深圳抽水蓄能电站监控新技术应用研究与实践

李德芳，李 毅，李 青，沈 燕，万 波，马 程

(1.调峰调频发电公司工程建设管理分公司，广东 广州 510630；2.深圳蓄能发电有限公司，广东 深圳 518115)

0 引 言

深圳抽水蓄能电站(以下简称“深蓄电站”)位于深圳市东部，下水库和地下厂房在龙岗区，上水库位于盐田区小三洲，总装机容量4×300 MW，担负着深圳及广东电网调峰调频任务。

深蓄电站周边均为原始林地，植被保护完好，处于一级水源保护区域。一条市政公路和若干绿道穿越上库库区，以上库为中心半径5 km范围内有大峡谷、茶溪谷、梅沙尖、马峦山郊野公园、盐田海边栈道等休闲旅游景点。

2018年深圳百公里徒步盛会举行。从龙岗大运中心出发，跨越深圳第一高峰梧桐山、途经依山傍海马峦山绿道、穿过美丽的东部华侨城和洞背桥头，最终11 893人抵达位于大鹏半岛文化广场，全程97.8 km[1]，深蓄电站上水库环库路就是其中的一段路程。

随着2015年6月上水库建成蓄水及环境配套设施日益完善，形成了一个优美的高山平湖景观，站在大坝上可以将盐田港一览无余。每当大雾笼罩海风飘过，山峰树木、亭台楼阁若隐若现，宛如人间仙境。随着上水库游客增多，对电站各种建筑设施安全管理提出了考验，为了满足“供电等场所和部位应当装置符合技防标准的技防产品或者技防系统”[2]，采用新技术建设安防监控势在必行。

1 监控系统基本架构

图2 硬件平台架构

1.1 网络架构

深蓄电站视频监控网络采用接入、汇聚和核心三层结构，如图1所示，符合“分层、分区的分布式结构”原则[3]。利用厂内光纤传输通道形成环网，在现场办公楼、地下厂房、开关站、上库各设1套环网汇聚交换机，根据前端设备的位置和数量布置接入交换机，下库接入交换机接入现场办公楼汇聚节点。

图1 视频监控系统网络拓扑示意

(1)核心层。在现场办公楼信通机房设置2台核心交换机(华为S7706)，使用虚拟交换技术将两台物理设备虚拟成一台逻辑设备，满足设备冗余要求。核心交换机和汇聚交换机之间利用LACP链路聚合技术，将两条链路捆绑成一条链路提高网络带宽，从而提高网络设备及链路的可靠性。

(2)汇聚层。在现场办公楼、地下厂房、开关站和上库各配置1台汇聚交换机(华为S7703)组成环网，通过厂内主干光缆互联接入视频监控核心交换机，实现汇聚层到核心层万兆链路。

(3)接入层。接入交换机分布在各个区域，将所有前端摄像机等设备连接到交换机，再以千兆链路接入汇聚交换机，实现前端视频实时畅通传输。

1.2 系统架构

1.2.1硬件平台

工业电视及安防使用同一分布式结构硬件平台，如图2所示，设备布置在信通机房。系统平台按南方电网地区级主站配置[4]，由服务器、工作站、网络设备等构成。平台级联服务器、管理服务器、流媒体服务器冗余配备且分布部署，服务器和工作站等设备通过冗余配置的网络互联，符合“关键应用的计算机硬件应冗余配置”的要求[2]。

通过VLAN划分，安防接入交通洞门楼安防监控室，工业电视与全厂计算机监控系统共用一个大屏幕。

1.2.2软件平台

视频平台为海康iVMS-9800，基于J2EE技术框架采用易于业务整合的SOA面向服务的架构，通过将前台展示、中间业务层和后端数据存储相分离的架构思想来支持平台的多层架构设计。

平台形成资源模型扩展框架，能够按照实际接入设备的特性进行动态建模，通过配置与开发少量接口实现不同厂家、产品、类型的设备接入并进行管理。该平台具有如下优点：①软件环境适应能力强，支持主流操作系统、Web中间件、数据库产品以及第三方标准中间件产品的开发和运行环境。②支持对视频设备在线状态、图像质量、录像计划进行检测，统计分析采集后的设备、服务信息，支持报表定期生成和下载。③支持Smart2.0，接收与处理越界、区域入侵、进入区域、离开区域、徘徊、物品遗留、物品拿取、人员聚集、快速移动、停车等10种行为侦测告警；画面虚焦、场景变更、拾音器断、声强突变4种异常侦测；人脸和车辆侦测特征识别；过线计数(客流量)统计分析。

