無(wú)人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)之深度剖析

一、引言——無(wú)人值班變電站模式應(yīng)用日益廣泛

電力行業(yè)是一切經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的支柱。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求大幅增長(zhǎng)，國(guó)家加大了電網(wǎng)建設(shè)的投資力度。

近幾年，電力設(shè)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(shè)施遭破壞”、“電纜被盜”等關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，結(jié)果顯示共有數(shù)以萬(wàn)篇相關(guān)新聞和網(wǎng)頁(yè)。因此電力部門(mén)變電站對(duì)安全防范系統(tǒng)的需求更為強(qiáng)烈。

隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，無(wú)人值守變電站逐漸增多，為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行，并解決無(wú)人值守變電站的安全防范問(wèn)題，非常有必要進(jìn)行變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。圖像監(jiān)控系統(tǒng)將變電站的各被監(jiān)視點(diǎn)，如主控制室全貌、設(shè)備情況、斷路器、隔離刀閘現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)等通過(guò)遠(yuǎn)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(duì)重要變電站，局領(lǐng)導(dǎo)及調(diào)度人員可通過(guò)圖像監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)變電站的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視；對(duì)無(wú)人值班站可減少巡檢人員工作強(qiáng)度，彌補(bǔ)變電站取消運(yùn)行人員直觀性不強(qiáng)的弱點(diǎn)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)變電站的安全、保衛(wèi)工作、火警進(jìn)行監(jiān)視，以提高變電站運(yùn)行水平。

二、需求——監(jiān)控技術(shù)從“四遙”到“五遙”

隨著變電站自動(dòng)化建設(shè)和改造不斷發(fā)展完善，電網(wǎng)企業(yè)大多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)方變電站的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)，即“四遙”功能。當(dāng)前，各企業(yè)為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增加經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)始實(shí)施變電站/所的實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守模式，圖像監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)“四遙”的進(jìn)一步補(bǔ)充和完善，被行業(yè)稱為“第五遙”－遙視。

同時(shí)，一些變電站已部分實(shí)施了視頻監(jiān)控或環(huán)境監(jiān)測(cè)或防盜報(bào)警和消防系統(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(wú)形中降低了系統(tǒng)的高效性，增加了系統(tǒng)的管理、維護(hù)成本。因此急需一套系統(tǒng)，做到既可以遠(yuǎn)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(cè)，并且具有通常聯(lián)網(wǎng)報(bào)警的功能，能夠更加有效地預(yù)防事故發(fā)生、打擊犯罪、保障財(cái)產(chǎn)安全，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

三、問(wèn)題——傳統(tǒng)監(jiān)控?zé)o法實(shí)現(xiàn)變電站的“五遙”

目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的電力變電站的遠(yuǎn)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(jí)聯(lián)解決方案

這類解決方案的優(yōu)勢(shì)在于圖像無(wú)損傳輸，切換、控制簡(jiǎn)單、方便，適合于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)較多且較集中的大型變電站。

這種解決方案的劣勢(shì)在于視頻的傳輸、多用戶共享以及存儲(chǔ)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(shì)在于解決了集中監(jiān)控、數(shù)字化傳輸、存儲(chǔ)等幾方面的問(wèn)題，適合于各子站基中監(jiān)控，總站集中管理且網(wǎng)絡(luò)條件較好的變電站。

這種解決方案的缺點(diǎn)是只能達(dá)到半數(shù)字化的程度，系統(tǒng)的擴(kuò)容、升級(jí)都有一定的局限性。

第三類為基于網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的全數(shù)字化解決方案

完全基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化解決方案優(yōu)勢(shì)很明顯，系統(tǒng)架構(gòu)更為簡(jiǎn)便，完全數(shù)字化的視頻流無(wú)論在存儲(chǔ)、傳輸、多用戶共享，還是系統(tǒng)的擴(kuò)容、升級(jí)方面都變得異常簡(jiǎn)單、容易。

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

四、解決——整合多系統(tǒng)的無(wú)人值守解決方案

經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，目前，電力行業(yè)無(wú)人值守系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題是：用戶在各自的變電站等已實(shí)施了部分視頻監(jiān)控、動(dòng)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(wú)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(shí)際需求，有一些企業(yè)開(kāi)始提供整合多系統(tǒng)的無(wú)人值守解決方案。以天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技為例，無(wú)人值守變電站應(yīng)該是以視頻監(jiān)控為主，輔以動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)、綜合報(bào)警處理和門(mén)禁控制信息等。因?yàn)?，既然前端是無(wú)人或少人值守，那么，在后端管理中心就必然要對(duì)前端的所有狀況、所有信息全盤(pán)掌控，才能真正做到無(wú)人或少人值守。

天地偉業(yè)的無(wú)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(bào)警功能，正適應(yīng)了電力部門(mén)無(wú)人值守變電站的需要。采用了先進(jìn)的圖像識(shí)別技術(shù)，能夠?qū)Ω髯冸娬镜碾娐范?斷、環(huán)境參量、現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警，能夠?qū)崟r(shí)、直接地了解和掌握各個(gè)變電站的情況，及時(shí)對(duì)發(fā)生的事件做出反應(yīng)，并且操作簡(jiǎn)單方便，適合電力部門(mén)維護(hù)使用。

