基于視訊技術的變電站智能巡檢系統

肖春琦，　夏水英，　黃　娜，　肖　路，　伍曉東

(咸寧供電公司，湖北 咸寧 437000)

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基于視訊技術的變電站智能巡檢系統

肖春琦，夏水英，黃娜，肖路，伍曉東

(咸寧供電公司，湖北 咸寧 437000)

摘要提出了一種基于視訊技術的變電站智能巡檢系統，包括接口層、服務層、應用層，并對系統架構及其功能進行了詳細介紹。該系統不僅實現了視訊技術與變電站巡檢技術的高效結合，通過聯動控制，真正實現了變電站的智能監控；還實現了變電站分散輔助巡檢系統的集成聯動，提高了變電站的管理水平和運行質量，真正實現了變電站的無人或者少人值守。

關鍵詞變電站; 視訊技術; 聯動控制; 智能巡檢; 智能監控

Intelligent Inspection for Substations Based on Video Communication

XIAOChunqi，XIAShuiying，HUANGNa，XIAOLu，WUXiaodong

(Xianning Power Supply Company, Xianning 437000, Hubei, China)

AbstractAn intelligent inspection system for substations based on video communication is designed. The system includes an interface layer, a service layer and an application layer. The system architecture and functions are described in detail. The system combines video communication with substation intelligent inspection techniques to realize intelligent monitoring and control by linkage control. It realizes integrated linkage of decentralized inspection of substations, and improves managerial and operational quality. The system can realize unmanned operation or reduce workforce traditionally required in substations.

Keywordssubstation; video communication; linkage control; intelligent inspection; intelligent monitoring

變電站巡檢是保證變電站安全運行，提高供電可靠性的一項基礎性工作。隨著我國電站自動化水平的提高以及遠程智慧化無人值守電站建設進程的快速推進，變電設備運行可靠性面臨愈發嚴峻的考驗。傳統的人工巡檢會受工作人員情緒波動、外部環境、個人經驗、技能水平的影響，存在漏巡的可能性。并且，工作人員只有借助專業儀器才能發現某些設備內部的故障缺陷。同時，由于巡視人員巡視設備時距離設備較近，對巡視人員的人身安全帶來一定的隱患，特別是在異常現象查看、惡劣天氣特殊巡檢及事故原因查找時危險性更大[1]。本文所研究的基于視訊技術的變電站智能巡檢系統替代人工巡檢方式，能夠避免傳統人工巡檢的種種弊端，實現變電站巡檢的智能化、集中化、遠程化和自動化[2]。

近幾年來，通信技術進步飛快，原來那些制約視訊技術推廣與傳播的約束已不復存在，相反隨著寬帶網和高速無線接入技術的發展，要在電力工業尋找與網絡技術相適配的業務，視訊技術恰恰符合要求。目前視訊和與之相關業務成了電力工業，尤其在變電站智能巡檢中的討論、研究熱點[3-4]。隨著智能電網發展建設步伐的加快，要求在變電環節加速智能變電站的研究和推廣，實現變電站設備的信息化和智能化[5]。集中管控所有變電站的電量信息、潮流、報警信息等是其主要的實現方式，但是存在只能看到變電站的數字信息，不能全方位的觀察變電站的運行狀況和環境狀況，并且現有變電站關于輔助設備的監控系統大都是獨立的系統。為了更好地全方位監控變電站的運行狀況和環境狀況，有必要研究變電站巡檢系統與視頻監控系統的高效結合。

1系統設計路線

通過研究智能變電站發展方向，在分析變電站巡檢系統的現狀基礎上，確定系統設計思路。

(1) 建立設備臺賬。根據變電站各事件與設備的種類、特點，對采集到的數據數據進行整理，并分類存儲，以便查詢數據，為下一步的聯動環節提供條件。

(2) 建立視頻與設備或事件信息的聯動。目前，變電站視頻監控與設備狀態信息并無直接聯系，而是單獨傳輸與存儲。當變電站出現突發情況時，需要分別調用設備狀態數據與視頻數據，降低了工作效率。如果將視頻信息與設備狀態信息進行聯動處理，則可以實現對變電站進行視頻監控，能夠聯動顯示對應的狀態信息數據，當突發情況發生時，可以自動存儲異常狀態信息與對應視頻錄像。