1.3 站端系统

站端系统由站内通信控制器、存储单元、环境信息采集单元、网络设备等组成，实现对站端视频及环境信息采集、处理和监控。4个站端系统包括开关站、上库、地下厂房、现场办公楼。开关站站端系统示意如图3所示。开关站站端配置1台环网汇聚交换机、2台通信控制器、1台环境采集单元、2台存储单元、24口光纤和POE电口交换机各1台。其中，环境采集单元配置4个水浸传感器和12对红外对射；存储单元的高清摄像机视频存储一个月容量为1.3T，开关站31个摄像机配置45TB(含12%冗余)；通信控制器包括开关站安防设备3套、工业电视28套，每台通信控制器可处理64路视频信号，冗余配置2台。

图3 开关站站端系统

1.4 分布式存储系统

系统采用分布式存储结构(见图4)，存储单元支持SMI-S存储管理接口标准，可进行统一的设备状态监视及资源管理。在4个站端系统中分别配置足够容量的存储单元，平台中心配置1套IP-SAN集中存储[5]。各区域视频存储在站端系统，重要的或检测异动的视频同时传输到平台中心存储。

图4 存储子系统结构

站端存储单元(海康DS-A816R)的容量根据视频数量进行配置。每个摄像头以200万像素(1080P)4Mbps码率实时保存，保存时间30 d需要的存储空间约1.3TB。为了确保录像存储空间充足，预留12%的冗余容量。

集中存储容量为20TB(海康DS-A72024R)，存储重要视频作为站端的备份，并配置1+1冗余电源。

1.5 门禁一卡通系统

电站实行员工身份识别一卡通，从统一网络平台和数据库以及身份认证体系、数据传输安全、各类管理系统接口等方面综合考虑，构建系统硬、软件管理平台(见图5)，满足系统实用和管理便捷。

图5 一卡通系统结构

新建门禁系统支持非接触式IC卡读写，与已有的工卡(CPU卡)兼容，添加相应授权，即可实现消费、工卡和门禁系统一卡通，避免了重复建设。

系统包含门禁系统、车辆进出控制系统、人员出入闸机管理、访客系统等。门禁系统与消防系统联动协同运作，紧急情况发生时消防通道自动打开，提供软件或硬件两种与消防联动模式。

2 监控新技术应用

2.1 人员流量统计与分析

人员流量和出入车辆流量的统计依靠安装在各路口、道闸出入口的摄像机完成，相应的摄像机具备流量统计功能。

通过监测各个入口进行流量统计与分析人员的行走路线，监测违反引导标志的情况。摄像机布置在绿道及公路出入口、岗亭、道闸等部位。通过对人流量的统计，统计出入口人流量及流动的线路，对违反引导标志的人员数量可以进一步分析，以确定是否需要修正或增加指示标识，由安防系统通过现场广播实时发出语音警示和引导，或者提示就近的保安人员前往疏导。

地下厂房通过出入口的监测统计，实时掌握人员的活动信息，有利于在紧急情况下确保人员安全，防止意外发生。

2.2 行为分析

行为分析是一种主动的周界安全防御新技术，它克服了视频监控以人工监控和视频记录的不足，如人工监控很难做到随时监控，存在漏报以及报告不及时等缺点；视频记录是一种被动的事后检视行为，也不利于及时发现、及时处置。

水库区域、机电设备或者水工观测设施，外来人员有意或无意进入滞留其间，攀爬或翻越栏杆、围墙，徘徊在潜在的危险区域都存在安全风险，若有异常行为，监控系统及时弹出画面报警。

设备设施等重点区域，平常人员活动较少，一旦发现人员长时间滞留，通过行为分析识别，系统即时做出反应。

2.3 图像边界防护

边界告警(包括视频丢失、视频剧变、警戒线、警戒区、入侵检测)等功能，每路视频可设4条警戒线、2个警戒区域，并支持规则组合。

通过后台监控图像，可以划定警戒线和警戒区域，一旦移动目标有越过边界线或侵入警戒区域，立即发出报警信号。

2.4 机器视觉识别

在周末及节假日，从绿道或市政公路徒步、骑行或者自驾进入电站的人员，尤其是上库人员最多，应地方公安机关的要求，将深蓄的安防系统与当地治安联动。通过运用机器视觉技术，实现对可疑人员自动检测比对、特征识别、展开实时跟踪，多摄像机连续跟踪，存储现场信息并联动告警。

深蓄电站开关站、地下厂房、高压电缆洞等电力设备区域，安装的机器视觉系统(图像型火灾探测器TS-VID612S)，火焰响应时间≤15 s，烟雾响应时间≤50 s，探测距离300 m，用于检测发电机、变压器、开关等大型高压电气设备环境的火焰及烟雾识别报警。

安装在地下厂房集水井的摄像机也具备水位异常升高视觉识别及报警功能。

2.5 人脸识别

人脸识别是将人脸库、身份证库、门禁系统通过人脸识别系统完美地整合在一起，当前人脸识别技术的研究和应用已成为人工智能与识别领域的热点。

现场办公楼财务室、备品备件仓库等重要区域的门禁系统与人脸识别融合使用，进入前在刷卡的同时，由安装在室外的摄像机进行人脸抓拍，并与预存的人脸图像数据库人员照片比对，比对成功后门禁系统才能开启，有效防范工卡被盗用的情况。

