近幾年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力行業(yè)的發(fā)展也從未停歇過腳步。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為保障變電站日常安全和生產(chǎn)管理的重要組成部分。通過“遙視”來配合變電站的四遙系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站的無人、少人值守，但傳統(tǒng)的模擬監(jiān)視設備已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代化無人值守變電站的建設需求，例如常出現(xiàn)回放的清晰度低、遠距離的監(jiān)控效果差、圖像受電磁場干擾嚴重等現(xiàn)象。而本文介紹的方案就是通過選擇網(wǎng)絡高清攝像機替代模擬攝像機在變電站視頻監(jiān)控中的應用，來探討變電站向全數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的發(fā)展的技術(shù)過程。

　　系統(tǒng)作用

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)在無人值守變電站中發(fā)揮的主要作用是：

　　· 監(jiān)視變電站內(nèi)的變壓器、斷路器等設備的運行狀態(tài)及外觀;

　　· 監(jiān)視變電站接地刀閘、隔離開關(guān)等設備的分合狀態(tài);

　　· 監(jiān)視變電站內(nèi)CT、PT、絕緣子等設備的外觀狀態(tài);

　　· 監(jiān)視變電站大門出入人員及車輛情況;

　　· 監(jiān)視變電站內(nèi)主要室內(nèi)(主控室、繼電器室、高壓室、電纜層、電容器室、獨立通信室等)場景情況;

　　· 監(jiān)視變電站整個區(qū)域內(nèi)的場景情況;

　　· 與站內(nèi)報警系統(tǒng)形成圖像聯(lián)動(包括周界、室內(nèi)及消防);

　　· 對變電站環(huán)境數(shù)據(jù)進行監(jiān)控;

　　· 與變電站自動化系統(tǒng)的聯(lián)動等。

　　系統(tǒng)方案設計

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　如今無人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了監(jiān)視系統(tǒng)外，還集成了報警系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)，并與變電站自動化系統(tǒng)形成聯(lián)動。通過站端處理單元(RPU)接入視頻信號、音頻信號、報警信號、模擬量、語音對講、網(wǎng)絡攝像機等，然后通過一臺設備完成上述各類系統(tǒng)的采集和接入(如圖1)。

圖1   無人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖 [nextpage]

　　視頻采集

　　該系統(tǒng)的主要功能是變電站的監(jiān)視，包括報警系統(tǒng)的聯(lián)動和與變電站自動化系統(tǒng)的聯(lián)動，而監(jiān)視的核心就是前端攝像機。所以說，攝像機的好壞，直接影響到變電站的監(jiān)控效果。變電站采用的攝像機多為模擬攝像機，一般清晰度在480線、總像素約為40萬，也有的攝像機標稱600線其實際有效像素也不超過44萬。在實際應用中，這種清晰度很難滿足現(xiàn)代化變電站視頻監(jiān)控的需要。在網(wǎng)絡攝像機飛速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡高清攝像機有效像素一般為100萬像素，甚至可達300萬像素，這將前端視頻采集的圖像質(zhì)量提升了一個檔次。

　　利用網(wǎng)絡高清攝像機可實現(xiàn)對站內(nèi)全景監(jiān)控，讓整個變電站盡收眼底，不會出現(xiàn)像普通攝像機那樣的死角。高清晰的圖像給操作人員帶來便利，不會因為畫面的模糊而帶來辨別上的困擾。且清晰的畫面還給圖像智能分析系統(tǒng)提供一個很好的環(huán)境，可以更好的對采集的圖像進行分析。

　　主控室、保護室通過安裝360°超大視野范圍的網(wǎng)絡高清攝像機，一臺即可替代多臺模擬攝像機，在獲得高清的圖像的同時也減少了布線量和設備的預算。

　　圓形的監(jiān)控畫面如果不習慣還可以拆分成兩個普通監(jiān)控視角，這樣開關(guān)室一覽無遺，并且兩個大門也在監(jiān)控范圍內(nèi)。

　　網(wǎng)絡高清攝像機采用的圖像傳感器件是CMOS，它具有體積小、速度快、功耗低的特點。通過十多年的發(fā)展，CMOS已普遍應用在網(wǎng)絡高清攝像機當中。結(jié)合內(nèi)嵌的處理芯片，可對圖像進行處理，如白平衡調(diào)整、寬動態(tài)、圖像畸形校正、數(shù)字降噪、PTZ等。網(wǎng)絡高清攝像機還具備前端SD卡存儲、語音對講、溫度采集等功能。

