变电站网络数字视频监控系统建设

秦梁栋，林 榕，邵 华，宋 静

(1.河北省电力公司，石家庄 050021；2.石家庄供电公司，石家庄 050051)

随着电力技术的不断发展，大部分变电站实现了无人值班和远程监控，大大提高了电网企业的生产效率。因此，运行可靠、功能完备，对变电站各种设备的运行状态及影响变电站安全运行的因素进行全方位监控的系统必不可少。变电站视频监控系统作为一套独立运行的网络平台，其通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时图像监控、远程故障和意外情况报警接收处理，可提高变电站运行和维护的安全性和可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，确保电网设备的长期高效安全运营。视频监控系统发展至今，大致经过了传统模拟视频监控、数模混合视频监控和网络数字视频监控3个阶段。网络数字视频监控系统是视频监控系统发展的必然趋势，以下就网络数字视频监控系统进行分析阐述。

1 网络数字视频监控系统的特点

网络数字视频监控系统是以数字视频处理技术为核心，综合利用光电传感器、计算机网络、自动控制和人工智能等技术的一种新型监控系统。系统采用嵌入式的“网络视频编码器”，实现从监控点前端、监控中心到监控工作站的全过程数字化处理，系统特点如下：

a. 利用现有互联网网络资源，无需为新建监控系统铺设光缆和增加设备，便可实现远程视频监控；

b. 系统扩展能力强，在有网络的地方增加监控设备就可扩展新的监控点；

c. 网络由网络提供商维护，前端设备即插即用、免维护，系统维护费用低；

d. 系统功能强大、利用灵活，全数字化录像便于保存和检索；

e. 在网络中的每一台计算机，只要安装了客户端软件，并给予相应的权限就可以成为监控工作站；

2 网络数字视频监控系统建设目标

随着电网建设的飞速发展，各部门间统一协调、统一管理的需求越来越明显，“大监控”也成为构建变电站监控网络的必然要求。“大监控”网络的主要目的是实现整个变电站的统一监控，各变电站、消防、管理部门可以通过开放的监控网络平台对变电站的各目标进行监控，同一监控点的信息可以在各个管理部门间共享。变电站网络数字视频监控系统应满足以下目标：

a. 实时监控变电站内各类设备(如主控制室控制屏显示、仪表读数、开关室设备、主变压器及其风扇、电容器室等)的运行情况；

b. 实时监测变压器油位和火灾报警，环境温度、湿度，空调机启停和瓦斯泄漏等情况；

c. 实时监控变电站大门和主要通道；

d. 实时接收周界、室内红外报警信号和门禁系统状态信号；

e. 事故追忆，可以帮助技术人员查看事故发生时变电站的状况，从而找到事故发生的原因；

第三部分中将chebyshev映射的输出与kent映射的输出进行二值化后异或,既产生了复合混沌优选序列。

f. 利用远程实时监视功能，由调度中心的值班人员对远方变电站操作人员进行操作指导；

g. 可以通过任何一台远程终端进行检修标准化作业实时培训，并可以保存录像，制成多媒体培训教材。

3 网络数字视频监控系统实施方案

3.1 系统性能要求

3.1.1 兼容性

系统应能够支持尽量多的前端设备，使采用不同厂家、不同种类、不同编码方式设备的变电站都能方便的接入系统，减少对前端设备的改造、更换。如必须要更换，则尽量减少更换设备的数量，避免对前端摄像机、报警器的更换。

3.1.2 带宽适应性

现在变电站可将多个2 Mbits带宽进行复合，提供高带宽的传输通道，因此要求系统应该具有较强的带宽适应性，能够根据不同的带宽自动进行调节，用有限的带宽传输尽量多的图像。

3.1.3 安全性

系统的安全性主要包括硬件安全和网络安全。由于采用集中管理，系统的管理中心成为系统中最重要的环节，管理中心的管理服务器、交换机等核心设备都应该进行硬件备份，主备设备之间应该能够自动切换。由于视频监控系统与电力局域网需要进行连接，这样就使视频监控系统面临病毒、网络攻击的严重威胁，系统应采取必要的隔离措施，保证视频监控系统的安全。

