變電站高清智能視頻監(jiān)控解決方案

近幾年來，隨著IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和光電互感器的研發(fā)和投入使用，數(shù)字化變電站概念已在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用，全國已建成一定數(shù)量的數(shù)字化變電站，數(shù)字化變電站試點(diǎn)工作也在開展。而我國智能電網(wǎng)的研究已經(jīng)啟動，作為電網(wǎng)重要組成部分，數(shù)字化變電站領(lǐng)域的研究和試點(diǎn)工作也將為智能電網(wǎng)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

數(shù)字化變電站使變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過程由過去的模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次，根據(jù)IEC通信協(xié)議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。新型數(shù)字化變電站主要由為全數(shù)字和光纖的信號采集系統(tǒng)、數(shù)字化繼電保護(hù)和綜合自動化系統(tǒng)、數(shù)字化視頻及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成。

隨著變電站無人值守的推廣，傳統(tǒng)的變電站模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)為電力安全生產(chǎn)服務(wù)了多年，主要實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程巡視設(shè)備、遠(yuǎn)程操作監(jiān)護(hù)、安全防范等目的。數(shù)字化變電站的快速發(fā)展，對視頻監(jiān)控的清晰度、智能化提出了更高的要求。本文將根據(jù)國內(nèi)數(shù)字化變電站現(xiàn)有情況和高清智能視頻監(jiān)控發(fā)展趨勢，介紹如何結(jié)合德國MOBOTIX公司高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，經(jīng)過二次開發(fā)構(gòu)建數(shù)字化變電站高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對變電站的整體狀況和設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行直觀的監(jiān)視，輔助使用者更好地維護(hù)變電站生產(chǎn)運(yùn)行。

總體需求概述

傳統(tǒng)的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要以模擬視頻監(jiān)控方式為主，其清晰度較低、抗干擾性差，一般只能看清監(jiān)視場景中設(shè)備基本狀態(tài)，需要通過攝像機(jī)鏡頭變倍聚焦操作，才能看清設(shè)備局部細(xì)節(jié)。數(shù)字化變電站高清智能視頻監(jiān)控主要來源于以下幾個方面：

(1)在雷雨大風(fēng)、霧雪等惡劣天氣環(huán)境時，省電力公司需要了解電網(wǎng)500kV變電站的現(xiàn)場環(huán)境情況，變電站全景實(shí)時視頻、設(shè)備區(qū)實(shí)時視頻對掌握實(shí)時情況提供了重要輔助手段，但以往模擬視頻系統(tǒng)往往無法很好實(shí)現(xiàn)。

(2)以往的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)其設(shè)計(jì)思路還是圍繞攝像機(jī)點(diǎn)位為中心，其操作過程復(fù)雜，不能直觀反映運(yùn)行人員的操作目的。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)可基于設(shè)備區(qū)域、設(shè)備一次接線圖設(shè)計(jì)，以設(shè)備智能管理為核心來實(shí)現(xiàn)變電站高清視頻監(jiān)控，操作簡單、直觀、實(shí)用。

(3)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控應(yīng)用是典型的實(shí)時流媒體應(yīng)用，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬較高，對于監(jiān)控中心多個客戶訪問變電站實(shí)時視頻，需要有健壯、可靠的流媒體服務(wù)系統(tǒng)提供訪問服務(wù)。

系統(tǒng)架構(gòu)

前端攝像機(jī)采用德國MOBOTIX高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，分別監(jiān)視變電站全景、500kV設(shè)備區(qū)、220kV設(shè)備區(qū)、主控室、大門、周界、變壓器及輔助設(shè)備區(qū)，采用百兆光纖收發(fā)器將編碼壓縮后的視頻數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)秸径吮O(jiān)控中心，由數(shù)字視頻與環(huán)境監(jiān)控主機(jī)解碼輸出到大屏幕液晶顯示器。數(shù)字視頻與環(huán)境監(jiān)控主機(jī)完成高清視頻的存儲與流媒體分發(fā)服務(wù)，以及現(xiàn)場周界報警信號采集，實(shí)現(xiàn)報警聯(lián)動視頻。

應(yīng)用案例

依據(jù)某省電力公司的規(guī)劃要求，我們在500kV變電站試點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套變電站智能高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電站全景展示，能夠遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控變電站內(nèi)所有一次設(shè)備，如主變、斷路器、隔離刀閘等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，傳輸實(shí)時圖像、報警信息至監(jiān)控中心。極大地提高了變電站運(yùn)行人員和調(diào)度人員通過實(shí)時圖像和遠(yuǎn)動信息對變電站運(yùn)行情況進(jìn)行綜合監(jiān)控、分析的能力。其重要應(yīng)用情況如下：

(1)變電站全景監(jiān)視

以往模擬攝像機(jī)往往無法拍攝變電站的全景圖像，無法直觀、全面的了解整個變電站的整體情況。采用MobotixQ24高清全景攝像機(jī)來實(shí)現(xiàn)對變電站全景圖像的拍攝，形成覆蓋整個變電站180度監(jiān)視場景圖像，可以看到500kV設(shè)備區(qū)、220kV設(shè)備區(qū)、主變設(shè)備區(qū)的圖像，通過站端監(jiān)控終端在大屏幕液晶顯示器上顯示。

