無人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)深度解析

摘要：文中提出了將變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)與周界報(bào)警系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)通過全面布防、相互聯(lián)動(dòng)進(jìn)行整合；用寬帶代替2 M光纖大幅度提高傳輸信道的帶寬，解決窄帶寬引發(fā)的瓶頸問題；數(shù)字信號和視頻信號在傳輸中的抗干擾措施。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過這些改造，功能將更趨完善，運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人值守。
關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；傳輸信道；抗干擾；無人值守

經(jīng)過多年的建設(shè)，目前，電力系統(tǒng)無人值守變電站普遍存在的問題是：用戶在變電站已實(shí)施了部分視頻監(jiān)控、環(huán)監(jiān)測和綜合報(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，無形中降低了系統(tǒng)的高效性，增加了系統(tǒng)的管理成本。
另外，大多數(shù)信號傳輸子系統(tǒng)采用2 M光纖，那么在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，每個(gè)變電站每次只能查看一路圖像，無法同時(shí)監(jiān)測變電站所有的畫面。而流媒體服務(wù)器可連接1～1 000臺(tái)視頻網(wǎng)絡(luò)編碼器。并支持1～200個(gè)并發(fā)用戶，強(qiáng)大的視音頻流轉(zhuǎn)發(fā)功能因?yàn)樾诺赖钠款i而無法發(fā)揮作用，一邊又是用戶的實(shí)際需求，所以信道的整改，也是我們迫在眉睫的事情。
視頻圖像直接利用同軸電纜的0～6 MHz來傳輸，非常容易受到干擾，使圖像出現(xiàn)網(wǎng)紋、橫紋和噪點(diǎn)，造成視頻圖像質(zhì)量下降、系統(tǒng)控制失靈、運(yùn)行不穩(wěn)定等現(xiàn)象。因此了解干擾對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的影響方式，針對不同情況采取相應(yīng)的措施來解決干擾問題，對提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程質(zhì)量，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常有益。

1 無人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)
無人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式的系統(tǒng)架構(gòu)，C／S體系結(jié)構(gòu)．基于TCE／IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，H．264壓縮標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)編碼器提供視頻服務(wù)。圖像視頻信號由視頻網(wǎng)絡(luò)編碼器采集壓縮成數(shù)字信號，經(jīng)E1接口傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)。主站系統(tǒng)采用流媒體服務(wù)模塊將視頻流通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)到請求連接的工作站上，視頻監(jiān)控模塊將視頻流解壓縮后在工作站上進(jìn)行播放。按功能劃分為前端信號采集處理子系統(tǒng)、信號傳輸子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)。

