖像識別技術，能夠?qū)Ω髯冸娬镜碾娐范?斷、環(huán)境參量、現(xiàn)場狀況進行監(jiān)控和報警，能夠?qū)崟r、直接地了解和掌握各個變電站的情況，及時對發(fā)生的事件做出反應，并且操作簡單方便，適合電力部門維護使用。

◆ 1、監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

圖四、系統(tǒng)整體拓撲圖

圖五、變電站/所系統(tǒng)詳圖

◆ 2、系統(tǒng)組成

按功能共分三個子系統(tǒng)：前端信號采集處理子系統(tǒng)、信號傳輸子系統(tǒng)、遠程監(jiān)控子系統(tǒng)，其中：

前端信號采集處理子系統(tǒng)主要包括：1~4路網(wǎng)絡視頻服務器、網(wǎng)絡動環(huán)主機、半球、快球及一體化攝像機、各種報警探測器、動環(huán)門禁系統(tǒng)等。

信號傳輸子系統(tǒng)主要包括：各種傳輸線纜、10/100M交換機等通信傳輸模塊。

遠程監(jiān)控子系統(tǒng)包括：集控站監(jiān)控中心和調(diào)度局監(jiān)控中心部分。

◆ 3、系統(tǒng)實現(xiàn)

前端監(jiān)控設備

在變電站設置球機以觀察整個站的總體狀況，在大門出入口設置攝像機觀察整個通道人員的進出情況，在樓通道處設置攝像機以觀察整個通道人員的進出情況，在開關室內(nèi)設置攝像機觀察各路開關的通斷狀態(tài)，通訊及監(jiān)控室設計球機以觀測直流屏等重要設施，在電容室內(nèi)設置攝像機以觀察主要電容設備，在高壓室內(nèi)設置球機以觀察高壓開關情況，并安裝門禁、煙霧探測、紅外報警等探測、報警裝置。

部分監(jiān)控場所需要安裝數(shù)據(jù)采集模塊，采集溫濕度、電壓電流等數(shù)據(jù)。

通常從變電站到監(jiān)控中心都有2Mbps的E1通道，將視頻服務器或者交換機通過2M網(wǎng)橋連到光端機等E1通道上，把圖像及相關數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。

監(jiān)控中心

監(jiān)控中心分為集控站分控中心和調(diào)度局監(jiān)控中心。

集控站監(jiān)控中心主要負責管理前端各個變電站設備，相應權限由調(diào)度局監(jiān)控中心的密碼驗證服務器統(tǒng)一分配。根據(jù)實際情況選擇錄像或者將視頻信號解碼輸出至電視墻。

調(diào)度局監(jiān)控中心配置數(shù)據(jù)庫服務器、密碼驗證服務器、視頻管理服務器、流媒體服務器，負責管理前端所有攝像機、視頻編碼設備、報警設備，并聯(lián)動報警和數(shù)字錄像，同時管理后端所有上網(wǎng)監(jiān)控用戶。

調(diào)度局監(jiān)控中心擁有最高權限，負責系統(tǒng)里所有設備的權限認證和分配管理工作。

監(jiān)控人員通過綜合監(jiān)控平臺，用指定的用戶名和密碼登陸監(jiān)控服務器，就可以進行遠程監(jiān)控、調(diào)度、錄像、報警、電子地圖等一系列功能。

遠程監(jiān)控點

在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡內(nèi)的其他遠程監(jiān)控點安裝若干監(jiān)控主機，監(jiān)控人員通過IE瀏覽器，用指定的用戶名和密碼登陸監(jiān)控服務器，就可以進行遠程調(diào)度、監(jiān)控。

五、系統(tǒng)特點

1、 實施方便快捷：充分利用電力行業(yè)現(xiàn)有網(wǎng)絡環(huán)境，易于日后系統(tǒng)擴展。

2、 適合構(gòu)建大型系統(tǒng)：系統(tǒng)支持三級/四級網(wǎng)絡架構(gòu)，支持大系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)平臺。

3、 高度兼容性：系統(tǒng)可以支持多種系統(tǒng)兼容，持PC式監(jiān)控主機，支持嵌入式硬盤錄像機，支持矩陣級聯(lián)，支持網(wǎng)絡視頻服務器解決方案。

4、 平滑過渡，節(jié)省資金：系統(tǒng)既可以一次投資搭建統(tǒng)一平臺，終身受益；也可以系統(tǒng)逐次添加，節(jié)省資金。

5、 安全性能高，性價比高：分布式存儲同集中時存儲相結(jié)合，圖像資源分布式存儲，集中管理，提升存儲的穩(wěn)定可靠性，并降低存儲造價，極高的性價比。

6、 調(diào)度中心大屏幕圖文顯示系統(tǒng)（DLP無縫拼接大屏+監(jiān)視器+LED），實時顯示、切換豐富的圖文信息，適合指揮中心監(jiān)控、指揮、調(diào)度。

7、 功能豐富全面：強大的綜合軟件管理系統(tǒng)提供了一個廣闊的控制平臺。不僅可以實現(xiàn)電力行業(yè)客戶現(xiàn)有的需求，天地偉業(yè)強大的研發(fā)隊伍可以保證針對電力行業(yè)的特殊要求及時定制相關功能模塊。一套專用平臺軟件統(tǒng)一管理所有設備，電子地圖雙屏顯示，報警聯(lián)動多路視頻，有效布控追蹤。

8、 優(yōu)勢特色顯著：電力行業(yè)系統(tǒng)復雜，需要監(jiān)控的點數(shù)量比較多，位置比較分散，而又要實現(xiàn)統(tǒng)一的管理。天地偉業(yè)無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)，成功解決了分散監(jiān)控，集中管理的難題。通過網(wǎng)絡將所有的監(jiān)控點連成一個系統(tǒng)，在監(jiān)控中心通過若干臺中心服務器實現(xiàn)統(tǒng)一管理。