變電站視頻及環境監控系統實用化應用研究

陳皓++鄧應松

摘 要：目前變電站視頻及環境監控系統建設已經得到全面推廣，然而在系統運行維護過程中，由于接入站點、設備數量逐步增多，巡檢工作需要耗費大量人工，并且其應用情況僅停留在基本的輔助監視水平，無法有效滿足智能變電站精細化巡檢、全方位減輕維護難度的要求。文章針對變電站視頻及環境監控系統存在的局限性，闡述了系統在實用化應用中對工程化配置、可視化聯動及智能巡檢功能的應用原理，大大減少了系統運維工作量，提升了系統的可靠性和實用性。

關鍵詞：變電站；監控；視頻聯動；智能巡檢

變電站視頻及環境監控系統是指利用計算機技術、音視頻技術、網絡技術等實現變電站視頻信息、環境信息的采集和應用。該系統作為電網生產輔助監視、現場工作行為監督、事故及故障輔助分析、應急指揮及演練、反事故演習、安全警衛、各類專項檢查等功能的重要技術手段[1-6]，其建設意義及作用十分重大。但在該系統當前應用現狀來看，其在輔助電網生產、智能化應用以及系統運維便利性等方面的作用還未得到充分體現。對此，需要對產生這些問題的原因進行分析，進一步加強工程化配置，提升計算機視覺、機器學習、智能巡檢等信息化先進技術的應用，找出相關對應措施，從而更好地促進本系統的實用化水平。

1 實用化應用需求

變電站視頻及環境監控系統建設以來，已實現對站內設備運行工況遠程監控、現場工作行為遠程監督，生產人員及各級領導在借助本系統對變電站的設備運行情況和現場工作人員工作行為規范進行實時的視頻和場景監視的同時，相關安全督查人員可利用本系統對現場事故的歷史錄像及告警事件調查取證。但在前期系統使用過程中，維護視圖監控視圖命名、攝像機預置位命名及選點、告警聯動規則等沒有科學合理的配置管理，沒有對現場關鍵設備進行有效監控，從而無法滿足智能變電站監測的要求。根據系統工程化指導方案對系統配置的同時，如能結合智能巡檢分析技術，不僅可以提高系統的監測和取證的準確率，還能大大減輕運行人員的工作負擔，使本系統的實用性得到進一步提升[7-9]。

從當前變電站視頻及環境監控系統的運行情況分析可知：目前系統主要的矛盾在于系統未能有效快捷地提供運行人員所需的日常巡檢信息，矛盾產生的原因有如下幾點。

（1）各廠家系統界面各異，多數界面友好度欠缺，操作不夠簡潔便利（例如攝像機遠程安防監控器材概念（Pan/Tilt/Zoom ，PTZ）云臺控制），在全局場景中定焦目標對象操作較為麻煩，巡檢對象與目標對象很難進行對應。

（2） 對于站內告警事件的處理，本系統沒有對遙信、遙測及遙控信號進行視頻聯動，沒有實現站內系統一體化、可視化遠程操控。

（3）系統關注設備運行工況的同時，缺乏對系統關鍵業務功能（例如：攝像機PTZ云臺控制、攝像機錄像存儲及點播）可用情況智能監測功能。面對大量的監控點信息，采用傳統手工作業方式逐一驗證關鍵業務運行工況為運維人員帶來巨大的工作量，并且巡檢結果的準確性和完整性也無法得到有效保障。

針對以上問題，本文對變電站視頻及環境監控系統提出了初步的優化設計、全面升級和實用化應用技術方案，從而逐步完善相關功能。

2 系統實用化應用技術

2.1 攝像機預置位工程化配置

針對目前系統界面不直觀、攝像機云臺操作欠簡潔便利問題，利用系統攝像機預置位功能，根據站內運行人員日常巡檢目標對象，開展攝像機工程化預置位的配置實施工作。使得運行人員在日常巡檢中能夠快速準確地監視關鍵設備，從而省去了查找監控設備、手動變焦、聚焦的復雜過程。