(3) 解析保護信息和監視控制與數據采集(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)系統信息。當攝像頭巡視到某設備時，該設備的運行信息，如紅外成像溫度信息、壓力信息等其他監測信息也會相應的顯示。系統根據SCADA信息進行自動分析，判斷設備狀態情況，實現SCADA信息的解析。如果發現故障，系統自動分析故障原因，并給出專家建議，指導工作人員維修。值班員不僅能夠監控設備的外觀狀態，還可以通過監測信息判斷設備內部的健康狀態。

(4) 觸發視頻監控子系統模塊。實現異常信息與視頻系統的聯動。如： 視頻監控和門禁控制系統的聯動，當門禁控制系統顯示有報警信號時，自動記錄視頻監控系統相關畫面；視頻監控和前端采集系統的聯動，當前端采集系統處理數據發現數據異常，自動調用優先權最高的監控設備記錄監視系統相關畫面。

(5) 故障日志查找。當各種異常情況發生時，對應的視頻信息與設備狀態等信息將自動存儲，后期可按照故障類型、時間節點、設備名稱等按類查找。

2系統架構與特點

2.1系統架構設計

變電站智能巡檢系統采用分層方式設計，由下而上分為接口層、服務層、應用層。智能巡檢系統架構示意圖如圖1所示。

圖1　智能巡檢系統架構示意圖Fig.1　　　Architecture of the intelligent inspection system

2.1.1接口層接口層完成對生產管理系統和視頻監控系統的實時數據進行傳送。融合不同的通信規約、不同的信息采集方式和數字信息和控制信息，實現一體化的監控模式。接口層按照相關通信協議，由通信接口把前端數據輸送到服務層。

2.1.2服務層服務層包括數據存儲、故障預警、警視聯動、系統維護和遠程發布等服務功能。

警視聯動功能實現視頻與倒閘操作的聯動、視頻與設備狀態信息的聯動、異常情況報警遠程可視化監控聯動等。視頻監測只是觀察到了變電設備的外觀和一些特征點，無法獲取內部運行狀態，通過視頻與狀態監測信息的結合，實現變電設備由內到外的“全景”監控。

(1) 視頻與倒閘操作聯動[6]。在SCADA系統和變電站智能輔助監控巡檢平臺間建立通信通道，平臺運行調控信息監控客戶端軟件，接收SCADA發出的操作信息，根據操作信息解析結果，聯動高速攝像機，實時觀察分合閘的狀態、閘刀的對位情況。

(2) 視頻與設備狀態信息的聯動。將變電站已安裝的在線監測系統和變電站智能輔助監控巡檢平臺之間建立通信通道，采集監測信息；同時，以設備臺帳為媒介建立視頻預置位與監測信息間的映射關系，在獨立或策略調用高速攝像機時，聯動顯示在線監測信息和狀態分析結果，豐富變電站的巡視方式，擴大變電站的巡視范圍，消除變電站的巡視死角[7]。

(3) 異常情況報警遠程可視化監控聯動。變電站發生異常情況的原因比較多，比如安防和消防等，將視頻和這些源頭建立關聯，其中在線監測采用設備臺帳進行關聯，安防、消防則與報警區域位置關聯，系統接收到報警信號，對異常設備和環境進行視頻記錄存儲，實現事故追憶[8]。

由于前端攝像頭數量眾多，在轉發環節采取優化算法盡量減少所傳輸的視頻流[9]。為了充分發揮和拓展視頻監控的應用，以間隔為單位分別配置一臺網絡高清高速球和高清固定槍機，結合SCADA系統的倒閘操作等動作信號，實現無人化遠方操作的遠程監控，降低遠方操作中合閘不到位帶來的安全風險，為實現真正的無人化遠方操作打下堅實的技術基礎[10]。

2.1.3應用層應用層包括巡視策略管理、巡視聯動管理、專家系統管理等模塊。

巡視策略管理的功能是根據實際情況對巡視點、巡視設備、巡視項目等具體巡視內容靈活地定義巡檢方案。包括巡視路線、設備、項目的制定、刪除和修改，以及對巡視步驟的調整。通過巡視策略管理可設置每個攝像機的停留時間、預置位置等。

巡視聯動管理實現對攝像機的預置位功能進行深化應用，通過串接預置位形成變電站的巡視策略，模擬和替代人工巡視路線，實現遠程智能巡視。系統對各個子系統進行集成管理，可以建立基于時間表和事件表的聯動策略預定義功能。系統實時監控保護信息子系統和SCADA信息處理子系統的信息變化，聯動視頻監控子系統對當前動作的設備進行跟蹤監控，做到視頻和操作同步。

