變電站的安全視頻監控系統探討

摘要：變電站的視頻監控技術已成為安全生產自動化的重要組成部分，通過它可以實現對電力運行設備、變電站環境的安全監視，保障輸電系統的安奎可靠運行。文章主要對變電站視頻監控系統的組成、基本原理、功能作用、成效等方面進行探討。

關鍵詞：變電站；視頻監控系統；安全運行

中圖分類號：TM08 文獻標識碼：A 文章編號：1006－8937(2010)24－0113－02

近年來數字視頻監控技術的蓬勃發展，多媒體數字監控技術正逐漸被應用到變電站安全監控領域。通過以視頻監控為主的安全防范系統的建設實施，達到對電力運行設備、變電站環境的視頻監視，保障輸電系統的安全可靠運行。

1 視頻監控系統的系統基本組成結構

系統在視頻壓縮上采用適應能力強的H.264協議，減少網絡數據流量，以便多路數據的同時傳遞，通信采用光纖網絡，可根據需要采用TCP／正或者UDP協議進行網絡傳輸。根據用戶不同的要求以及監控系統的特點，可以將整個系統分為三大部分：現場變電站、計算機網絡數據傳輸、客戶端監控中心。

①現場變電站。各變電站現場監控系統主機主要接收和顯示多路實時的視頻信號，系統硬件一般由攝像機、云臺、報警設備、視頻壓縮編碼設備、計算機等組成，是獲取現場圖像和報警聯動的基礎設備，主要完成變電站現場音視頻模擬信號的采集、數字化、壓縮編碼，接入紅外、煙感、水浸等各種開關量報警，接入溫濕度等各種模擬量報警，提供警鈴、射燈、攝像機云鏡控制接口。由于實時圖像壓縮和回放數據運算量大，一般處于連續運行狀態，所以在經濟允許的條件下，要求CPU主頻盡量高，內存硬盤容量盡量大，故采用處理能力強、穩定性高的工控機(IPC)實現可靠的信號采集、處理和保存。

②計算機網絡數據傳輸。計算機網絡是變電站現場監控系統與監控中心信息交互的通道，主要完成多媒體數據、控制數據、報警數據等數據的網絡傳輸，將視頻、模擬量、開關量等信息準確及時地傳回監控中心；將中心的調度、控制等指令準確及時地傳給現場變電站。通過鏈路匯聚、QOS技術保證對實時性要求較高的流媒體數據能夠可靠、及時的傳輸。由于通信網絡具有固定的IP地址，因此對于監控主機和客戶機來說都是可見的，是雙方交互信息的平臺。

③客戶端監控中心。客戶端監控中心是系統的通信樞紐，同時也處于系統的管理層。一方面可遠程向變電站現場監控系統下傳控制指令，同時對整個網絡狀況進行監控管理，對變電站現場遠程配置；另一方面接收變電站現場監控系統的上傳信息，實現各種信息的分類、保存、顯示和管理。客戶端監控中心可分為視頻解碼模塊、窗口顯示模塊、報警模塊和網絡接口模塊等。視頻解碼模塊負責前端的多路數據流信息的實時解碼工作：窗口顯示模塊將來自前端的多路信號同時顯示在用戶窗口上；報警模塊負責監控各路實時圖像，將報警信息及時傳遞到用戶界面，還包括煙霧、紅外等其它報警功能；網絡接口模塊負責服務器的連接工作。

2 視頻監控系統的基本原理

變電站的視頻監控系統，實際上是一個以多媒體技術為核心，涵蓋了工業控制、通訊、計算機網絡技術的較為復雜的綜合系統。其基本原理總結為如下幾點：

①前端采用攝像機采集實時圖像，將采集到的圖像經攝像機的視頻信號線傳送至服務器進行實時壓縮。服務器還可從紅外線報警器、煙霧報警器以及燈光控制器等設備上接收電平信號。

