李仕強

【摘 要】隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，無人值守變電站逐漸增多，為保障電網(wǎng)安全運行，并解決無人值守變電站的安全防范問題，非常有必要進行變電站遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的建設。文章論述了圖像監(jiān)控系統(tǒng)的技術及特點，闡述了圖像監(jiān)控系統(tǒng)在無人變電站中的作用，變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實施及應用，將提高無人值班變電站的安全運行水平。

【關鍵詞】變電站；遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)；運行狀態(tài)

隨著電力電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡通信技術以及多媒體信息處理技術在電力系統(tǒng)應用中的不斷完善，變電站監(jiān)控系統(tǒng)正從常規(guī)靜態(tài)監(jiān)視監(jiān)控向數(shù)字化網(wǎng)絡遠程監(jiān)控方向發(fā)展?；诮y(tǒng)一信息平臺的圖像監(jiān)控技術已日臻成熟，遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)已逐步成為變電站無人值守運行管理強有力的輔助監(jiān)控工具。通過該系統(tǒng)，能實現(xiàn)對變電站區(qū)域內(nèi)的遠程監(jiān)控和調(diào)度；監(jiān)視站內(nèi)運行設備的外觀狀態(tài)及室內(nèi)環(huán)境情況；實現(xiàn)變電站防盜及防火的自動監(jiān)控；并可提供事后分析事故的有關圖像資料。

1.實現(xiàn)變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的因素

如何將變電站遠程的監(jiān)視、遙控、防盜、消防和報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有機的結合起來，做到既可以遠程監(jiān)視、 遙控和圖像的傳輸，又具備環(huán)境的整體監(jiān)控，并且具有通常聯(lián)網(wǎng)報警的功能。投入費用既要合理， 又能有效地預防、打擊犯罪，保障財產(chǎn)安全。因此，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定，將安全防范技術提高到一個新的水平， 這已經(jīng)成為當前變電站監(jiān)控應用發(fā)展的主要方向。

針對無人值守變電站的特點，我們建立的圖像監(jiān)控系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能：

1） 監(jiān)視系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)必須要有機的聯(lián)動結合， 從而提高無人值守或少人值守變電站人員和設備的安全性及便利性；

2） 傳輸方式基于 TCP/IP 網(wǎng)絡，圖像壓縮技術成熟、可靠；

3） 具有現(xiàn)場圖像畫面、人員進出情況、特定環(huán)境的報警信號等數(shù)據(jù)及時地傳回監(jiān)控中心的功能；

4） 所有圖像數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)必須遠程傳輸，并且對數(shù)據(jù)的記錄存儲要做到全面、細致。使得數(shù)據(jù)的存儲、檢索、回放、備份、恢復利于管理和服務；

5） 系統(tǒng)的管理采用分級權限，不同的人員具有不同的使用權限，以便實現(xiàn)安全化管理；

6） 系統(tǒng)必須采用模塊化設計，各個功能模塊可根據(jù)需要添加，保證系統(tǒng)具有靈活的擴展性和友好的人機對話界面。

2.變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)技術

圖像監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富被廣泛應用于各行業(yè)中。隨著數(shù)字圖像壓縮技術的日益成熟及計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，為遠程圖像監(jiān)控技術提供了條件。目前，監(jiān)控方式可分為三類：模擬圖像監(jiān)視、基于 PC 的多媒體監(jiān)控和遠程網(wǎng)絡圖像監(jiān)控。

2.1 模擬圖像監(jiān)視

它被廣泛應用于保安、生產(chǎn)管理等行業(yè)。圖像監(jiān)控系統(tǒng)一般采用模擬方式傳輸， 采用圖像電纜，傳輸距離不能太遠，主要應用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控，監(jiān)控圖像一般只能在控制中心查看。