通過專家系統管理，及時更新專家知識庫，為每一次的預警提供可靠的專家建議，指導工作人員作出正確處理并及時排查故障信息。

2.2系統特點

基于視訊技術的變電站智能巡檢系統實現了變電站的無人值守，并且對變電站信息進行了全方位的監控。其特點如下： ① 可遠程控制與瀏覽變電站巡檢信息；② 根據SCADA信息處理的高效性，可實時進行故障預警；③ 可實現警視聯動，并對故障信息進行規范化存儲；④ 對巡檢系統設置授權等級，不同用戶根據用戶等級進行相應操作；⑤ 利用視頻智能處理技術，實現監控視頻的智能分析。

3系統技術實現及功能說明

3.1系統關鍵技術實現

3.1.1變電站視頻巡檢界面設計開發采用變電站平面布局圖為軟件界面應用導向，動態化布置視頻監控裝置的熱點標識，將這些熱點與視頻圖像關聯。

系統平臺包括瀏覽器/服務器(Browser/Server，B/S)、客戶端/服務器(Client/Server，C/S)兩種模式，以B/S為主體，C/S為配合。B/S模式下包括數據庫和軟件的3層結構： 接口層、服務層、應用層，該模式建立在廣域網之上，不必用專門的網絡硬件環境，簡化了系統的開發與維護，只需要在客戶機上安裝一個瀏覽器，即可通過網絡服務器與數據庫信息進行交互。C/S作為客戶端/服務器模式，在客戶端需要安裝專用的客戶端軟件，并要依靠B/S主體軟件提供的Web Services(網絡服務器)接口才能有效工作，但是由于C/S模式建立在專用的網絡上，對信息安全的控制能力更強、實時性更好。兩種模式互為配合，充分發揮各自長處，共同建設可靠性更高的系統平臺[11-12]。

3.1.2分散式小系統信息采集在原有變電站資源配置上，采集各分散小系統信息，集成視頻監控技術，實現變電站的智能聯動控制。對變電站門窗安裝的紅外雙鑒裝置[13]輸出信號進行實時采集，建立紅外雙鑒信號和監控攝像機間的關聯，形成報警聯動視頻錄像功能；通過變電站布置的消防監控主機，接出RS-485通信信號，在軟件平臺上模擬煙感位置，提取任意煙感的報警信號，建立煙感和監控攝像機的關聯性，形成報警聯動視頻錄像功能，有效監控發生報警的原因。

3.1.3視頻信息智能分析建立標準圖譜庫，利用圖片比對、視頻分析新技術，在自動巡視時判斷人員及設備狀態，一旦出現異常情況馬上進行過程影像記錄，加強變電站的監控能力和手段。視頻信息智能分析管理流程圖如2所示。

圖2　視頻信息智能分析管理流程圖Fig.2　　　Flow chart of the intelligent analysis and　　　management of video information

3.2系統模塊功能說明

變電站智能巡檢系統集成視頻監控、在線監測、SCADA及保護信息管理系統，通過將視頻圖像與設備臺賬、SCADA及保護等信息建立映射關聯，實現視頻監控與開關動作聯動，降低遠程監控中合閘不到位帶來的安全風險。

3.2.1視頻監控模塊按照智能巡檢系統要求，在主要監控區域安裝高清攝像設備，實現關鍵設備關鍵部位的24h全天候監控。當沒有信號觸發的時候，系統可以按照預先設置的事件邏輯對各個設備進行自動巡視，自動發現問題并報警。當有觸發信號時(如開關倒閘動作等)，系統會根據觸發信號關聯的信息調用相應的攝像頭對設備的當前事件進行跟蹤監控，及時發現并報告問題，做到全局事件和跨子系統聯動的功能。

3.2.2在線監測模塊充分整合現有在線監測單元，利用專家診斷系統，對設備運行狀態進行全方位監測。包含變電設備紅外成像在線測溫、容性設備絕緣在線監測、變壓器油色譜在線監測、避雷器在線監測、變壓器鐵芯電流在線監測、開關柜在線測溫、SF6氣體微水及密度綜合在線監測、斷路器動作特性在線監測、變壓器局放在線監測、室內空氣溫濕度在線監測、直流系統在線監測、交流電源系統在線監測和室內外環境在線監測等[14]。

3.2.3SCADA信息處理模塊SCADA信息處理模塊可以實時的解析SCADA系統傳送過來的倒閘動作信息，及時發現運行和調度人員進行的遠程操作行為，聯動視頻監控模塊對操作進行跟蹤監控，更正遠程操作中存在的問題。

