變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：介紹了一種變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)以智能控制為核心，對(duì)變電站關(guān)鍵設(shè)備、安裝地點(diǎn)以及周圍環(huán)境進(jìn)行全天候的狀態(tài)監(jiān)視和智能控制，并能將站端狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、火災(zāi)報(bào)警信息、SF6監(jiān)測(cè)、防盜報(bào)警等監(jiān)測(cè)信息傳輸至調(diào)度管理中心。該系統(tǒng)滿足了變電站安全生產(chǎn)和安全警衛(wèi)的需求，具有非常好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能；監(jiān)控；網(wǎng)絡(luò)；變電站

傳統(tǒng)的變電站安防智能化系統(tǒng)受傳統(tǒng)理念和技術(shù)的影響，各個(gè)子系統(tǒng)都是孤立的，以至于出現(xiàn)了一種監(jiān)控“孤島”現(xiàn)象，無形中降低了系統(tǒng)的實(shí)用性、穩(wěn)定性和安全性，而且增加了投資成本。尤其是現(xiàn)在變電站系統(tǒng)平常的生產(chǎn)過程大量采用無人值守或少人值守的模式。而對(duì)于變電站這樣的場(chǎng)所來說，遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、多維、自動(dòng)的智能化綜合安保系統(tǒng)是變電站安全運(yùn)作必備的前提條件。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)智能化變電站實(shí)際應(yīng)用需求，把變電站智能輔助控制系統(tǒng)分為三級(jí)中心、九大子系統(tǒng)。

三級(jí)中心

變電站智能輔助控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“輔助系統(tǒng)”)為分層、分區(qū)的分布式結(jié)構(gòu)，按變電站智能輔助控制省級(jí)監(jiān)控中心、變電站智能輔助控制地區(qū)級(jí)監(jiān)控中心、變電站智能輔助控制區(qū)域監(jiān)控中心系統(tǒng)和變電站智能輔助控制站端系統(tǒng)四級(jí)構(gòu)建，如圖1所示。

變電站智能輔助控制系統(tǒng)從區(qū)域上分為三級(jí)中心，每級(jí)中心從技術(shù)上都分為主控中心、客戶端和接口系統(tǒng)(預(yù)留)，用于擴(kuò)充與其他系統(tǒng)之間的銜接，以及WEB瀏覽功能。主控中心：包含數(shù)據(jù)庫和管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、權(quán)限控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控、配置管理等全部功能。客戶端：在變電站和其他必要的地方電腦上安裝客戶端，根據(jù)權(quán)限的不同，操作員可以進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控、管理和操作。接口系統(tǒng)：系統(tǒng)通過采用IEC61850通信規(guī)約與綜合自動(dòng)化等系統(tǒng)的接口和聯(lián)動(dòng)。WEB瀏覽：系統(tǒng)另外提供瀏覽器的方式，供值班和相關(guān)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)變電站區(qū)域的環(huán)境狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、人員進(jìn)出狀態(tài)等實(shí)時(shí)狀態(tài)。

九大子系統(tǒng)

輔助控制系統(tǒng)必須把環(huán)境、視頻、火災(zāi)消防、SF6、防盜報(bào)警、門禁等所有監(jiān)控量在監(jiān)控系統(tǒng)主界面上進(jìn)行一體化顯示和控制，不得分系統(tǒng)孤立顯示和控制。站端設(shè)備能夠脫機(jī)運(yùn)行，在網(wǎng)絡(luò)斷線、服務(wù)器故障等情況下站端設(shè)備依然能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)行、聯(lián)動(dòng)報(bào)警、設(shè)備控制以及記錄存儲(chǔ)等。

輔助控制系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)、空調(diào)及設(shè)備控制子系統(tǒng)、SF6監(jiān)測(cè)報(bào)警子系統(tǒng)、防盜報(bào)警子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、智能圖像監(jiān)控子系統(tǒng)、WEB瀏覽子系統(tǒng)等九大子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)之間可以進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，并預(yù)留與站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的接口，能實(shí)現(xiàn)用戶自定義的設(shè)備聯(lián)動(dòng)，包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作聯(lián)動(dòng)視頻、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)告警聯(lián)動(dòng)門禁視頻等。并可以根據(jù)變電站現(xiàn)場(chǎng)需求，完成自動(dòng)的閉環(huán)控制和告警，如自動(dòng)啟動(dòng)／關(guān)閉空調(diào)、自動(dòng)啟動(dòng)／關(guān)閉風(fēng)機(jī)、自動(dòng)啟動(dòng)／關(guān)閉排水系統(tǒng)等。