2 整合多系統(tǒng)的無人值守方案
根據(jù)我局近年來無人值守變電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，無人值守變電站應(yīng)該是以視頻監(jiān)控為主，以動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測、綜合報(bào)警處理和門禁控制信息為鋪。
2．1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)
1)從全局出發(fā)，設(shè)置足夠的監(jiān)控點(diǎn)，但力求精簡。監(jiān)控系統(tǒng)最重要的作用就是能夠準(zhǔn)確、真實(shí)地反映出現(xiàn)場環(huán)境條件，設(shè)備運(yùn)行情況，對重要設(shè)備區(qū)，重要通道，出入口，周圍邊界，要設(shè)置足夠的監(jiān)控點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。但監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置也非多多益善，當(dāng)少量監(jiān)控點(diǎn)已經(jīng)能夠反映出現(xiàn)場情況時(shí)，再設(shè)置過多的監(jiān)控點(diǎn)非但沒有必要，反而會(huì)增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，降低可靠性。
2)設(shè)置好布防區(qū)域和一體化智能球機(jī)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)與報(bào)警系統(tǒng)實(shí)行聯(lián)動(dòng)時(shí)，需要設(shè)置布防區(qū)域，即移動(dòng)目標(biāo)偵測點(diǎn)。布防區(qū)域過大，攝像機(jī)要全面監(jiān)控顯得有難度；布防區(qū)域過小需要安裝過多的攝像機(jī)，增加成本和施工難度。室外監(jiān)控我們一般選取一體化智能球機(jī)，它具有體積小、外形美觀、功能強(qiáng)大、安裝方便、使用簡單、維護(hù)容易等特點(diǎn)。所謂球機(jī)的預(yù)置功能是指智能快球能將當(dāng)前狀態(tài)下云臺(tái)的水平角度、傾斜角度和攝像機(jī)鏡頭焦距等相關(guān)參數(shù)儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器中，需要時(shí)可以迅速調(diào)用這些參數(shù)并將云臺(tái)和攝像頭調(diào)整至該位置。球機(jī)的首方位是在一段時(shí)間內(nèi)無人移動(dòng)攝像機(jī)時(shí)自動(dòng)回歸的位置。防止攝像機(jī)因?yàn)楸O(jiān)控人員的來回移動(dòng)而偏離監(jiān)控區(qū)域，使硬盤錄像沒有意義。系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置球機(jī)的首方位或預(yù)置點(diǎn)為相應(yīng)的布防區(qū)域，這樣發(fā)生報(bào)警時(shí)，攝像機(jī)快速回歸，啟動(dòng)報(bào)警錄像，準(zhǔn)確而全面地記錄下全過程，便于我們?nèi)蘸蠓治觥?br />2．2 周界報(bào)警系統(tǒng)
變電站內(nèi)的周界報(bào)警系統(tǒng)一般采用以下設(shè)備：紅外對射、高分貝警笛、電子圍欄等，并與圖像監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行智能聯(lián)動(dòng)。
紅外對射應(yīng)用比較普遍，當(dāng)有人翻越圍墻，擋住紅外線時(shí)，告警接點(diǎn)即閉合報(bào)警。例如一段100 m的圍墻，需要設(shè)置3對紅外對射，每隔30多米為一個(gè)布防區(qū)域。在圍墻柵欄上端安裝時(shí)，最下一道光束與圍墻、柵欄頂端間距應(yīng)不大于250mm，安裝在外側(cè)時(shí)，與圍墻、柵欄外側(cè)間距應(yīng)不大于175 mm，避免盲區(qū)。間距過大，人為可以入侵，間距過小，野物行走時(shí)會(huì)發(fā)生頻繁誤報(bào)。
變電站配置1～2個(gè)高分貝警笛，作用是當(dāng)防盜裝置告警時(shí)，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)高分貝警笛，使得盜賊知道防盜系統(tǒng)已啟動(dòng)，嚇阻其繼續(xù)進(jìn)行盜竊活動(dòng)。
紅外對射易受環(huán)境和天氣變化影響產(chǎn)生誤動(dòng)報(bào)警，長期使用后，其發(fā)出的紅外線會(huì)逐漸衰減，也容易引起誤動(dòng)報(bào)警。我局變電站周界報(bào)警采用電子圍欄，通過產(chǎn)生低頻高壓脈沖，震懾和防止犯罪分子人站行竊，因電子圍欄產(chǎn)生高壓，人們在翻越圍墻時(shí)可能被電擊后跌落，因此必須得到公安部門的許可并通過其驗(yàn)收，同時(shí)在其周圍設(shè)置醒目的警告標(biāo)志，它的設(shè)置已收到了良好的效果。
2．3 消防報(bào)警系統(tǒng)
在改造的變電站中，一般都已經(jīng)裝備消防系統(tǒng)，為了有效地利用原消防資源，同時(shí)發(fā)揮視頻監(jiān)控系統(tǒng)的長處，一般盡量在重點(diǎn)消防部位裝設(shè)攝像頭，通過安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)與消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)串口通信來實(shí)時(shí)獲得消防系統(tǒng)的告警情況，通過與圖像監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，及時(shí)監(jiān)視和記錄消防告警的情況。
2．4 門禁系統(tǒng)
目前無人值班變電站的操作和運(yùn)行管理一般都由操作隊(duì)或者監(jiān)控中心負(fù)責(zé)。運(yùn)行人員每次去操作或者巡視都要從監(jiān)控中心或操作隊(duì)去取鑰匙，即使遇到緊急情況也需如此。采用安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)以后，借助先進(jìn)的門禁管理系統(tǒng)，只需一張IC卡便可以解決所有的問題，并可通過權(quán)限和時(shí)限的配置，設(shè)置運(yùn)行人員及管理人員開門的權(quán)限，事后還可以方便地檢索人員到站的情況。與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，出入口大門應(yīng)能自動(dòng)打開。
單的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、周界報(bào)警系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)的作用是有限的，只有進(jìn)行整合，使各系統(tǒng)相互補(bǔ)充、相互配合、實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，才能最大程度地發(fā)揮系統(tǒng)的優(yōu)勢，真正成為安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3 傳輸線路的改造
目前，很多變電站都自己鋪設(shè)或租用電信的2 M光纖來傳輸視音頻信號，利用網(wǎng)橋的E1口橋接廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)，這樣受帶寬約束，工作站每次只能發(fā)起一路圖像的連接請求，用戶需要頻繁地切換，或分割窗口來進(jìn)行全局監(jiān)控，效果不甚理想。而流媒體服務(wù)模塊可以轉(zhuǎn)發(fā)大量的連接，卻受限于窄帶寬而無法滿足用戶的實(shí)際要求。
隨著國家對電網(wǎng)建設(shè)的大力投資，已經(jīng)有變電站實(shí)現(xiàn)了寬帶連接。這種情況下，我們的傳輸系統(tǒng)在物理上可以去掉網(wǎng)絡(luò)橋接器，從視頻網(wǎng)絡(luò)編碼器出來的數(shù)字信號直接通過以太網(wǎng)傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)。信道帶寬的大幅度提高，緩解了之前的瓶頸狀態(tài)，用戶可以同時(shí)查看所有變電站所有攝像機(jī)的圖像，真正實(shí)現(xiàn)了全局監(jiān)控。