②實時壓縮后的數據流、報警狀態信息，以及驗碼、控制碼等信息以專用的網卡芯片進行數據包內容、格式等的處理，并在控制芯片的指導下在公用互聯網絡上進行傳輸，可以通過網卡芯片的控制接將該網卡綁定矽地址，在網絡遠端控制方需要通過該IP地址與網卡建立連接進行數據傳輸。

③控制端將實時傳送回的壓縮包數據進行提取和判斷，對壓縮的視頻數據信息進行解壓縮，將多路信號分別在監控屏幕上進行回放，通過對畫面靜止像進行判斷，對數字視頻圖像序列進行運動圖像檢測，對突發的運動圖像進行報警，控制端軟件將用戶的控制信號回送給在網絡遠端的視頻服務器，服務器的控制芯片將網卡芯片傳輸回來的數據進行判斷并發送到攝像機和云臺控制接口，以達到對攝像的聚焦以及云臺的方向等動作進行控制的目的。

3 視頻監控系統的主要功能

變電站視頻監控系統的主要用途，是用于安全防范、環境狀況和對付自然災害等。此外，將視頻監控系統對變電站存在大量的常規表計和室內外設備，在調度或集控站端對其進行直觀監視。過去由于沒有可視手段，對于表計的讀數以及設備外觀狀況無法進行觀測、比較以及校驗。有了視頻監控系統，有助于變電站的安全生產工作。根據變電站視頻監控系統所要承擔的任務，可將其分為以下幾項功能：

①視頻監視功能。主要保障變電站設備正常運轉，通過攝像機、燈光聯動等，監視主變壓器、斷路器、電壓互感器、電流互感器、高壓室開關、主控室的電源盤及控制盤盤面等重要設備和高壓配電間的運行狀態，如主變壓器、開關是否有外部損傷，主變壓器油位及控制盤上的表頭、燈光信號是否正常等；還可以配合其他系統的工作，如遠方操作刀閘時，可聯動攝像機將刀閘視頻上傳，以便遠方確認刀閘操作成功，避免誤操作。能同時顯示多幅實時活動畫面，即所謂的一對多的功能，也支持具有多對一的功能，即多個監控終端可以同時監視同一通道。

②安全防護功能。確保變電站內部的建筑物、器械設備的安全，即時發現火警、盜警，快速啟動報警裝置。主要包括入侵探測和環境監測。在變電站圍墻周圍、大門口等處安裝紅外線對射探頭、攝像頭，監控違法人員入內；當發現入侵報警時，聯動變電站內燈光、警笛、攝像機預置位、錄像，并在監控客戶端上推出報警畫面，發出聲光報警信息，提示值班員處理。環境監測是指在變電站高壓、主控室等地點裝設煙感、溫感探頭，主要為現場溫濕度監測、煙霧報警、水浸報警。當探頭感測到煙霧、高溫時，就會向后臺發出告警信息，同時連動切換攝像機畫面，并記錄下當時現場的情況。

③雙向語音對講。前端數字監控設備具有音頻編解碼功能，因此監控中心工作站可與前端實現雙向語音對講功能。音頻編碼采用壓縮標準主要為G723.1、OggVorbis壓縮率高，占用帶寬低，實時性較高。

④電能表遠抄系統。該系統利用GYD系列數據采集裝置，可以對變電站進行定時、實時抄表和點抄、凍結抄表；可以及時處理換表、換PT／CT、追加電量等數據；可以自動生成電量及異常分析等圖表，使變電監控人員隨時抄錄電能表底數，提高了抄表的及時性和準確度，大大減少了操作隊的工作量，降低了管理成本。