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

輔助系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為站端設(shè)備和軟件系統(tǒng)兩部分，可以作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)運(yùn)行，也可以根據(jù)用戶要求提供相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行接入。

變電站智能輔助控制系統(tǒng)可按行政區(qū)域劃分，采用星形拓?fù)涠嗉?jí)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。如圖2所示，在集控站一級(jí)建立變電站智能輔助控制系統(tǒng)分控中心，將多個(gè)變電站的視頻和數(shù)據(jù)信息通過通訊網(wǎng)絡(luò)上傳到分控中心。多個(gè)分控中心本著負(fù)荷分擔(dān)的原則，對(duì)所屬各變電站信息進(jìn)行分析處理，進(jìn)行相應(yīng)的顯示、錄像和控制，同時(shí)可以通過電力系統(tǒng)提供的通訊網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心根據(jù)需要選擇觀察前端變電站的信息，并為省級(jí)、地區(qū)級(jí)中心預(yù)留通訊接口，可以隨時(shí)將信息上報(bào)，供統(tǒng)計(jì)分析之用。

變電站前端組網(wǎng)設(shè)備有以太網(wǎng)交換機(jī)、視頻服務(wù)器或嵌入式硬盤錄像／視頻服務(wù)器、門禁控制器、一體化數(shù)據(jù)采集器以及各種傳感器。在門衛(wèi)、圍墻四周合理設(shè)置報(bào)警裝置、在一些重要的設(shè)備區(qū)及場(chǎng)所設(shè)備攝像點(diǎn)，達(dá)到無盲區(qū)監(jiān)控。前端視頻信號(hào)是直接通過網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)接入，經(jīng)數(shù)字化處理后，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心。一體化數(shù)據(jù)采集器主要用于前端告警量的接入、采集，通過一體化采集器的透明串口與防盜報(bào)警系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)以及門禁系統(tǒng)通訊，采集上述系統(tǒng)的狀態(tài)、上傳到監(jiān)控中心以及進(jìn)行相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)控制。

監(jiān)控中心設(shè)備主要有：以太交換機(jī)、管理服務(wù)器、視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、電視墻控制器、電視墻、發(fā)卡器、打印機(jī)等。中心通過以太網(wǎng)交換機(jī)接入前端采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)的處理分析：視頻信號(hào)可進(jìn)行錄像及檢索，如果接受到前端傳感器發(fā)生報(bào)警信號(hào)，可對(duì)前端進(jìn)行控制，包括控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)報(bào)警地點(diǎn)，控制燈光照明及拉響警笛。

視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器可對(duì)視頻流進(jìn)行分發(fā)，減輕客戶端并發(fā)訪問對(duì)服務(wù)器所造成的壓力，并通過以太網(wǎng)絡(luò)上傳到上級(jí)瀏覽臺(tái)，可供上級(jí)部門進(jìn)行查詢。上級(jí)部門可隨時(shí)通過平臺(tái)客戶端調(diào)用當(dāng)前視頻圖象。

子系統(tǒng)功能描述

聯(lián)動(dòng)配置子系統(tǒng)主要是設(shè)置各個(gè)子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)動(dòng)關(guān)系，即某一事件發(fā)生后，哪些子系統(tǒng)的設(shè)備要執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，減少事件的發(fā)生所造成的后果，或?qū)κ录男再|(zhì)進(jìn)行確認(rèn)、判斷。根據(jù)事件的性質(zhì)以及與相關(guān)子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)程度采取以下聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng)措施。

(1)消防聯(lián)動(dòng)：當(dāng)站端一旦有警情發(fā)生，系統(tǒng)可以按照事先設(shè)置的聯(lián)動(dòng)關(guān)系聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警輸出，并發(fā)送報(bào)警信號(hào)給中心管理系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)相應(yīng)的圖像，予以確認(rèn)，同時(shí)，可以根據(jù)需要自動(dòng)或手動(dòng)打開相應(yīng)的門鎖，關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

(2)門禁系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能：當(dāng)人員刷卡、門異常打開或正常打開、非法入侵、開門超時(shí)、假鎖等情況下，門禁控制器可以發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)本地?cái)z像機(jī)抓拍圖像，然后圖像監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)地把圖像傳輸至管理中心，管理中心可通過圖像界面實(shí)時(shí)地監(jiān)控變電站現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，以便采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

