智能变电站视频及环境监控系统

梁灼勇，冒 杰，江 婕，黄 琳

0 引言

随着智能变电站建设的逐步深化，变电站的智能化水平逐步提高，变电站在当前比较成熟的“四遥”（“遥测”、“遥信”、“遥控”、“遥调”）系统基础上，加入“遥视”功能，逐渐发展成为“五遥”系统[1]。

传统的变电站“遥视”系统只能进行简单、低质、局域的变电站图像信息采集，已日益无法满足变电站“五遥”系统的需求。随着智能变电站信息，智能变电站通过高效的图像监控技术，把变电站的现场情况通过通信网络传输集中到电力监控中心，在监控中心可以实时观察变电站现场情况，从而实现变电站的高效管理，并及时排除故障，从而实现变电站复杂环境下的无人值守，实现变电站的高效、安全和绿色运行[2]。

1 功能分析

尽管已有变电站通过增加摄像头等方式拍摄变电站现场情况，可以看作是“遥视”功能的雏形，但距离智能变电站“遥视”功能还存在着较大的差距[3]，主要表现在以下几点。

（1）传统图像技术无法支撑“遥视”所需图像质量。传统摄像机还基于模拟形式或是像素很低的数字形式，图像质量普遍较低，而且经“遥视”长距离传输后，图像容易受到干扰出现质量受损情况，无法满足变电站智能化“遥视”功能的需求。

（2）当前的数据存储和处理能力无法支撑变电站“遥视”功能。变电站“遥视”功能，需要实时采集变电站现场情况，这需要大量实时的高清晰图像作为支撑，将产生大量的图像数据，这需要大数据技术进行相关图像数据的存储和处理[4]。

（3）传统通信技术无法支撑变电站“遥视”。智能化变电站所需“遥视”的对象分布于变电站各个角落，传统依靠电话线拨号方式收集摄像机的图像信息，通信速度慢、宽带低，无法支撑智能变电站“遥视”功能对通信技术的要求。

随着IEC61850智能变电站的建设，变电站通信建设、数据处理能力和图像水平提高，为变电站“遥视”功能提供了有力支撑[5-6]。本文将结合当前变电站IEC61850系统，依托高效的电力通信网络和电力数据资源，采用高品质的网络摄像机，实现高基准的智能变电站“遥视”功能。

2 设计与实现

智能变电站“遥视”功能，将依托当前智能变电站的IEC61850通信体现，在开放和互联的信息模式基础上，站内二次设备采用建立在IEC61850标准上的数字化设备；一次设备数据则通过电子式互感器、智能终端及过程层网络（SV和GOOSE）实现数字化数据传输。

智能变电站视频及环境监控系统由RPU、视频监控设备、环境量采集设备、报警控制设备、网络设备、存储设备等组成，实现对变电站现场视频及各种环境信息采集、处理、监控等功能；站端系统仅向地区级主站提供一个IP地址供访问；由变电站内UPS提供AC 220V/50Hz交流供电电源，系统配置图如1所示。

图1 视频及环境监控系统Fig1 Videoand environmental monitoringsystem

考虑到当前IEC61850智能变电站都采用以太网为基本通信网络，智能变电站视频及环境监控系统采用基于IP技术的各种视频通信应用，这样能接入IEC61850智能变电站信息系统。

整个智能变电站视频及环境监控系统以远程处理单元RPU为核心，实现视频、语音及环境信息的采集和传输功能。

由于当前电力行业门禁、消防等监测系统还基于RS485/232等传统通信网络，因此，RPU也具备RS485/232通信方式，并将门禁、消防等监测系统所采集的数据通过以太网传送。RPU通过温度传感器、风速传感器、湿度传感器采集变电站运行状态信息，可以实时获知变电站的运行状态，进一步分析变电站的运行状态，并在变电站运行状态出现异常时，及时发出告警信息，通过通信网络将告警信息传递给现场的运行人员以及远方的地区级主站，从而及时处理，消除安全隐患。

红外入侵、水浸探头、红外对射等信息经过网络摄像机采集后，经虚拟网络视频系统或虚拟PIZ网络系统与RPU进行信息交互。

网络摄像机可实时采集变电站全方位、全领域的状态运行情况，甚至可以采集多个变电站的运行状态的图像，实现对智能变电站的运行数据、环境情况，状态参量等进行图像式地直观监测，从而在远方的地区级主站便可以实时地监控变电站的运行情况，实现变电站无人值班。

