500 kV变电站视频监控系统的运维探析

卢 伟

（国网四川省电力公司 检修公司，四川 成都 610000）

0 引 言

随着智能电网建设的全面推进，大量变电站投入运营，但运维模式未能随之更新，变电站运维中仍存在管理难度大和技术落后等问题。而智能技术和信息技术的完善为变电站远程监控与故障判断提供了技术支持，利用通信、遥测以及遥感等可以发现运行故障，优化工作效率，保证500 kV变电站电力系统安全高效运行。

1 500 kV变电站视频监控系统功能

500 kV变电站是高压电网的重要组成部分，可分为调度模块和检修模块等，各模块相互协调配合完成变电站的基本功能[1]。500 kV变电站通常处于人员较少的偏僻位置，运维人员需拥有丰富的业务知识和实践经验。此外，为保证变电站能够安全稳定运行，需建设监控系统，实现远程运维，功能要求如下。

（1）兼容性。500 kV变电站监控具有联网化特点，理想的变电站视频监控系统需拥有联网功能和数据传输功能等，便于人员通过网络接收变电站运维数据，做出合理安排。

（2）隔离电磁干扰。500 kV变电站通常在高压环境下运行，周围电磁场强烈，监控系统采集数据时易受电磁干扰，需应用电磁干扰隔离技术，保证超高压条件下设备能够可靠的正常传输数据[2]。

（3）可拓展性。为实现变电站合理运维，需扩大监控系统的监控范围。实际建设时应注重系统的可扩展性，结合实际要求选择设备，设置模块功能，优化网络结构，为系统后续升级提供支持。

（4）开放性与标准性。500 kV变电站监控系统建设成本较高，部门人员需树立全局理念，综合考虑长期系统效益，选择系统设备时需遵循开放性与标准性要求，确保系统能够与行业标准接轨，符合国家建设要求。

（5）实用性。在系统设计中，应保证系统综合性能强大，可以无缝衔接现有变电站系统，并推动原有系统的升级优化。

2 500 kV变电站监控系统架构

2.1 架构设计

在网络布置中，增加变电站监控子站，通过工作站可直接显示网络层数据，实时掌握设备运行中存在的风险[3]。调控中心负责监控变电站设备信息和输变电设备状况等，能够处置系统发送的变位、越限、异常以及事故等信息，数据处理方式见表1。

表1 数据处理方式

架构设计从功能整合与设备布置两方面出发，优化了监控系统，减少设备数量，将二次回路简化。

2.2 系统构成

2.2.1 中心站

视频系统和通信网监控系统为独立系统，中心站内需配制1台视频服务器、两台视频监控工作站以及1台网络集线器，局域网组建依赖于网络集线器，通过视频监控工作站和服务器接收或解码内部图像，管理登录用户，分配用户等级与访问权限[4]。同时还能在监控画面的基础上监控变电站运行数据，及时发现问题。中心站搭建中各项硬件品质高，性能良好，可为中心站运行提供保障。在显示器上，能够显示摄像头画面，便于人员监控变电站情况。

2.2.2 监控端站

监控端站能够采集现场数据、视频以及音频等信息，主要由网络视频服务器与摄像机单元构成，两者均能够采集与存储视频。通过网络视频服务器与摄像机单元处理信息后，可将信号数字化，通过编码器进行压缩解码，完成全过程信息传输[5]。在系统中，监控端站受中心站控制，执行中心站命令（见图1）。视频编码器能够自动控制镜头，完成视频编码。在整体系统运行中，远程监控与操控平台均由视频服务器提供参数或视频等信息，连接以太网后能够查看浏览器图像。

图1 监控中心监控流程

2.3 接入移动端

在移动端接入中，通过防火墙部署接入前置机，实现平台与移动设备通信、前置机与后端接口服务器通信以及防火墙后端与前置机通信，且通信信息能够统一显示在Web服务器上[6]。接入移动终端分为4个模块。

（1）FEP-2。在M-FEP上部署，负责和安全区通信，受防火墙访问限制。其属于连接网络服务端，不能主动发起连接，仅负责监听请求，且在缓存队列中发送请求至INF-2模块。

（2）FEP-1。在M-FEP上部署，负责监听设备端口请求，缓存请求列队，监听端口包含XMPP协议端口与http协议端口[7]。

（3）INF-1。在M-FEP上部署，能够和应用系统通信。接收FEP-2报文后利用INF-1中继向Web服务器发送，服务器应答报文利用INF-1缓存中继，向INF-2传输。

（4）INF-2。在M-FEP上部署，能够和安全区通信，受防火墙访问限制。其连接网络客户端，主动连接FEP-2，交互内容包含应答报文与移动端请求。

2.4 优化通信网络

新型架构以变电站全局为出发点，整合优化通信网络，采取两层网络与三层设备结构模式，合并过程层的GOOSE与SV网络。该方案能够整合智能终端端口、合并单元，减少测控装置接口数量、装置功耗、发热量、交换机数量，降低了系统建设成本，保证数据传输更加便捷有效[8]。在系统架构中优化通信网络，通过一个网络控制3层设备，将站控层网络与过程层网络合并，全站仅使用一个网络，有效简化网络结构。

