基于無線通信技術(shù)的變電站移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

余嘉文，魏慶衛(wèi)，張楊光

（國網(wǎng)蕪湖供電公司變電運(yùn)維工區(qū)，安徽蕪湖241000）

1 概 述

隨著科技的發(fā)展，可穿戴設(shè)備技術(shù)、人工智能技術(shù)、無線通信技術(shù)等突飛猛進(jìn)，在人們生產(chǎn)生活的方方面面發(fā)揮著不可替代的作用。但在電力巡檢裝備方面，綜合應(yīng)用較少，如何將上述技術(shù)體現(xiàn)在電力生產(chǎn)及運(yùn)維裝備的“物聯(lián)化”，研制出一套集成化、智能化的變電站移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為電力企業(yè)一直關(guān)注的重點(diǎn)。

蕪湖供電公司擔(dān)負(fù)著整個(gè)蕪湖地區(qū)的電力發(fā)展規(guī)劃、電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電力設(shè)施建設(shè)維護(hù)等生產(chǎn)管理和電力營銷工作。

如圖1所示，目前公司所轄變電站使用的是固定式視頻監(jiān)控，前端監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)變電站具體情況安裝相應(yīng)數(shù)量的攝像機(jī)，以及相應(yīng)的報(bào)警器（比如紅外報(bào)警器、煙霧報(bào)警器等），把攝像機(jī)視頻線纜、控制線纜等都連接到網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器上，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器有網(wǎng)絡(luò)接口，可以直接連接到交換機(jī)上，把圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上［1］。

圖1 變電站固定式視頻監(jiān)控

然而，由于固定式視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在距離遠(yuǎn)、視角差以及清晰度低等方面的原因，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工作中存在以下幾方面的不足：

（1）現(xiàn)場(chǎng)布線復(fù)雜、監(jiān)控盲區(qū)多、不能清晰、靈活的覆蓋整個(gè)區(qū)域；

（2）對(duì)設(shè)備工況的巡視巡檢工作不能實(shí)時(shí)的進(jìn)行視頻回傳，無法直接上傳到管理人員辦公桌電腦熒屏上，更不可能上傳到管理人員手機(jī)上；

（3）對(duì)大型倒閘操作和大型工作現(xiàn)場(chǎng)在遠(yuǎn)程缺乏有效的視頻監(jiān)控手段，現(xiàn)場(chǎng)情況反饋不夠及時(shí)準(zhǔn)確，指揮人員難于快速?zèng)Q策；

（4）設(shè)備費(fèi)用高，維修不便。

在目前電網(wǎng)龐大復(fù)雜、安全可靠性要求不斷提高以及“運(yùn)維一體化”不斷推進(jìn)的背景下，怎樣能使作業(yè)流程不斷優(yōu)化、作業(yè)效率不斷提高、安全監(jiān)督不斷加強(qiáng)，是公司研究的重點(diǎn)。

移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)裝備攜帶方便，現(xiàn)場(chǎng)部署后將作業(yè)人員的雙手解放出來，工器具的使用將更加便捷，巡視巡檢監(jiān)督監(jiān)控過程會(huì)更加流暢，各種工具儀器的配合也得心應(yīng)手。本系統(tǒng)支持集成GPS全球衛(wèi)星定位功能，可支持后臺(tái)快速定位移動(dòng)視頻監(jiān)控的變電站位置。實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)圖像等信息可傳回后臺(tái)存儲(chǔ)分析，對(duì)于應(yīng)急突發(fā)事件的處理更加及時(shí)，可大量縮短作業(yè)時(shí)間、故障修復(fù)和消缺的時(shí)間，減員增效。本系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程指揮［2］，雙向?qū)χv，可以遠(yuǎn)程督導(dǎo)變電站作業(yè)人員操作，實(shí)現(xiàn)變電站作業(yè)精益化指揮、保存現(xiàn)場(chǎng)第一手影像資料，可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高了裝備的智能化水平，在保證效率和質(zhì)量的前提下滿足當(dāng)前電力企業(yè)對(duì)應(yīng)急處理突發(fā)事件能力和響應(yīng)速度的要求［3］。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由移動(dòng)式巡檢裝備、無線通信專網(wǎng)和后臺(tái)管理中心三個(gè)部分組成。