◆ 1、監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

圖四、系統(tǒng)整體拓?fù)鋱D

圖五、變電站/所系統(tǒng)詳圖

◆ 2、系統(tǒng)組成

按功能共分三個(gè)子系統(tǒng)：前端信號(hào)采集處理子系統(tǒng)、信號(hào)傳輸子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)，其中：

前端信號(hào)采集處理子系統(tǒng)主要包括：1~4路網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)環(huán)主機(jī)、半球、快球及一體化攝像機(jī)、各種報(bào)警探測(cè)器、動(dòng)環(huán)門(mén)禁系統(tǒng)等。

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

遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)

前端監(jiān)控設(shè)備

在變電站設(shè)置球機(jī)以觀察整個(gè)站的總體狀況，在大門(mén)出入口設(shè)置攝像機(jī)觀察整個(gè)通道人員的進(jìn)出情況，在樓通道處設(shè)置攝像機(jī)以觀察整個(gè)通道人員的進(jìn)出情況，在開(kāi)關(guān)室內(nèi)設(shè)置攝像機(jī)觀察各路開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)，通訊及監(jiān)控室設(shè)計(jì)球機(jī)以觀測(cè)直流屏等重要設(shè)施，在電容室內(nèi)設(shè)置攝像機(jī)以觀察主要電容設(shè)備，在高壓室內(nèi)設(shè)置球機(jī)以觀察高壓開(kāi)關(guān)情況，并安裝門(mén)禁、煙霧探測(cè)、紅外報(bào)警等探測(cè)、報(bào)警裝置。

部分監(jiān)控場(chǎng)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(wù)器或者交換機(jī)通過(guò)2M網(wǎng)橋連到光端機(jī)等E1通道上，把圖像及相關(guān)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(fù)責(zé)管理前端各個(gè)變電站設(shè)備，相應(yīng)權(quán)限由調(diào)度局監(jiān)控中心的密碼驗(yàn)證服務(wù)器統(tǒng)一分配。根據(jù)實(shí)際情況選擇錄像或者將視頻信號(hào)解碼輸出至電視墻。

調(diào)度局監(jiān)控中心配置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、密碼驗(yàn)證服務(wù)器、視頻管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器，負(fù)責(zé)管理前端所有攝像機(jī)、視頻編碼設(shè)備、報(bào)警設(shè)備，并聯(lián)動(dòng)報(bào)警和數(shù)字錄像，同時(shí)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(quán)限，負(fù)責(zé)系統(tǒng)里所有設(shè)備的權(quán)限認(rèn)證和分配管理工作。

監(jiān)控人員通過(guò)綜合監(jiān)控平臺(tái)，用指定的用戶名和密碼登陸監(jiān)控服務(wù)器，就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、調(diào)度、錄像、報(bào)警、電子地圖等一系列功能。

遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)

在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)安裝若干監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控人員通過(guò)IE瀏覽器，用指定的用戶名和密碼登陸監(jiān)控服務(wù)器，就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度、監(jiān)控。

五、系統(tǒng)特點(diǎn)

1、 實(shí)施方便快捷：充分利用電力行業(yè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，易于日后系統(tǒng)擴(kuò)展。

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

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(jī)，支持嵌入式硬盤(pán)錄像機(jī)，支持矩陣級(jí)聯(lián)，支持網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器解決方案。

4、 平滑過(guò)渡，節(jié)省資金：系統(tǒng)既可以一次投資搭建統(tǒng)一平臺(tái)，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(jià)比高：分布式存儲(chǔ)同集中時(shí)存儲(chǔ)相結(jié)合，圖像資源分布式存儲(chǔ)，集中管理，提升存儲(chǔ)的穩(wěn)定可靠性，并降低存儲(chǔ)造價(jià)，極高的性價(jià)比。

6、 調(diào)度中心大屏幕圖文顯示系統(tǒng)（DLP無(wú)縫拼接大屏+監(jiān)視器+LED），實(shí)時(shí)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(qiáng)大的綜合軟件管理系統(tǒng)提供了一個(gè)廣闊的控制平臺(tái)。不僅可以實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)客戶現(xiàn)有的需求，天地偉業(yè)強(qiáng)大的研發(fā)隊(duì)伍可以保證針對(duì)電力行業(yè)的特殊要求及時(shí)定制相關(guān)功能模塊。一套專用平臺(tái)軟件統(tǒng)一管理所有設(shè)備，電子地圖雙屏顯示，報(bào)警聯(lián)動(dòng)多路視頻，有效布控追蹤。

8、 優(yōu)勢(shì)特色顯著：電力行業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜，需要監(jiān)控的點(diǎn)數(shù)量比較多，位置比較分散，而又要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理。天地偉業(yè)無(wú)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(guò)網(wǎng)絡(luò)將所有的監(jiān)控點(diǎn)連成一個(gè)系統(tǒng)，在監(jiān)控中心通過(guò)若干臺(tái)中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。