2.5 整合站控层功能

在监控系统站控层中，选用云平台架构、开源框架及开源虚拟软件。监控平台产品以Browser/Server架构为基础，通过设置各项功能模块，实现资源分配、用户角色管理、远程访问以及运维虚拟机状态和硬件设备监视等服务[9]。站控层软件依托于视频监控平台，融入服务体系架构，实现站控层功能接口访问。应用功能接口在监控平台上部署，对接服务功能接口，服务接口与上层服务管理模块、代理模块以及消息模块选用服务协议通信，实现服务注册、定位、注销、状态推送以及调用等功能。服务化接口是针对站控层功能落实的规范化接口，基于变电站服务成果，实现代理网关通信、站短服务管理、服务化接口代理以及应用功能的对接适配，保证访问量均衡负载。此过程中，可将提供服务者分为两种。一是站控层系统拥有功能组件，调整接口为标准接口，实现功能和服务实体分离，能够异机部署和同机部署，如文件访问服务；二是站控层监控设计与实现不具备的功能，设计接口为标准接口，功能和服务实体为相同软件模块，如顺空服务。

2.6 间隔层集群测控

在间隔层应用集群测控装置，由物理设备实现全站间隔测控，具有动态部署测控功能，可以实现动态迁移与部署。每台集群测控装置中均保存系统配置，包含全站SCD文件、装置类型、编号及对应测控逻辑的CID模型等，按照对应关系，可将文件和编号等在集群测控中实现初始化注册[10]。完成初始化后，变电站每个间隔均有测控逻辑运行，正常运行中，集群测控装置可借助任务管理程序监控逻辑测控可靠性，并以负载平衡方式动态迁移测控装置。

3 功能开发与实现

3.1 诊断类功能

诊断类功能主要包含故障设备定位和诊断设备预警两种。其中，故障设备定位功能可收集主站信息，将信息传输至信息平台，通过分类管理信息与信息过滤的方式在线分析变电站设备运行情况，确定出现危险或发生故障的设备，明确其故障原因。诊断设备预警功能可在设备故障后将图标信息显示在平台上，工作人员点击后即可获取故障信息，调取对应故障事件的曲线对话框。

3.2 作业类功能

作业类功能的核心是给运维管理人员安排任务，在生成巡维任务后，通过任务池实现统一管理，合理配置巡维资源，做到全过程管控。具体包括5个部分。

（1）智能排程。综合分析巡维车辆、值班人员工作、巡维任务，生成资源调度方案。

（2）优化巡维计划。生成巡维任务后，按照计划时间给出合理建议，以免不同巡维中心同阶段作业，导致现场不可控。

（3）分派工单。巡维任务分派至移动终端。

（4）过程管控。移动终端上传GPS信息，系统能够显示整体询问过程信息，包含实际达到时间、预计到达时间、出发时间、截单时间以及完成时间等，地图中也能够显示巡维人员与车辆位置，任务中自动回填信息至管理系统，实现闭环管理。

（5）评价任务。完成巡维任务后，系统按照可定义方法评价执行情况，结合完成时间给出结果。

3.3 监视类功能

监视类功能主要包括4个方面。

（1）图像监视。在2M宽带上能够单向传输视频信号，传输中可调10 Kb/s～2 Mb/s网络宽带，支持移动侦测，任何摄像机画面均能够显示在主站监视器内，控制镜头与云台监控设备。

（2）警视联动。发生报警后，显示器图像画面会自动切换为报警区域监控画面，同时系统会自动录像，便于后续处理分析。

（3）灯光控制。为提高防火报警效果，安装RTU烟雾报警装置，结合视频图像捕捉现场情况，设置报警模块时刻关注监控图像存储间隔、方式及时间等，便于后续查询。

（4）设备运维。系统汇总运维任务执行信息，包含缺陷管理、设备台账、交接班记录、巡视管理、操作票管理、试验管理以及检修管理等，主界面中显示GIS信息和监视人员地理位置，便于统一管控。

3.4 协同类功能

协同类功能能够实现人员协同作业，建立人员与专家交流通道，实现专家会诊[11]。人员能够利用移动端上传现场疑难问题，专家则根据问题开展会诊分析，提供工作指导与解决方案，以视频、语音或文档等方式远程提供技术支持。

4 结 论

综上所述，在500 kV变电站中搭建视频监控系统能够实现对变电站的远程监控，特别是在人员较少的偏远地区可实现区域性系统运维监控，减少子站值守人员，降低变电站运营成本，从而推动电力系统实现进一步发展。