3.2 系统结构

系统规模应根据电网区域范围大小和变电站数量组合定义，在集控中心设立视频工作站，各生产、管理部门和上级监控中心的监控终端均通过该工作站获得授权进行远程监控。变电站的流媒体服务器承担大规模音频视频流、报警等数据转发，实现系统的负载均衡。集控中心对供电公司辖区所有监控终端、流媒体服务器、视频服务器等进行统一管理。无人值班变电站以集控中心远程监控为主，同时可在变电站端设立本地监控终端。其网络拓扑见图1。

图1 视频监控网络拓扑

3.3 系统组成

变电站的视频监控系统主要由3个互相衔接的部分组成：变电站设备(或称子站设备)、通道传输设备、供电公司集控中心(或称主站设备)。

3.3.1 子站设备

在变电站安装全数字IP网络摄像机，图像通过已有的电力广域网接入供电公司的MIS网。摄像机本身集成报警功能，可对主控室、配电室、变电站大门、变电站周界等进行监控、报警及现场警告等；在配电室、电容器室等位置安装网络摄像机，可以清楚地查看设备情况、人员情况等信息。子站设备还包括站端视频服务器、照明设备、声光告警装置及防雷设备等。由于变电站的综合数据网现已建设完成(新建变电站均按要求配置)，机房一般都有网络接入点，通过机房已有网络进行监控数据传输，不需要额外增加设备。

3.3.2 通道传输设备

远程图像监控系统的传输方式有2种：变电站端网络接入采用E1接口(建议ITU-TG.703)转换为LAN 10 BASE-T(RJ45 UTP)标准接口,符合IEEE 802.3/ETHER-NET标准；变电站端网络接入采用100或1000 BASE-TX标准接口,符合IEEE 802.3U/ETHERNET标准。

目前在工程实践中均采用方案二，采用IP网络技术组网，并可使用中继器、网桥、路由器设备延伸接入站点，如需增加被监测的变电站，仅增加变电站的前端设备即可，在监控中心不需要增加相应的图像处理设备，系统扩展比较方便。

3.3.3 主站设备

a. 视频工作站，负责处理所有用户的登录、浏览及其他功能请求，用户也可以通过工作站对前端设备进行参数设置。

b. 视频监控电视墙，显示下属变电站的视频监控信号，方便对下属所有变电站进行统一查看管理。

c. 报警服务器，接收各变电站的报警信号，确认其真实性并将报警信号上传到上级监控中心，方便上级机关统一管理。

4 系统建设中需注意的问题

4.1 与其他系统的集成

变电站的报警信号主要分为外围报警和内部报警两大类。外围报警包括消防报警、防盗报警、门禁报警、非法闯入画面异动报警等。变电站实现无人值班后，站内的防火防盗工作重要性更加凸显，因此，变电站一般装设一套图像安全监视系统、一套脉冲电网和一套火灾报警系统，分别由不同的部门进行管理，而单独系统的作用是有局限的，只有在变电站建设中采用系统集成的方案，使各系统相互补充、相互配合、实现联动，才能最大程度发挥系统的整体优势，真正成为安全的视频监控系统。

变电站设置综合运行管理系统，集成站内动力环境监测、火灾报警、视频监视、脉冲电网、智能巡检、主变压器消防及采暖通风等子系统，通过对站内烟雾、温度、湿度、红外、图像等传感器以及开关、设备状态标志等进行综合判断，采用图像处理、模式识别等技术并联动其它设备进行智能处理。综合运行管理系统框图见图2。

综合运行管理系统信息从分区上应属于管理信息大区，加上数据量很大，不宜与生产控制大区的计算机监控系统直接相连，应设置单独的综合运行管理系统，并通过隔离装置与计算机监控系统交换信息。

图2 综合运行管理系统框图

4.2 与自动化系统的接口

针对不同的变电站自动化系统，开发通信接口程序，做到数据共享，利用原有变电站的自动化设备、网络，增加视频设备，对监控系统软件进行二次开发，包括通信接口、数据组态、画面组态等，实现无缝接入，节约建设投资。

5 结束语

网络视频监控系统是集计算机技术、通信技术、图像处理技术、防盗技术、控制技术于一体的现代化集成系统。通过对现有变电站的视频监控系统的整合，可有效实现远方监控下的防火、防盗、设备辅助检查和监视的功能，有效解决变电站现场的可视化及环境监控问题，将为智能变电站的建设提供可靠的技术保证。