（1）移動(dòng)式巡檢設(shè)備

移動(dòng)式巡檢裝備由智能巡檢攝像頭（支持音頻輸入／輸出）、手持單兵主機(jī)（安卓平板型）、多功能網(wǎng)關(guān)、光電互補(bǔ)續(xù)航電源四個(gè)部分構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 移動(dòng)式巡檢裝備圖

攝像頭的體積小巧、安裝架設(shè)方便、圖像回傳清晰，能適應(yīng)于各種天氣條件，移動(dòng)狀態(tài)下畫面不失真。手持單兵主機(jī)便于現(xiàn)場(chǎng)巡檢操作人員使用，便于監(jiān)控智能巡檢攝像頭布設(shè)場(chǎng)景。在智能巡檢攝像頭抵近監(jiān)控時(shí)，通過對(duì)手持單兵主機(jī)的操作，巡檢操作人員有較為靈活、適宜和安全的工作環(huán)境，可進(jìn)行智能巡檢配置，可單手掌握，不妨礙巡檢操作人員的工作。光電互補(bǔ)續(xù)航電源的光電轉(zhuǎn)換率高，能保證巡檢裝備的電力供給。

（2）無線通信專網(wǎng)

聯(lián)通公司的3G無線傳輸網(wǎng)絡(luò)采用歐洲成熟的WCDMA技術(shù)，經(jīng)過10多年的發(fā)展，其具有上網(wǎng)速度快和信號(hào)覆蓋率高等特點(diǎn)，WCDMA可以很好地支持語音、圖像、數(shù)據(jù)以及視頻通信。

從上述同業(yè)對(duì)標(biāo)分析可以看出，在3G無線數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)運(yùn)營商中聯(lián)通的WCDMA是性能最好的。由于4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況及穩(wěn)定性和3G網(wǎng)絡(luò)還是有很大的差距，而變電站一般建設(shè)在比較偏僻的地方。因此，基于3G的無線通道和無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性和性價(jià)比綜合考量，選擇聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)對(duì)于流動(dòng)性強(qiáng)、分支機(jī)構(gòu)多、安全性要求高的電力用戶為最為理想的移動(dòng)組網(wǎng)方式。

（3）后臺(tái)管理中心

后臺(tái)管理中心是一套基于專用防火墻接入的部署在專用服務(wù)器上的遠(yuǎn)程智能統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)，通過其實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)多個(gè)設(shè)備的高頻通道狀態(tài)監(jiān)視，直接進(jìn)行遠(yuǎn)程高頻通道試驗(yàn)并同時(shí)觀察試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)一、二次設(shè)備工作的監(jiān)督，及時(shí)糾正不安全的工作行為等功能。

圖3為該系統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)鋱D，變電站移動(dòng)視頻監(jiān)控設(shè)備終端通過3G／4G的無線方式接入基站后，經(jīng)運(yùn)營商內(nèi)部設(shè)備交換機(jī)進(jìn)入為專屬用戶（電力用戶）分配的專用APN，普通用戶不能進(jìn)入該APN，只有專網(wǎng)SIM卡號(hào)白名單才能進(jìn)入該APN網(wǎng)絡(luò)，防止其他非法用戶的進(jìn)入（VPN或VPDN隧道技術(shù)）。后端采用物理專線接入方式，專線網(wǎng)絡(luò)接入變電站后臺(tái)的“移動(dòng)巡檢系統(tǒng)管理平臺(tái)”，最后轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口后通過專設(shè)移動(dòng)視頻監(jiān)控接入防火墻，連接入電力內(nèi)網(wǎng)，通過電力內(nèi)網(wǎng)與供電公司的遠(yuǎn)程智能統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)聯(lián)通。在遠(yuǎn)程智能統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)下部署變電站移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)管理中心。

圖3 總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 功能應(yīng)用

該系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括：設(shè)備巡視巡檢、大型操作監(jiān)護(hù)指導(dǎo)、大型工作現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督三個(gè)方面。

（1）設(shè)備巡視巡檢

傳統(tǒng)的設(shè)備巡視巡檢中，巡視結(jié)論、試驗(yàn)結(jié)果、異常缺陷以及設(shè)備狀態(tài)情況往往是通過紙質(zhì)記錄、口頭描述匯報(bào)給調(diào)度及領(lǐng)導(dǎo)，不僅效率低下，而且匯報(bào)的準(zhǔn)確性也不能確保。在使用該系統(tǒng)后，可以將現(xiàn)場(chǎng)需要記錄匯報(bào)的設(shè)備情況通過視頻更直觀、更實(shí)時(shí)地展現(xiàn)給遠(yuǎn)程調(diào)度和領(lǐng)導(dǎo)，大大提高工作效率。