　　在變電站內(nèi)可以通過安裝網(wǎng)絡高清球機，來對各個刀閘、開關(guān)、CT、PT到等站內(nèi)設備做監(jiān)視。球機關(guān)鍵預置點位的設定，可以在變電站自動化系統(tǒng)操作站內(nèi)設備時，取得良好的視頻聯(lián)動效果。

　　圖像傳輸

　　模擬攝像機在傳輸時，多半采用同軸線纜傳輸。同軸線纜雖然具有屏蔽層，但是由于接頭部分的處理、長距離傳輸?shù)葐栴}，使圖像總是出現(xiàn)網(wǎng)紋、變形等現(xiàn)象，雖然可以利用視頻光端機減少傳輸過程中帶來的干擾，但攝像機輸出的畢竟是模擬信號，從攝像機輸出口到光端機這段線路如果處理不好，仍會導致視頻源出現(xiàn)干擾。

　　網(wǎng)絡高清攝像機跟模擬攝像機相比傳輸較為簡單。網(wǎng)絡攝像機直接輸出的就是數(shù)字信號，利用一根網(wǎng)線既可以傳輸視頻、控制，還可以供電。數(shù)字信號傳輸比模擬信號傳輸效果更好，抗干擾能力更強。

　　室內(nèi)安裝的網(wǎng)絡攝像機可以直接通過一根網(wǎng)線接入PoE交換機上，很大程度節(jié)省了室內(nèi)的布線。而室外由于網(wǎng)絡線傳輸距離的限制，可利用光纖傳輸來增加其傳輸?shù)木嚯x。當攝像機數(shù)量較多時，還可通過合理的劃分區(qū)域，在多臺攝像機的中心區(qū)域布置交換機，利用交換機做前端攝像機的接入，再由光纖傳回控制室，以減少大量的點對點光傳輸設備。

　　網(wǎng)絡要求

　　基于網(wǎng)絡高清攝像機的變電站監(jiān)控系統(tǒng)，一定要根據(jù)攝像機的數(shù)量選擇適合本系統(tǒng)的交換機。一般百萬像素高清網(wǎng)絡攝像機占用帶寬約為2M~6M之間，普通35千伏到110千伏的變電站配置16口或24口百兆交換機即可。如果攝像機數(shù)量較多還要考慮到整體的帶寬需求，選擇交換機背板帶寬更高的交換機。

　　室外劃分區(qū)域利用交換機接入網(wǎng)絡攝像機時，要考慮交換機抗干擾能力，室外環(huán)境的穩(wěn)定性。故推薦使用工業(yè)型交換機，它能在強電磁場、高溫等多種惡劣的環(huán)境下正常穩(wěn)定的工作。

　　該方案適用于不同的通訊網(wǎng)絡，如以太網(wǎng)、E1、局域網(wǎng)、無線網(wǎng)絡等，但是目前還是有一些變電站與主站之間的通訊為2M的E1通道。傳輸普通CIF(352×288)監(jiān)控畫面可以同時傳4路視頻，如果是高清畫面可以傳輸1路視頻，但是1路高清畫面可以涵蓋同場景的多個普通畫面，這也是網(wǎng)絡高清攝像機優(yōu)勢所在。2M的窄帶傳輸畢竟不能滿足現(xiàn)今變電站數(shù)據(jù)通信的需要，不少國內(nèi)省份電力公司已經(jīng)采用百兆網(wǎng)絡作為變電站與中心之間傳輸通道，大大提高了網(wǎng)絡傳輸速度和帶寬，為網(wǎng)絡高清攝像機在變電站的應用提供了保證。 [nextpage]

　　報警系統(tǒng)