(3)報(bào)警系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：控制可以接人報(bào)警系統(tǒng)信號(hào)，可以實(shí)行撤、布防的操作，當(dāng)有警情時(shí)，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)監(jiān)控錄像，并向中心報(bào)警。

(4)動(dòng)環(huán)聯(lián)動(dòng)：系統(tǒng)可以和動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)溫濕度、漏水等報(bào)警，系統(tǒng)即可聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，并可以遠(yuǎn)程操作空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵以及照明等設(shè)備。

(5)聲光聯(lián)動(dòng)配置：支持配置各類型告警點(diǎn)報(bào)警時(shí)聲光警示。

(6)聯(lián)動(dòng)錄像及查詢功能：可以根據(jù)抓拍類型、記錄類型、聯(lián)動(dòng)類型、觸警條件、抓拍區(qū)域以及時(shí)間等各種條件，對(duì)抓拍錄像進(jìn)行查詢。

智能圖像監(jiān)控及可視對(duì)講系統(tǒng)是基于數(shù)字硬盤錄象機(jī)硬件設(shè)備，并以網(wǎng)絡(luò)視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件為核心，執(zhí)行強(qiáng)大的系統(tǒng)功能(見圖3)。

視頻監(jiān)控采用高速智能球形攝像機(jī)對(duì)變電站周界環(huán)境以及設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)時(shí)監(jiān)視變電站多路視頻信息(1、4、9、16)，可對(duì)任意視頻進(jìn)行手動(dòng)／自動(dòng)錄像，對(duì)任一幀實(shí)時(shí)視頻以JPEG、JPG或BMP的圖片進(jìn)行抓拍和存放。具有動(dòng)態(tài)偵測(cè)報(bào)警、視頻丟失報(bào)警、視頻遮擋報(bào)警等功能，可以設(shè)置聯(lián)動(dòng)燈光、訊響等設(shè)備。具有觸發(fā)自動(dòng)調(diào)用預(yù)置位功能，實(shí)現(xiàn)故障、警情的聯(lián)動(dòng)確認(rèn)。

智能圖像監(jiān)控的錄像管理可實(shí)現(xiàn)站端系統(tǒng)的手動(dòng)錄像、定時(shí)錄像、告警觸發(fā)錄像、畫面異動(dòng)檢測(cè)錄像等；具備集中存儲(chǔ)功能，采用以秒為單位的視頻流方式存儲(chǔ)策略：顯示、存儲(chǔ)、檢索各變電站所選攝像機(jī)的視頻；變電站的歷史視頻和圖片，可按告警事件、時(shí)間段、攝像機(jī)、存儲(chǔ)位置等組合條件檢索：可從站端系統(tǒng)上傳任意一段歷史錄像：遠(yuǎn)程回放變電站的任一攝像機(jī)的歷史視頻(時(shí)間可選)、告警錄像和本地錄像；回放方式有逐幀、慢放、常速、快速、進(jìn)度條拖放等方式：具備回放視頻單幀抓拍和連續(xù)抓拍能力，并可對(duì)圖片進(jìn)行標(biāo)注方便查找。具備對(duì)視頻流、站端錄像、控制信息、告警信息、語音對(duì)講流等數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)：支持IP單播、轉(zhuǎn)發(fā)組播等多種通信方式。實(shí)現(xiàn)各級(jí)控制中心和變電站的雙向語音對(duì)講：對(duì)攝像機(jī)視角、方位、焦距、光圈、景深可進(jìn)行本地／遠(yuǎn)程調(diào)整及控制：可設(shè)置和查詢攝像機(jī)的預(yù)置位；可實(shí)現(xiàn)視頻檢測(cè)、邊界告警(包括視頻丟失、入侵檢測(cè)等)等功能，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)告警聯(lián)動(dòng)。

總結(jié)

智能輔助系統(tǒng)以“智能控制”為核心，對(duì)變電站主要電氣設(shè)備、關(guān)鍵設(shè)備安裝地點(diǎn)以及周圍環(huán)境進(jìn)行全天候的狀態(tài)監(jiān)視和智能控制，以網(wǎng)絡(luò)通信(IEC61850協(xié)議)為核心，完成站端音視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)、火災(zāi)報(bào)警信息、SF6監(jiān)測(cè)、門禁以及防盜報(bào)警等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，并將監(jiān)測(cè)信息遠(yuǎn)傳到監(jiān)控中心或調(diào)度中心。該系統(tǒng)不僅滿足了電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)的要求，同時(shí)也滿足了變電站安全警衛(wèi)的要求，具有非常好的推廣應(yīng)用價(jià)值。