3.2.4用戶和設備臺賬模塊用戶和設備管理模塊進行用戶的管理、權限的分配、模塊的添加和組織結構的管理、設備的添加刪除、設備和視頻攝像頭之間的關聯維護以及巡視和聯動策略的維護[15]。

4系統性能分析與應用

4.1系統性能分析

基于視訊技術的變電站智能巡檢系統，高度集成融合智能子系統，最大限度服務于生產運行，保障了電力系統的設備運行。通過實際現場應用及運維人員反饋，相比傳統變電站巡檢，該系統有以下性能優勢。

(1) 系統實用性。設計時注重系統綜合能力和總體性能的考量，確保變電站視頻巡檢系統與現有的安防、消防等環境系統實現無縫連接。系統采用全中文、圖形化軟件，界面友好、清晰、簡潔，操控簡便、靈活以實現整個監控系統管理與維護。

(2) 系統可靠性。變電站運行環境復雜，電磁干擾較重，在系統設計時，對站端設備防高電壓干擾予以重點考慮，提高設備使用壽命。同時，系統設計時解決了大量視頻訪問帶來的擁塞、程序崩潰、病毒攻擊等問題，確保在各工況下都能穩定運行。此外，設備選用成熟、可靠，低故障率類型，服務器冗余供電，及具備重要數據自動備份功能。

(3) 系統擴展性。系統采用標準化設計，嚴格遵循相關技術要求，確保各子系統之間的互聯互通。在設計和設備選型時，考慮預測未來接入需求，進行余量設計；服務器采用模塊化結構，便于擴容和升級；前端設備、模塊都能提供空余的接口，以便接入更多數量、更多類型的監控點和安防監控探測器，新的子系統或設備以模塊化方式接入系統。

(4) 系統兼容性。系統開發選用跨平臺的技術，能夠運行在不同的操作系統上，滿足現有兼容性需求，并能將以后新上的本地監控系統無縫納入本系統。在功能滿足基礎需求的同時，系統實現與SCADA綜合自動化系統、消防系統、其他監控系統的視頻聯動功能，并且提供實現客戶端軟件主體功能的ActiveX控件以及Web客戶端軟件，方便集成第三方系統。

4.2系統應用實例

在系統巡檢到某個設備的外觀時，能顯示該設備從內到外健康狀態360°全景化巡視。系統在巡檢過程中不受人為生心理因素、個人工作經驗和技能水平以及外部工作環境影響，也不存在漏巡及異常漏發現等情況。當變電站出現報警時，巡檢攝像頭自動切換至該設備進行實情錄像，與此同時傳送報警信息，切出報警畫面。基于視訊技術的智能巡檢系統能使班值人員實時掌控變電站設備運行的實時狀況。圖3所示為開關柜的巡視畫面，圖4所示為主變壓器巡視畫面。

圖3　開關柜巡視畫面Fig.3　Monitoring of switchgear

圖4　變壓器巡視畫面Fig.4　Monitoring of transformer

班值人員在集控中心對無人值守變電站進行運維巡檢，不僅滿足了以紙質為主的人工巡視要求，而且實現了對人工巡視看不清楚的設備內部實時狀況，如： 漸變油位、內電纜監視。

圖5所示為調控中心視頻監控界面，圖6所示為設備狀態信息監控界面，實時更新變電站設備狀態信息，包括運維情況與檢修信息，以及存儲檢修歷史以供后期查閱。全方位監控，實現對整個變電站的實時視頻與狀態監控。

圖5　調控中心視頻監控界面Fig.5　Video inspection of regulation and control center

圖6　設備狀態信息監控界面Fig.6　Monitoring picture of equipment status information

5結語

通過分析基于視訊技術的變電站智能巡檢系統的功能模塊、系統性能和系統特點，驗證了其在無人值守變電站中發揮的作用。該系統對智能子系統進行了高度的集成，保障了電力系統的設備運行。系統具有實用性、開放性、可靠性、可擴展性，避免了人為巡檢的種種弊端。最后，通過應用列舉，驗證了本文提出的基于視訊技術的變電站智能巡檢系統的可行性。該系統能夠全方位監控變電站的運行狀況和環境狀況，對變電站巡檢系統與視頻監控系統進行了高效的結合，真正實現了變電站的智能監控。

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文獻標識碼A

中圖分類號TM 63;TP 274

文章編號2095 - 0020(2016)01 -0050 - 06

作者簡介：肖春琦(1965-)，女，工程師，主要研究方向為變電站運維檢修與計算機應用，E-mail： 104531345@qq.com

收稿日期：2015 - 12 - 01