　　無人值守變電站報警系統(tǒng)一般分為周界報警和室內(nèi)報警。

　　周界報警。在周界防范中采用的最多是紅外對射報警器，利用多個紅外光束在變電站的周圍形成一面看不見的屏障，只要有人翻越圍墻，遮斷了光束即可產(chǎn)生報警。但在實際變電站應用中，入侵者往往翻入變電站針對現(xiàn)場堆放的線材、金屬件進行盜竊。整個行竊過程短，當巡查人員趕到變電站時竊賊早已逃逸。如果不法分子意在破壞變電站內(nèi)部設施的話，后果將不堪設想。再加紅外對射在雨、雪、霧、大風等天氣下，易產(chǎn)生誤報影響到整個周界報警系統(tǒng)的穩(wěn)定。

　　電子圍欄是目前為止最適應變電站周界防范報警設備。它在圍墻頂部利用多線制的布局，形成強有力的物理屏障。它不僅對入侵者產(chǎn)生報警，同時也能阻擋作用。入侵者在翻越中會遭到電擊，但不會造成人生危害，使竊賊產(chǎn)生心理恐懼。

　　電子圍欄與紅外對射相比，前者克服了紅外對射的技術(shù)缺陷，不受天氣和動植物的影響，同時也能有效對入侵者起到阻擋的作用。配置時充分考慮圍墻長短，劃分好防區(qū)，配置相應數(shù)量的防區(qū)主機。而且電子圍欄安裝不受地形影響，可以通過增加線制，來增加圍欄防范高度。

　　室內(nèi)報警。采用紅外三(雙)鑒，主要安裝在各個保護室、電纜層、交直流室等用于室內(nèi)人員入侵的報警。尤其夜間在攝像機效果不是很好狀態(tài)下，通過報警主機來聯(lián)動燈光及時對現(xiàn)場做巡查。一般在面積不大的室內(nèi)只需1~2個，但要注意安裝位置一定要覆蓋到出入口和主要通道，這樣才能起到良好防范。

　　供電與防雷

　　變電站推薦采用集中控制方式供電，將室內(nèi)外攝像機和其它設備如報警探測器、射燈、門禁等按區(qū)域和類別進行劃分，采用集中控制方式有利于在監(jiān)控屏柜里對前端各類設備的電源進行統(tǒng)一管理。網(wǎng)絡攝像機既可以直接通過PoE方式也可以通過外接電源的方式供電，布線距離較遠的網(wǎng)絡攝像機建議采用外接電源方式供電。另配置一臺UPS，既可以在電路出現(xiàn)問題的時候提供應急供電，還能消除供電線路上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、頻率偏移等情況，改善電源質(zhì)量，為整個變電站監(jiān)控系統(tǒng)提供高質(zhì)量的電源。

　　由于變電站多處于郊區(qū)空曠地域，在雨天經(jīng)常會遭受雷電侵襲，做好變電站監(jiān)控系統(tǒng)防雷工作尤為重要。網(wǎng)絡攝像機和主控室網(wǎng)絡設備需要配置有防雷器。站內(nèi)用于穿線的金屬管、線纜的屏蔽層以及設備金屬外殼、金屬支架等均要可靠接地，才能保障系統(tǒng)穩(wěn)定。

　　中心處理

　　該方案需在主控室監(jiān)控屏柜中配置一臺站端處理單元(RPU)。它可以接入16路模擬攝像機、32路網(wǎng)絡攝像機;具有16路開關(guān)量輸入，用于接入室內(nèi)外報警、門禁聯(lián)動等;8路開關(guān)量輸出，可接聲光報警、聯(lián)動照明等;16路4?20mA接口可接入環(huán)境監(jiān)測各類傳感器，如溫度、濕度、風向、風量等;預留語音對講接口。

　　· 可對前端攝像機進行控制，如變倍調(diào)焦、云臺旋轉(zhuǎn)、預置點設置、巡視軌跡設定;

　　· 可對報警設備進行布撤防管理，聯(lián)動多個攝像機或球機預置點;

　　· 支持區(qū)域遮蔽、畫面移動偵測;

　　· 支持外接USB鼠標、鍵盤等控制設備，方便本地監(jiān)控;