4 變電站安裝視頻監控系統注意的問題

首先，要充分考慮視頻監控系統的通道需求。變電站實施視頻監控系統有無可靠的通信通道非常重要。影響通信可靠性的有兩個因素：首先是信道本身質量；其次是環境造成的影響。因此，在進行通信系統設計時，不僅要選擇通信質量好的信道，而且要抗其他無線電發射、噪音、閃電、及50Hz工頻電磁場干擾等。另外，變電站的停電及故障時的通信能力也是影響通信可靠性的一個重要因素。所以，在進行視頻監控系統的通信設計時，必須考慮當變電站停電和故障時，能繼續保持通信的手段。有條件的變電站可設兩個獨立的通道互為備用。對于通信方式和設備的選擇應適當超前考慮，要考慮其先進性、可靠性及當地的經濟現狀和發展前景，兼顧其經濟性和合理性綜合考慮。

其次，注重視頻監控系統的安裝與使用。變電站視頻監控系統的圖像監控設備主要有：攝像機、報警器、防盜器、照明燈監控主機等。該工程安裝地點主要在變電站的主控、開關、電容器室、電纜層以及戶外設備區、大門口等重要監控點。因此，系統的日常安裝調試工作也相對比較困難，如設備安裝時必須考慮帶電安全距離，防止由于高壓帶電設備對圖像設備放電而帶來的安全隱患等。還應做好切實的防雷接地及抗干擾等工作。對于監控主機，由于監控系統要長時間運行，且處理的數據量較大，要求監控主機的配置要比較高，這包括CPU速度要快，內存和硬盤要足夠大，顯卡和顯示器的性能較好，保證系統的速度和穩定性保持良好狀態。

5 變電站安裝視頻監控系統的成效

①實現對變電站的遠程集中監控。運行監控人員通過該系統，能夠實際掌握無人值班變電站的現場安全狀況、設備運行狀態、電網運行的實時數據，并借助現代科技手段，及時發現現場運行人員靠目測不能發現的問題，有效實現了將事故后報警改為事故前預警，將正常的3～4天1次的巡視變為24小時實時監控，將運行人員的現場目測巡視檢查變為自動化監視，將分散的巡視檢查變為集中監控，極大地提高了變電站的運行管理水平。

②達到減人增效的目的。該系統的應用，使無人值班變電站能夠完全撤人，實現對變電站的集中監控管理，既節省了人員成本，又節省了運行費用。該系統變分散監控為集中監控，通過變電監控中心及操作隊，對變電站設備運行實行微機化管理和監控，真正將變電值班員從抄表、巡視、監盤等重復繁瑣的日常值班事務中解脫出來，減輕了操作隊人員的勞動強度，達到減人增效的目的。

③確保無人值守站撤人后的安全運行。該系統的應用使運行現場的環境安全得到了有效監控。由于預警系統能夠及時發出險情警報，提醒操作隊值班人員及時排除險情，這就為控制和消除事故隱患贏得了時間，填補了調度自動化系統對運行現場環境安全監測欠缺的空白，極大地提高了變電站的安全運行水平。

④強化對變電運行操作人員的監督。圖像監控系統的應用，既對變電站的環境、運行狀況進行監控，又能對操作隊人員倒閘操作是否規范、現場安全措施是否完善、人員是否違章等現場安全管理進行監控。

5 結語

總之，變電站數字視頻監控技術經過了多年的技術發展，已經得到了廣泛運用。它是集計算機技術、通信技術、圖像處理技術、防盜技術、控制技術于一體的現代化集成系統，通過在變電站安裝安全視頻監控系統，有效地實現了遠方監控下的防火、防盜、設備輔助檢查和監視的功能。各地區運行反饋情況表明，變電站視頻監控系統的應用，提高了巡視效率和質量、生產管理水平以及安全監察水平，提升了安保技術水平、電網自動化水平和應急指揮水平，為變電站的無人值班工作和安全運行提供了重要的技術手段，大大地提高了工作效率。

參考文獻：

[1]趙祖康，徐石明，變電站自動化技術綜述[J]，電力自動化設備，2000，20(1).

[2]何衛，馬新平，變電站自動化分布通信控制系統的設計[J]，電力系統自動化，2000；25(8).