2.2 基于PC 的多媒體監(jiān)控

隨著數(shù)字圖像壓縮編碼技術的日益成熟， 微機的普及化， 為基于 PC 的多媒體監(jiān)控創(chuàng)造了條件。在遠端監(jiān)控現(xiàn)場， 有若干個攝像機、各種檢測、報警探頭與數(shù)據(jù)設備， 通過各自的傳輸線路，匯接到多媒體監(jiān)控終端PC上，通過通信網(wǎng)絡，將這些信息傳到一個或多個監(jiān)控中心?；赑C 的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)功能雖強，但穩(wěn)定性不夠好， 功耗高，費用高， 結構復雜，需要有人值守，同時，軟件的開放性不好，傳輸距離明顯受限。

2.3 遠程網(wǎng)絡圖像監(jiān)控

基于嵌入式技術的遠程網(wǎng)絡圖像監(jiān)控主要的原理是：網(wǎng)絡圖像服務器內(nèi)置一個嵌入式芯片，采用嵌入式實時操作系統(tǒng)。攝像機傳送來的圖像信號數(shù)字化后由高效壓縮芯片壓縮，通過網(wǎng)絡總線傳送到Web 服務器。

3.變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的組成

變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)由多個遠程現(xiàn)場和一個監(jiān)控中心組成，在遠程現(xiàn)場和監(jiān)控中心之間有PCM 2M通訊線路連接，在遠程現(xiàn)場均有若干攝像機，攝像機的鏡頭、 云臺可控， 并可加若干傳感器、警燈、警號等外圍設備。在監(jiān)控中心可以任意監(jiān)視各個現(xiàn)場， 并能收集到各現(xiàn)場的報警信息。監(jiān)控中心由中心機房內(nèi)部的多媒體監(jiān)控主機和機房以外的網(wǎng)絡分控計算機組成。系統(tǒng)可以隨時方便、即時地檢索、回收記錄存貯的圖像， 并可按時間、地點（鏡頭）或圖像文件進行檢索和回放?；胤艌D像穩(wěn)定、清晰，可反復讀寫， 不存在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中所存在的錄像帶的信號衰減和磨損問題。

4.變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)配置

4.1 廠站端設備

主要由前端設備和圖像編碼壓縮服務器組成（包括攝像機單元、控制解碼器、圖像矩陣、報警控制設備、麥克風和音箱、編解碼器等）。在有人值守的遠程現(xiàn)場可以設置多媒體控制計算機，也可以設置控制健盤， 這些控制設備可以控制該現(xiàn)場的攝像機切換，鏡頭、臺動作， 并且可以處理報警信息。對于無人值守的現(xiàn)場可以不放置計算機，建議放置控制鍵盤。廠站端設備在系統(tǒng)中的作用是采集現(xiàn)場的各種圖像、音頻、數(shù)據(jù)等信息，并通過編解碼器進行處理，將模擬信號數(shù)字化并壓縮編碼， 以便于在可利用的數(shù)字通訊線路上進行傳輸。同時廠站端還具有把主站端傳輸過來的控制命令解碼后控制鏡頭、 云臺等可控裝置。其次，系統(tǒng)應具有多畫面視窗， 1～16個畫面任意分割方式；圖像清晰，畫面流暢， 徹底杜絕馬賽克、圖像邊沿鋸齒及拖動現(xiàn)象；在保證高品質畫面的同時，降低傳輸碼流，實現(xiàn)了真正的海量存儲。

4.2 通道傳輸設備

遠距離傳輸起到連接變電站和監(jiān)控中心的橋梁作用，也是系統(tǒng)最關鍵的組成部分，傳輸系統(tǒng)的性能直接決定著系統(tǒng)監(jiān)控中心圖像和數(shù)據(jù)的質量。這部分設備要根據(jù)通信通道選取。眾所周知，現(xiàn)場攝像機采集到的模擬信號是不能直接在網(wǎng)絡上傳輸?shù)模?必須先數(shù)字化；而25幀/s的彩色活動圖像在數(shù)字化后約需67 Mbit/s的傳輸帶寬，目前只有在光纖上才能實現(xiàn)傳輸，其浪費是顯而易見的。在有限的帶寬下（ 通常為2 M）實現(xiàn)遠程圖像實時監(jiān)控，就必須對圖像進行壓縮。