网络摄像头根据所需要重点观察的智能变电站设备或区域，无间断地拍摄该设备或区域的图像，以实时监控对应的设备和区域状况。随着变电站智能化程度的深入，在偏远的变电站可以采用多个摄像头联动的拍摄策略，通过从多个方位、多个角度对变电站重点设备进行连续、动态地摄像，形成变电站重点设备丰富的图像信息，并通过智能变电站高效的通信系统，将该图像信息传递给远方地区级主站的运行人员，运行人员通过“遥视”获得的变电站重点设备的图像信息，无需到变电站现场，便可实时掌握变电站重点设备的运行情况，并在设备出现异常时做出处理，从而在保证变电站无人值班情况下，也能实现高效的变电站监测功能。

网络摄像机不仅可以实现变电站运行情况的“遥视”，帮助运行人员掌握远方变电站的运行情况，还可以实现网络摄像机的操作，通过调整摄像机视角、方位、焦距等操作，从不同角度获得更好的变电站运行情况图片，从而动态、全面地了解变电站的运行情况。

RPU将所采集的视频及环境监控信号整理成以太网报文，以IEC61850 MMS报文的形式，通过网络交换机接入变电站通信系统。监控平台的系统服务器、值班员工作站、变电站本地工作站，可以通过变电站通信系统获得视频及环境监控信息。同时，RPU也可以通过远程通信与地区级主站交互智能变电站的视频及环境监控信息。

智能变电站视频及环境监控系统完成功能包括：

（1） 监视变电站区域内场景情况；

（2）监视变电站内刀闸的分、合状态；

（3）监视变电站内变压器、断路器、CT、PT、避雷器和瓷绝缘子等重要运行设备的外观状态；

（4）监视变电站内主要室内（主控室、继电器室、高压室、电缆层、电容器室、独立通信室等）场景情况，并实现双向通话；

（5）监测变电站内主要室内（主控室、继电器室、蓄电池室、独立通信室等）温度、湿度和高压场地风力（沿海变电站）以及开关场地电缆沟和端子箱的水浸情况；

（6）实现变电站防盗自动监控，可进行周界、室内、门禁的报警及安全布、撤防；

（7）实现站内消防系统报警联动，并对消防系统运行状态进行监视；

（8）实现对门禁、空调等设备的远方状态监视和控制。

传统的变电站“遥视”系统为了安装变电站图像摄像机，需要在变电站中铺设大量的视频线、电源线和控制线，由于变电站处于高电压、大电流电、具有各种强烈电磁干扰的环境，传统的变电站“遥视”摄像机及其连线容易收到电磁干扰甚至被损坏。

随着基于IEC61850的智能变电站信息体系建立[7]，变电站“遥视”系统可以接入智能变电站通信系统，改变了传统“遥视”系统的视音频形态，并通过智能变电站通信系统，形成了一个数字化、网络化的变电站“五遥”整体结构。利用IEC61850当前普遍使用的光纤以太网等高速网络，进行“遥视”系统所产生的大量视音频的传送，并对“五遥”系统中的数据流进行高效的管理[8]。

3 实例

依靠IEC61850体系的智能变电站“遥视”功能建设，已在广东电网粤西某220kV变电站实现。该智能变电站按照无人值班站设计，从绿色变电站的建设方面考虑配置了变电站视频及环境监控系统，可实现对站内主变、开关场地、高压室、继保室、监控室、通信机房、蓄电池室等场所及其设备实施视频监控和环境监控。如表1所示。

表1 视频监控设备配置原则Tab 1 Videomonitoringequipment configuration principles

该站所配置的变电站视频及环境监控系统，通过高性能的网络摄像机，可以全方位地监视变电站区域内场景情况，包括刀闸的分、合状态，变压器、断路器、CT、PT、避雷器和瓷绝缘子等重要运行设备的外观状态，主要室内（主控室、继电器室、高压室、电缆层、电容器室、独立通信室等）场景情况，变电站监测区域、监测点配置等情况如表2所示。

环境信息监控设备配置如表2所示，变电站视频及环境监控系统接入到变电站IEC61850系统，将所监测的主要室内（主控室、继电器室、高压室、电缆层、电容器室、独立通信室等）的温度、湿度、开关场地电缆沟和端子箱的水浸情况信息上传到变电站监测平台。

表2 环境信息监控设备配置Tab 2 Environment information monitoringequipment configuration

该变电站的变电站视频及环境监控系统不仅可以在本地的监测平台进行监控，还可通过综合数据网将信息传输至地调主站系统，图2为地调主站系统所接收到的智能变电站的现场“遥视”显示。

图2 现场“遥视”显示Fig 2 Live"remotevideo"display

4 结论

传统的变电站图像摄影已无法满足智能变电站的“遥视”要求，本文分析智能变电站“遥视”系统的功能及其建设难点，结合当前智能变电站的发展趋势，设计基于IEC61850的变电站“遥视”系统，具体介绍了智能变电站“遥视”系统的构成和功能。