4 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾方法
一般來說干擾主要通過視頻同軸電纜和傳輸控制信號的雙絞線耦合進(jìn)系統(tǒng)。主要干擾源有：高頻噪聲干擾，比如大電感負(fù)載啟停；各點(diǎn)接地電位不等引入的工頻干擾，特別在變電站工頻干擾較嚴(yán)重；平衡傳輸線路失衡使抑噪能力下降將工頻干擾轉(zhuǎn)成了差模干擾；傳輸線上阻抗不匹配造成信號的反射使信號傳輸質(zhì)量下降；靜電放電沿傳輸線進(jìn)入設(shè)備造成接口芯片損傷或損壞。
4．1 數(shù)字信號傳輸中的抗干擾措施
變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字信號傳輸通常通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，比如RS232、RS845、RS422。在這里重點(diǎn)討論RS485數(shù)字通信抗干擾方法。
RS485總線是采用差分平衡電氣接口，具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，但在實(shí)際工程中RS485總線并未達(dá)到人們期望的效果。問題往往出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳缓侠?，未按照總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季€，而成為了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
2)傳輸線與接收和發(fā)送端設(shè)備連接不正確，削弱了平衡線的抗干擾能力；
3)公用雙絞線未進(jìn)一步采取抗干擾措施，比如采用屏蔽雙絞線；
4)雙絞線線經(jīng)太細(xì)，傳輸距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)致阻抗太大，造成壓降。
4．2 視頻信號的抗干擾
視頻信號的干擾在圖像上表現(xiàn)為雪花點(diǎn)和50 Hz橫紋滾動(dòng)。
對于雪花點(diǎn)干擾是由于傳輸線上信號衰減以及耦合了高頻干擾所致，這種干擾比較容易消除，在攝像機(jī)與控制矩陣之間合理位置增加一個(gè)視頻放大器，將視頻信號的信噪比提高，或者改變視頻電纜的路徑避開高頻干擾源，高頻干擾的問題可基本上得到解決。
較難解決的是50 Hz橫紋滾動(dòng)及進(jìn)一步加入的高頻干擾的情況。對于50 Hz的橫紋滾動(dòng)根據(jù)電磁學(xué)理論知道視頻電纜的屏蔽層可完全消除50 Hz工頻干擾，只需要購買屏蔽效果好的視頻電纜。對于圖像的高頻干擾，因它的頻帶仍在8 MHz內(nèi)，采用空隙率為50％左右的屏蔽網(wǎng)可基本消防高頻干擾，但要達(dá)到50％的空隙率，屏蔽網(wǎng)根數(shù)需每個(gè)波長長度有60根以上，這樣高的密度又會(huì)使電纜的柔韌性下降，比較好的方法是采用帶有雙層屏蔽的視頻電纜。這樣會(huì)增加系統(tǒng)成本，我們在無人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)中采用視頻雙絞線傳輸方式，很好地解決了這一難題。

5 結(jié)束語
經(jīng)過信道整改、抗干擾處理及多系統(tǒng)融合的無人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)，解決了無人值守變電站自動(dòng)化“四遙”以外新的需求——遙視需求，使變電站自動(dòng)化水平又上了一個(gè)新的臺(tái)階。經(jīng)過幾年來的系統(tǒng)運(yùn)行，遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、信息準(zhǔn)確，圖像監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)方巡視、遠(yuǎn)方核查、安防報(bào)警和多媒體交互等功能，提高了變電站的防事故、防誤操作、防盜、防火能力，使值班人員和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)能及時(shí)準(zhǔn)確地了解無人值守變電站的現(xiàn)場情況，對操作情況進(jìn)行全過程的監(jiān)視和核對，對重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行全方位的防盜防火預(yù)警，為工作人員提供了一種很好的輔助工具，從而大大降低了無人值班變電所的日常巡視、檢修等費(fèi)用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。