數字視頻遠程監控系統在變電站應用的故障分析

羅朝陽

（鹽城供電公司電力調度中心,江蘇鹽城 224005）

隨著電網現代化水平提高，電力通信日益顯示出其重要性。創建無人值班通信站，是深化電力體制改革、提高勞動生產率的一項重要舉措，是電力通信事業發展的必然趨勢。視頻監控系統是實現調度自動化和創建無人值班通信站的重要組成部分。建立視頻遠程監控系統，能夠有效提高通信網絡實時監管功能，加強通信調度指揮能力，及時發現通信電路或設備的故障，縮短維修停運時間，提高通信質量，減少通信站值守人員，在提高通信網的社會和經濟效益方面具有重要作用。無人值班通信站一般都實現了對遠方通信站的“三遙”（即遙測、遙信、遙控）功能。然而，要實現通信站全面的自動化管理，如對遠方通信站現場環境的實時監視、防盜、防火的及時發現和報警等功能，這是目前常規自動化系統還不能實現的。視頻監控作為一種新型的科技手段，在20世紀90年代后期開始應用于電力系統中，該技術的應用為電力安全生產提供了有效的輔助作用。它的出現從某種意義上推動了電力系統新管理模式的改革進度。該系統的開發成功及投入運行為無人值班綜合自動化通信站又增加了一個重要的功能——遙視功能。

1 鹽城供電公司數字視頻遠程監控系統介紹

目前，鹽城供電公司采用XY-JK2000多媒體數字視頻監控系統，已完成了對1個500 kV、2個220 kV、1個110 kV、3個微波站的遠程視頻監控。該數字視頻遠程監控系統采用基于WEB服務器為核心的網絡視頻監控系統和遠程遙視系統，在組網方式上與傳統的模擬監控、數字監控有極大的不同。整套遙視系統主要由3個互相銜接的部分組成：現場設備（分站設備）、通道傳輸設備、監控中心（主站設備）。

XY-JK2000多媒體數字視頻監控系統的系統結構如圖1所示，主要包括監控現場、監控中心、領導分控三部分。

圖1 視頻監控結構示意

2 監控現場

監控現場主要由前端PC機、智能切換矩陣、一體化球型攝像機（內置云臺、防護罩、鏡頭）等主要設備組成。監控前端是擔負著圖像的采集、編碼、傳輸和控制命令的執行部分，是整個系統重要組成部分之一。其結構如圖2所示。

圖2 監控現場結構

3 監控中心

（1）圖像監控系統服務器

圖像監控系統服務器主要由高檔微機服務器、WINDOWS NT/2000、SQL Server/Access 數據庫服務器組合、自行研制的圖像數據庫、WEB服務器軟件及“XY-JK2000”數字視頻遠程監控系統服務器軟件組成。系統服務器主要完成以下任務：處理多個監控客戶終端的任務調度、監控終端用戶訪問控制和系統數據庫管理。

（2)監控客戶終端

監控終端微機配置在主控機房、調度室、主管領導辦公室和其它相關單位，安裝圖像監控用戶端軟件或WEB瀏覽器。監控終端用戶必須由系統管理員在系統數據庫中注冊，根據職責授予不同的權限和控制優先級。用戶通過用戶名和口令登錄系統，在系統管理員授予相應權限的情況下，具有以下功能：圖像監視、遠程控制和錄像。

（3)以太網遠程橋接器

圖像監控中心局域網通過以太網遠程橋接器與多個遠程監控前端實現雙向數據通訊，在中心控制室內利用10Base-T/G.703轉換器將數據直接送到監控中心的網絡中，實現以太網和廣域網數據流的雙向轉發。