(2)變電站出入口高清監(jiān)視

變電站大門出入口作為進(jìn)出變電站的通道，是變電站安全的第一道防線，對于每個進(jìn)出變電站的人員、車輛都必須進(jìn)行詳細(xì)的記錄，因此需要有專門的攝像機(jī)進(jìn)行24小時不間斷監(jiān)控。綜合大門監(jiān)控的特別需求，攝像機(jī)需要滿足2個要求，1、高清，不同于其他區(qū)域的監(jiān)控，大門攝像機(jī)主要負(fù)責(zé)記錄人員、車輛的進(jìn)出情況，需要能夠清晰的分辨出人員主要特征，車輛的基本信息。2、24小時不間斷，變電站不僅白天，夜間也有人員、車輛的進(jìn)出，為了保證記錄的完整，需要夜間同樣有清晰的監(jiān)控效果。因此設(shè)計(jì)采用MobotixM12三百萬像素雙鏡頭高清攝像機(jī)，在夜晚低照度情況下，也能展現(xiàn)良好的圖像效果。

(3)變電站室內(nèi)區(qū)域高清監(jiān)視

與其他監(jiān)控區(qū)域不同，變電站室內(nèi)區(qū)域的監(jiān)控有下面幾個特點(diǎn)：

●監(jiān)控區(qū)域小，一般需要進(jìn)行監(jiān)控的場所有主控室、保護(hù)室、電纜層、交直流室、蓄電池室等，室內(nèi)空間有限。

●監(jiān)控對象多為固定設(shè)備，室內(nèi)設(shè)備大多是各類機(jī)柜，出主控室外一般沒有人在內(nèi)活動。

●一般只需要監(jiān)控整體情況。綜上所述對變電站室內(nèi)監(jiān)控適合使用固定攝像機(jī)，鏡頭選用焦距小的廣角鏡頭。

對于室內(nèi)區(qū)域分為3類：

●主控室、保護(hù)室等，這類房間空間較大，門、窗戶等出入口較多，室內(nèi)設(shè)備多，人員出入也較多，需要能夠?qū)崿F(xiàn)全方位監(jiān)控。

●交直流室、蓄電池室等，這類房間空間較小，門窗少，一般無人活動，不需要監(jiān)視到每個角落，只需監(jiān)控室內(nèi)總體狀況即可。

●電纜層，電纜層內(nèi)的電纜一般靠近房間頂部布置，攝像機(jī)要能夠從下朝上看到電纜的狀態(tài)。

在變電站主控室大廳及保護(hù)室房間中間頂部各安裝一臺MobotixQ24全景高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)360度室內(nèi)全景監(jiān)視。

由于電纜層電纜位于上方，因此選用便于安裝，能夠調(diào)整鏡頭角度的MobotixM22高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。

關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新

本系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)如下：

(1)面向設(shè)備區(qū)管理的變電站高清視頻監(jiān)控

系統(tǒng)可定義變電站全景、500kV設(shè)備區(qū)、220kV設(shè)備區(qū)、主控室、大門、周界、變壓器及輔助設(shè)備區(qū)，選擇相應(yīng)設(shè)備區(qū)，則關(guān)聯(lián)的攝像機(jī)圖像以多畫面形式顯示。

在全景視頻上可顯示關(guān)聯(lián)的設(shè)備區(qū)、在主要設(shè)備區(qū)視頻上可顯示關(guān)聯(lián)的設(shè)備，通過“熱區(qū)”方式進(jìn)行點(diǎn)擊彈出視頻顯示。

(2)基于電力一次接線圖模式的電力設(shè)備視頻監(jiān)視

系統(tǒng)通過與綜自系統(tǒng)接口，在變電站一次接線圖上疊加相應(yīng)設(shè)備信息，操作員在一次接線圖的設(shè)備上點(diǎn)選，可顯示相應(yīng)設(shè)備的實(shí)時視頻圖像。

(3).面向電力通信網(wǎng)絡(luò)的高清視頻流媒體服務(wù)

針對電力通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了高性能流媒體服務(wù)軟件，能夠同時轉(zhuǎn)發(fā)多路高清流媒體數(shù)據(jù)，具備完善的Qos和I幀緩存機(jī)制。

結(jié)束語

通過高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施，提高了變電站視頻監(jiān)控圖像清晰度，實(shí)現(xiàn)了過去模擬監(jiān)控所不能達(dá)到的全景效果，減少了攝像機(jī)數(shù)量，提升了監(jiān)視質(zhì)量。同時通過自主創(chuàng)新基于設(shè)備圖形管理軟件應(yīng)用模式，并與電力應(yīng)用緊密結(jié)合，達(dá)到了實(shí)用化效果。

數(shù)字化高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究在國內(nèi)處于快速成長期，將其應(yīng)用到智能電網(wǎng)數(shù)字化變電站領(lǐng)域，利用高清晰度視頻圖像對電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況記錄分析，實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程監(jiān)視及監(jiān)護(hù)，對促進(jìn)電力安全生產(chǎn)具有重要意義。