　　· 基于嵌入式Linux系統(tǒng)Intel Atom平臺的站端處理單元幾乎可把變電站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)硬件設備都接入進來，同時還具備市面上DVR、DVS等視頻處理設備一切功能。

　　外接顯示器或大屏即可完成在現(xiàn)場對變電站的本地監(jiān)控，也可通過網(wǎng)絡上傳至主站進行統(tǒng)一管理。用一臺系統(tǒng)主機簡化了站內(nèi)中心處理設備，能有效的減少硬件故障發(fā)生的環(huán)節(jié)，嵌入式的主機也是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障。同時減少人員維護和巡檢的次數(shù)，真正實現(xiàn)變電站無人值守目標。 [nextpage]

　　數(shù)據(jù)存儲

　　在變電站數(shù)據(jù)存儲時間一般要求在15天到一個月之間，站端處理單元支持10塊SATA硬盤，每塊硬盤容量最大支持2TB。在D1格式下存儲，16通道一個月所需硬盤的容量約為5TB。根據(jù)攝像頭的數(shù)量及所需保存的時間來配置足量的硬盤，滿足站內(nèi)圖像資料及數(shù)據(jù)信息的存儲。

　　網(wǎng)絡高清攝像機由于像素高，存儲容量也是模擬攝像機的數(shù)倍。為了節(jié)省硬盤空間，延長存儲時間，可對碼流和幀率進行調(diào)整。在觸發(fā)關(guān)鍵事件，如報警、手動錄像、其它子系統(tǒng)聯(lián)動保存為高清格式，其余可保存為D1或CIF畫質(zhì)的錄像。

　　系統(tǒng)軟件功能

　　無人值守變電站的實現(xiàn)不僅要利用前端的硬件，還要靠后端強大軟件的功能做支撐。而流媒體監(jiān)控軟件，成功應用于全國多個省、市。它主要具有以下功能。

　　· 遠程操作人員可利用軟件對前端各個站端的圖像任意瀏覽;

　　· 支持對各個站端攝像機進行控制，同時支持市面上眾多主流攝像機控制協(xié)議;

　　· 支持站端巡檢，利用建立巡檢預案實現(xiàn)對前端監(jiān)控畫面瀏覽，減少人為操作;

　　· 具有強大的用戶管理功能，可對不同等級的用戶設定相應權(quán)限，并劃分優(yōu)先級;

　　· 客戶端加密認證機制，保障數(shù)據(jù)安全;

　　· 采用流媒體轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，可以有效的緩解網(wǎng)絡負荷;

　　· 與變電站自動化系統(tǒng)的聯(lián)動。在操作員對變電站里的設備進行操作時，系統(tǒng)可以自動切換到相應現(xiàn)場來監(jiān)視操作過程，第一時間反饋現(xiàn)場圖像信息;

　　· 強大的電子地圖功能?？梢跃_顯示出攝像機、報警點等設備的位置和狀態(tài)，可對電子地圖上選擇想要觀看的監(jiān)控點，同時實現(xiàn)報警的布撤防，還可對現(xiàn)場電子地圖進行多層分級;

　　· 基于一次接線圖監(jiān)控模式，用戶只需點擊接線圖上開關(guān)、刀閘、主變等設備，立刻以多畫面顯示該設備的監(jiān)控畫面，很大程度方便了操作人員;

　　· 智能圖像分析。為了把操作人員從被動監(jiān)看的疲勞中解脫出來，從而提高管理和生產(chǎn)效率。該軟件附帶了智能圖像分析功能，可對監(jiān)控圖像進行處理并分析。此功能不同于普通的動態(tài)偵測功能，其通過分析它能對進出人員和車輛進行數(shù)量的統(tǒng)計并對車牌和人員進行抓拍高清圖片;對未經(jīng)允許闖入變電站的人員，系統(tǒng)會聯(lián)動該區(qū)域內(nèi)的攝像機進行全程跟蹤拍攝并報警提示;對于站內(nèi)突然出現(xiàn)的可疑物品也會預警提示，防止險情出現(xiàn)。