从交通洞回车场进入主厂房及主变洞的翼闸上可使用人脸识别或者刷卡方式通过翼闸，同时对进出人员自动动态计数，以随时掌握该区域的人员情况，为应急救援提供有利条件。

2.6 车牌识别管理

成像清晰是牌照识别技术的关键，整个图像成像控制系统是一个由抓拍摄像机、智能补光灯、成像控制软件组成的精密系统，使用软硬件控制图像的曝光，保证车牌成像清晰度，有利于人工辨认和机器自动识别车辆牌照信息，包括颜色识别、车型识别及车辆流量统计功能。对于厂内车辆可通过系统授权，将厂内车牌存入数据库中，在各个站点对许可通行的厂内车通过车牌识别系统自动识别车辆和放行，也可对不同站点的权限进行授权识别放行。对于来访车辆可通过事前预约，将来访车辆的车牌录入系统，临时授权通行。

2.7 摄像机自适应透雾技术应用

上水库位于海边高地，周边均为原始林地，年浓雾天气占比超过20%，每当大雾笼罩，安防系统实时自动监测效果下降，游人存在无意识进入危险区域，也影响中控室实时察看水库水位标尺。

采用透雾摄像机能根据图像灰白程度智能判断雾气的浓度，在不同的透雾模式下可自动调节透雾等级，在各场景间可实现不同模式的自动切换，保证全天候监控。

浅雾时开启SSD算法透雾模式，根据雾的浓度，自动调节透雾程度，提升透雾效果，生成彩色视频；浓雾时开启超级透雾模式，根据雾的浓度，自动调节透雾程度，增强透雾效果，输出黑白图像。

2.8 高压电缆洞轨道巡检系统(轨道机器人)

连接地下厂房与地面开关站之间的高压电缆洞长372 m，上下高程差212 m，整体坡度37.7°[6]，共分为8段，段与段之间设置一个平台。

洞内巡检是日常运维工作之一，人工巡检一次需要1 h，还要安排车辆到另一侧接送。由于梯级坡度大，风险较高，工作效率低下。采用轨道巡检既达到效果，减轻作业强度和又无人员风险。

采用高分子静音复合航空铝轨道，机器人驱动轮采取轨道内置驱动履带结构，保证运动线路的平稳，不受外部环境及轨道表面异物的影响。在洞顶分8段架设轨道，摄像头及辅助照明安装在轨道小车上，通过驱动机构来回移动摄像头。

可控制云台的三维运动、摄像机的变倍、变焦以及灯光照明等。具有智能自动巡航和无人值守监控模式。在中控室即可随时察看电缆洞的情况，代替现场巡检。

2.9 监控及语音警报

在安防监控室设置一套2×3LCD拼接屏，作为安防监控集中显示和报警。通过自动语音警报和监控室远方呼叫两种方式实现语音报警功能。

摄像头把现场的图像实时传送到后台服务器，由系统通过行为分析、图像边界识别等方式，当判断人员的行为触动预设条件，就将相应的语音报警信号转变为音频，利用网络摄像机的音频输出功能，以及视频监控的传输网络进行传输，发送到摄像头监测现场立柱上的扬声器播放出来，由系统完成自动语音警报。

监测到异常情况后同步在监控屏上弹出报警，或者监控人员发现有需要及时制止的行为时，通过安防室麦克风喊话，可实现一对一、一对多广播呼叫。

2.10 防风防汛和应急管理

深蓄电站邻近海边，每年都受到台风的影响，防风防汛持续时间长。上库、下库区域风速计可以实时掌握风力等级；有观测水库水位标尺专用摄像头，直接看到水位的数值；开关站室外电缆沟内安装有水浸传感器。

现场安装工业电视摄像头240个，安防摄像头99个，全部为1080P高清摄像机，在应急处置时可以察看相应的视频，通过监控室可以比较全面掌握现场建筑设施及机电设备情况，提供辅助指挥决策。

系统支持各站端通过接入交换机布放临时摄像机，也达到快速扩充满足应急处置的需要。

3 结 语

2018年9月随着4号机组投入商业运行，深蓄电站工程全面建成。监控系统为电站正常运行保驾护航，系统设备型号均按规定标准和程序测试[7]。高清摄像机、视觉识别、行为分析、边界防护和等新技术的应用为工程项目增添了亮点，使电站现场管理更加智能化、规范化，为提高工作效率增添了辅助手段。

随着监控黑科技不断涌现，深蓄电站的监控新技术应用研究没有停步，如水库水位监控自动识别技术、安防反恐应用研究等，将进一步提升企业的精益化管理水平，为智慧电网建设探索出一条可行的道路。