變電站高清智能視頻監(jiān)控解決方案

近幾年來，隨著IEC61850標準的應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踐中得到應用，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)字化變電站領域的研究和試點工作也將為智能電網(wǎng)的發(fā)展打下基礎。

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換為數(shù)字信息，并建立與之相適應的通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)。數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網(wǎng)絡化的二次設備;在邏輯結構上可分為三個層次，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)服務了多年，主要實現(xiàn)了遠程巡視設備、遠程操作監(jiān)護、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，介紹如何結合德國MOBOTIX公司高清網(wǎng)絡攝像機，經(jīng)過二次開發(fā)構建數(shù)字化變電站高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對變電站的整體狀況和設備運行情況進行直觀的監(jiān)視，輔助使用者更好地維護變電站生產(chǎn)運行。

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)視場景中設備基本狀態(tài)，需要通過攝像機鏡頭變倍聚焦操作，才能看清設備局部細節(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、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，變電站全景實時視頻、設備區(qū)實時視頻對掌握實時情況提供了重要輔助手段，但以往模擬視頻系統(tǒng)往往無法很好實現(xiàn)。

(2)以往的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)其設計思路還是圍繞攝像機點位為中心，其操作過程復雜，不能直觀反映運行人員的操作目的。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)可基于設備區(qū)域、設備一次接線圖設計，以設備智能管理為核心來實現(xiàn)變電站高清視頻監(jiān)控，操作簡單、直觀、實用。

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

系統(tǒng)架構

前端攝像機采用德國MOBOTIX高清網(wǎng)絡攝像機，分別監(jiān)視變電站全景、500kV設備區(qū)、220kV設備區(qū)、主控室、大門、周界、變壓器及輔助設備區(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)控主機完成高清視頻的存儲與流媒體分發(fā)服務，以及現(xiàn)場周界報警信號采集，實現(xiàn)報警聯(lián)動視頻。

應用案例

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

(1)變電站全景監(jiān)視

以往模擬攝像機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高清全景攝像機來實現(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設備區(qū)、220kV設備區(qū)、主變設備區(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出變電站的通道，是變電站安全的第一道防線，對于每個進出變電站的人員、車輛都必須進行詳細的記錄，因此需要有專門的攝像機進行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，大門攝像機主要負責記錄人員、車輛的進出情況，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。因此設計采用MobotixM12三百萬像素雙鏡頭高清攝像機，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：

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

●監(jiān)控對象多為固定設備，室內(nèi)設備大多是各類機柜，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，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、保護室等，這類房間空間較大，門、窗戶等出入口較多，室內(nèi)設備多，人員出入也較多，需要能夠實現(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室房間中間頂部各安裝一臺MobotixQ24全景高清網(wǎng)絡攝像機，實現(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)絡攝像機。

關鍵技術與創(chuàng)新

本系統(tǒng)主要關鍵技術與創(chuàng)新點如下：

(1)面向設備區(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設備區(qū)、220kV設備區(qū)、主控室、大門、周界、變壓器及輔助設備區(qū)，選擇相應設備區(qū)，則關聯(lián)的攝像機圖像以多畫面形式顯示。