（4）監控網與MIS網連接

考慮到電力調度系統的獨立性和穩定性，監控中心的局域網絡應當是獨立的網絡，并通過專用通道與電力局MIS網連接。為了繼續保證監控網的獨立性和穩定性，同時不讓視頻流影響MIS網，必須把監控網劃在獨立的VLAN之中。由于要處理大量的視頻流和能夠支持IP多播，監控中心的交換機選用了高性能、支持IP多播的Cisco Catalyst 3524。按照DVD標準,視頻碼流是1 500 kbit/s,即144 kb/s,一個視頻UDP數據包大小為1.0～1.5 KB,因此，每路視頻每秒需要的UDP包為150個，10路視頻對交換機的包轉發能力需求是每秒1 500個。在本系統中，Cisco Catalyst 3524有10 Gbit/s的交換背板，每秒6.5×106個包的轉發能力，對10路視頻處理需求綽綽有余。以上的組網方式保證了系統的穩定性。

4 系統功能

（1）控制功能

監控主機可通過鼠標操作對安裝在現場攝像機、鏡頭、照明等設備進行控制，以便觀看多個監控場合和目標，同時獲得最佳的監控效果。

（2）圖像切換

監控主機可控制視頻信號切換，可以對選定的一組攝像頭進行顯示間隔可調的輪流觀看。

（3）數字錄像及回放

系統的錄像功能全面，可以由用戶控制錄像，可設定定時自動錄像。除特殊需要時，一般都采用數字錄像方式，即把圖像存儲到計算機的硬盤或可讀寫光盤上。

（4）實現遠程多屏幕顯示和輪流觀看

定時輪流顯示選定的一組鏡頭圖像，每一時刻某一現場只有一路活動圖像，一組鏡頭由現場控制或遠程分控選擇，實現遠程多屏幕顯示和遠程長時間錄像。

（5）智能報警及聯動

在監控區域有異常情況發生，報警插頭將給計算機以觸發信號，計算機將畫面自動切換至該報警區域，并立即錄像。

（6）操作簡便

客戶端為Microsoft公司提供的IE瀏覽器，操作界面全部為中文可視化界面，用戶可根據清晰的中文功能提示，實現全部的監控操作。

（7）遠程系統維護和系統管理

視頻監控服務器提供遠程WEB訪問功能，管理員不必到達設備現場，就可修改設備的各項參數，提高的設備維護效率。同時，管理員可遠程增加、刪除、修改用戶、監控地點、用戶的控制權限、錄像時間等信息。當這些信息修改之后，管理員不用對客戶端進行維護，用戶只要在重新登錄系統一次，即可得到管理員重新分配的信息，大大減輕了管理人員的軟件維護工作量。

（8）系統可擴展性

系統安裝完成后，根據實際需要可不斷對系統進行硬件擴展和軟件升級。

①前站的數量可擴展：監控中心選用10Base-T/G.703轉換器，如需增加1個前站，只需增加1對轉換器即可：一臺在監控前端，另一臺在監控中心。轉換器的連接非常簡單，只需一條2M通道，無需其它配置。

②客戶端的數量可擴展：只需有IE瀏覽器，網絡上的任何一臺多媒體計算機均可作為客戶端使用。

③可升級性強：只需更換視頻采集編碼卡和監控軟件，即可實現MPEG-2、MPEG-4等壓縮標準的升級（監控軟件免費），從而保護前期投資。

5 系統特點與優勢

（1）監視

采用彩色一體化快球攝像機對微波塔、人員進出通道、設備運行環境等進行實時監控,完成對儀表、開關狀態的監控及完成相關區域的監控。

對現場的視頻監控設備進行操作，完成云臺旋轉、鏡頭聚焦及近景/遠景調節等操作工作。同時，本系統還可以開關方式控制現場相關設備，如打開室內照明等。

系統采用共同接地網，只有一點獨立接地，接地電阻不大于1歐，具有良好的抗雷擊功能。現場與系統以外設備相連的數據線均有防雷擊浪涌保護器，將其與其他設備隔離，可防止設備遭雷擊破壞。