圖4為巡視過程中設(shè)備狀況通過視頻傳回遠(yuǎn)方的直觀圖像。

圖4 設(shè)備巡視巡檢圖

（2）大型倒閘操作監(jiān)護(hù)指導(dǎo)

當(dāng)變電站有大型倒閘操作（如主變操作、母線操作等）時(shí)，班組長、工區(qū)領(lǐng)導(dǎo)或公司領(lǐng)導(dǎo)通常會(huì)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)護(hù)指導(dǎo)，在變電站越來越多、停送電操作越來越頻繁而人力有限的今天，也存在效率低下、覆蓋面不足的缺點(diǎn)。在使用該系統(tǒng)后，領(lǐng)導(dǎo)可以在遠(yuǎn)方電腦在線實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)護(hù)，糾正不安全行為，在操作碰到疑難問題時(shí)，也能第一時(shí)間進(jìn)行解答指導(dǎo)，確保了操作的安全性和準(zhǔn)確性。

圖5為倒閘操作中遠(yuǎn)程進(jìn)行操作監(jiān)護(hù)的直觀圖像。

圖5 變電站倒閘操作圖

（3）大型工作現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督

當(dāng)變電站有大修或技改項(xiàng)目（主變大修、更換壓變等）時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)安全措施是否布置到位、工作人員是否規(guī)范施工等是保證工作安全完成的重點(diǎn)，因此，每項(xiàng)大型工程都必須指派到崗到位安全，監(jiān)督人員到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督整個(gè)工作過程。在工作現(xiàn)場(chǎng)越來越多的今天，該系統(tǒng)能達(dá)到減員增效的作用，設(shè)置好移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)后，能實(shí)現(xiàn)全程班組、工區(qū)、公司三級(jí)安全監(jiān)督，及時(shí)糾正工作人員不安全行為，確保工作安全進(jìn)行。

圖6為遠(yuǎn)程對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的安全監(jiān)督圖像。

圖6 變電站工作現(xiàn)場(chǎng)圖

4 創(chuàng)新特點(diǎn)

移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)打破了常規(guī)視頻監(jiān)控模式，具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）靈活分布、易安裝

該移動(dòng)視頻巡檢設(shè)備無需布線，施工方便，機(jī)隨人走，不受距離限制，擴(kuò)充能力強(qiáng)，可隨時(shí)隨地移動(dòng)監(jiān)測(cè)。

（2）跨平臺(tái)聯(lián)動(dòng)

該系統(tǒng)可以融合視頻監(jiān)控、智能視頻偵測(cè)、安防監(jiān)控、智能跟蹤、自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)、消防、智能門禁、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)運(yùn)維等多個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)統(tǒng)一聯(lián)動(dòng)。

（3）監(jiān)控方式多樣

在智能通信設(shè)備不斷發(fā)展的今天，可在本地或遠(yuǎn)程通過電腦顯示器或手機(jī)瀏覽監(jiān)控畫面。只要有網(wǎng)絡(luò)覆蓋，便有“看得遠(yuǎn)”的用武之地，無需架設(shè)專線，就可以與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)互動(dòng)，方便指揮決策。

（4）數(shù)據(jù)集中、易管理

基于無線通信接入技術(shù)，改變了原有分級(jí)上傳處理方式，只需一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)就可以對(duì)站內(nèi)一、二次設(shè)備工作進(jìn)行監(jiān)督，及時(shí)糾正不安全的工作行為，集中管理，極大地提高了效率，降低了傳輸成本。不用親臨現(xiàn)場(chǎng)，便可及時(shí)準(zhǔn)確把握情況，工作效率大幅度提高。

5 總 結(jié)

移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用將大大提高工作效率，減員增效，并能解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)盲區(qū)較多、清晰度低的缺陷，讓工作人員能及時(shí)傳輸巡視巡檢結(jié)果，倒閘操作能得到更有效的監(jiān)護(hù)，工作現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督更加全面。

該系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣將有助于提高電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行性，保障企業(yè)、居民用電，提升供電公司服務(wù)形象和服務(wù)質(zhì)量，提升經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

［1］蔣照?qǐng)?變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2012，（12）：78.

［2］段軍棋，蔣 丹.遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，31（5）：523-528.

［3］張 杰.變電站綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的探討［J］.大科技，2012，（15）：131-132.