電力系統(tǒng)主要的傳輸方式是 E1線路傳輸方式： E1（2M速率） 組網(wǎng)適用于要求圖像傳輸?shù)拇笮驼颈O(jiān)控，而且站方應有豐富的傳輸資源。各個遠端被控站的圖像和數(shù)據(jù)通過一條各自獨立的E1線路進入到分控中心和集中監(jiān)控中心構成的TCP/IP網(wǎng)絡。在遠端變電站的圖像壓縮設備將監(jiān)控圖像編碼壓縮， 并打包為 IP 數(shù)據(jù)包， 透過 E1線路進入省電力公司的IP 以太網(wǎng)， 在分散監(jiān)控中心和集中監(jiān)控中心由圖像處理設備選擇變電站的圖像進行解碼輸出，送到監(jiān)控中心進行處理。這種方式的優(yōu)點在于傳輸?shù)目煽啃愿摺?實時性好、 圖像質量高?？梢杂霉鈧鬏?SDH/PDH中的E1接口，節(jié)省資源。采用TCP/IP網(wǎng)絡傳輸時， 當需要增加監(jiān)測變電站時， 只需要增加變電站的前端設備，在監(jiān)控中心不需要增加相應的圖像處理設備，增加了擴展的余地。

4.3 主站設備

簡單的主站僅僅由一個或數(shù)個監(jiān)控終端組成，它們往往以分時形式完成一對一或一對多的圖像監(jiān)控任務。復雜的主站設備包括報警數(shù)據(jù)庫服務器、 數(shù)字錄像數(shù)據(jù)庫服務器以及多個監(jiān)控終端和大量的輔助監(jiān)控終端，這種構造更符合集中式（對于變電站來說） 和分布式（ 對于監(jiān)控終端來講）的原理，并且可以方便地建立分級監(jiān)控體系，是變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)未來的主流發(fā)展方向。

5.實現(xiàn)變電站圖像監(jiān)控的安全性分析

常規(guī)意義上的四遙系統(tǒng) 是調(diào)度自動化的主要內(nèi)容，它們是實現(xiàn)變電站無人值守的必要條件。但僅僅依靠調(diào)度自動化的現(xiàn)有技術手段，實現(xiàn)變電站的無人值守是不完善的，這是因為變電站是電力生產(chǎn)重點場所， 安全性能要求非常高，為了保證安全， 應對環(huán)境狀況、 設備運行、 文明生產(chǎn)等各類情況加以監(jiān)控。特別要防范火災、爆炸、泄露、失竊以及惡意破壞等現(xiàn)象的發(fā)生， 對安全生產(chǎn)構成極大威脅的情況加以監(jiān)視， 只有這樣，才能切實提高實行無人值守之后的變電站的安全水平。以圖像監(jiān)控為核心的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)， 它可以包含各類報警信號（ 如紅外、運動、門磁、聲音、震動、微波、濕度、溫度等），經(jīng)中央單元的處理， 進行圖像錄像，并聯(lián)動各類行動輸出（如報警、鎖具、消防設備等） ，經(jīng)過進一步開發(fā)，可以較好地應用于無人值班變電站。對于常規(guī)的圖像監(jiān)控系統(tǒng)（即工業(yè)電視系統(tǒng)），不具備上述功能， 使得它不適用于變電站的圖像監(jiān)控； 此外， 它的信號傳輸范圍有限（通常為1km 范圍內(nèi)）， 并且需要有專人負責操作和管理； 而變電站數(shù)量多、分布廣，每個變電站安裝一套工業(yè)電視系統(tǒng)并安排專人值守有悖于無人值守的初衷。因此， 將一個地區(qū)的數(shù)個甚至是幾十個變電站， 通過網(wǎng)絡遠程圖像監(jiān)控手段統(tǒng)一管理起來， 建立一個集中式的圖像監(jiān)控系統(tǒng)是解決變電站圖像監(jiān)控的合理方法。

6.結束語

變電站綜合自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠方的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)（即“四遙”）功能，由于遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用，使變電站綜合自動化系統(tǒng)又增加了遙視功能，由“四遙”發(fā)展到了“五遙”，進一步加強了對無人值守變電站的運行管理，保證了電力系統(tǒng)的安全。