（2）預置和巡視

監控系統采用了快速一體化球型攝像機，它是由三可變鏡頭、數字攝像機和由步進電機構造成的快速云臺綜合一體的攝像機，帶64個預置位，因此通過各監控主機可對該攝像機的預置點進行預置，從而在監控中心發送一個預置目標，即能在1 s鐘內獲得預置點清晰的圖像。同時還能連續控制攝像機云臺，并實現變焦、變倍、變光圈等功能。因此，通過軟件來設置現場的巡視目標（預置點）及每個目標（預置點）停留時，能夠順利實現各種需要的巡視功能。

（3）先進性

圖像壓縮采用MPEG-2標準，具有圖像清晰度高、畫面細微逼真、圖像幀率高等優點。同時，硬件壓縮保證了數據高實時性，圖像延時小于1 s。

（4）開放性

整個系統是一個開放系統，兼容性強，可與企業內部網相連。企業內部網的用戶使用WEB瀏覽器即可進行圖像監控。監控前端可以將許多現有的資源接入本系統，避免重復投資。

（5）實時性

從前端情況發生到后方中心的響應時間少于1s。

（6）易操作性

系統軟件提供全可視化中文操作界面，設計合理，操作員只需經簡單培訓就可熟練使用。

（7）易維護性

系統運行的高穩定性和高可靠性使維護人員的工作量大大減少。系統具有自診斷和自恢復功能，可以報告故障位置及原因，幫助維護人員易于定位和排除故障。部分系統故障可以由系統本身自行修復，從而進一步減少工作量。

（8）可靠性

系統采用純硬件組網，有效解決了以往圖像卡、軟件易死機的系統不穩定問題。監控設備的機箱外殼接地良好，具有較好的電磁兼容性。產品按國際標準設計，能抗高溫、強電磁干擾等惡劣環境，能長時間穩定工作。監控系統有良好的電氣隔離性能，具備符合ITU-T藍皮書K.20建議的抗雷擊及過電壓保護能力。監控系統具有自診斷功能（主要設備均帶有看門狗功能，對自身故障可自動恢復），系統故障則具有自動隔離功能，監控系統的接入、故障不影響被監控設備的運行。另外，系統還具有良好的容錯能力，不會因用戶的誤操作引起程序運行出錯。

6 系統運行分析

（1）預防事故的發生及擴大。通過監控中心、操作站能清晰監視變電所重要電氣設備的運行情況及各戶內外場地的環境狀況，及時發現運行設備的異常情況，以便調度人員及時采取有效措施，防止事故進一步擴大，減少經濟損失。

（2）加速事故處理，減少停電損失。圖像監控系統采用先進的視頻信號數字化壓縮編碼技術，不僅可將遠方變電所的圖像和火災、防盜報警信號傳送至監控站和操作站，還實現了三者之間的視音頻信號雙向傳送，增加了可視對講功能。無人值班變電所的防盜、防火工作是極其重要的，其它系統很難做到這一點，而圖像監控系統系統卻做到了警視聯動功能，這便大大縮短停電時間，減少了停電損失。

（3）為事故分析提供可靠依據。當變電所發生防盜防火報警時，該系統能迅速自動地將圖像切換到發生報警的探測器相應的位置，并自動啟動錄像系統進行事故追蹤錄像，并自動存盤。系統的事故追憶功能和事故順序記錄功能為事故分析提供了可靠依據。

7 結束語

在通信運行維護中，遠程視頻監控系統解決了變電所自動化“三遙”以外新的需求——遙視需求，使變電所自動化水平又上了一個新的臺階；對通信網絡的實時監控管理，通信調度的指揮、協調、處理電路或設備的故障提供了有力的幫助；在提高通信質量，減少通信站值守人員，提升通信網的社會和經濟效益等方面起到了重要作用。

電力通信站遠程視頻監控系統的實施和推廣，對電力行業企業化管理有著重要的意義。建立有效的遠程視頻監控系統，將有助于深化電力企業改革，提高資源利用率，降低通信網絡運行維護的成本，并從整體上提高電力系統對通信站和通信網絡的管理水平。

[1]龔奕利，雷迎春.深入理解計算機系統[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]姜 敏，施 建.基于嵌入式Web服務器的遠程視頻監控技術[J].計算機時代，2001（7）.