攝像機預置位命名以監控場景（包括設備、區域）作為對象，若監控某設備，命名為“XX間隔或XX室/設備名[/方位（上、下、左、右、東、南、西、北及其組合）或讀數]”，其中方位或讀數根據現場需要設置，如“#1主變間隔/#1主變/油表”“第一串#1主變變高5103開關間隔/5103開關”。若監控某區域，命名為“區域/方位（上、下、左、右、東、南、西、北及其組合）”，如“第一串#1主變變高5103開關間隔/東南”“主控室/北”。

預置位選點要求充分利用現有攝像機，實現全局設備（尤其是一次設備）全貌的“無死角”監控，若默認預置位不能實現全覆蓋監控，則適當增加巡檢預置位。

默認預置位應監控全站設備的整體狀態，默認預置位參考畫面如圖1所示。

巡檢預置位應盡可能監控所有設備的局部狀態，應重點監控如下內容：變壓器、斷路器、互感器、避雷器、絕緣子等設備及其重要部件之間的連接頭、油表，油壓，隔離開關、接地開關的分合狀態及電纜層的電纜外觀等情況。巡檢預置位監控畫面如圖2所示。

2.2 系統可視化聯動

變電站內運行的安全性是至關重要的，所以對每個設備的監控都要到位。變電站主要監控范圍包括：現場的環境狀態，各種類型的斷路器的開和關的狀態，變電站內的電流互感器，電壓互感器和高壓設備的外觀狀態，主變的運行，易燃設備和充油設備，電氣設備室的一些場景情況等[10-12]。

在不影響站內綜合自動化系統安全運行的機制下，利用CDT規約格式，采用DL451-91《循環式運動規約》的基本定義[13]，使自動化系統與視頻監控系統協同工作，使站內系統一體化聯動。形成快速報警、快速定位并調取有關報警視頻，實時查看現場情況，報警視頻聯動的功能，實現了電網一次設備的可視化操作，避免了報警系統誤傳信息和工作人員在環境惡劣的條件下進行現場巡視帶來的困難，提高了遠程控制的安全性。

聯動過程為：在綜合自動化系統上有被控對象處于遙控操作過程中并且已經下發遙控預置命令時，自動化系統與站端視頻及環境監控系統進行觸發通信，將被控遙信位的序號及描述通知給監控系統，由監控系統根據之前配置好的聯動策略自動調用聯動的一次設備多角度實時視頻，同時對信號發送過程中進行事前、事后錄像，保證了數據的有效性、實時性和完整性。endprint

視頻系統實時接收自動化系統發送的開關、刀閘等遙控、遙信變位信號后解析并轉換報文通知視頻監控系統將攝像機（預置位）對準預設的組態對象，形成實時在線可視化的操作環境、防止誤操作，提高安全生產。實時接收遙控、遙信圖如圖3所示。

2.3 業務功能智能巡檢技術

在系統日常巡檢維護過程中，為了保證站端系統可控、在控，必須進行周期性巡檢作業，以便及時了解所有前端視頻設備的運行狀態。目前，平臺的巡檢方式大多采用人工手動巡檢：對變電站攝像機視頻、攝像機云臺控制和攝像機錄像狀態進行功能逐一驗證。隨著監控范圍越來越大，前端視頻感知設備越來越多，做完一次全面全系統巡檢所需的時間不斷增加，長時間做重復的巡檢操作不僅影響運維人員工作狀態和效率，而且影響巡檢作業質量。

為提高工作效率，解放運維人員的生產力，改善日常巡檢方式，將重復性的勞動交給計算機去完成，智能巡檢技術在當前變電站視頻及環境監控系統的基礎上，增設智能巡檢作業管理功能，發揮現有計算機的強大計算能力，讓系統巡檢作業更高效、靈活，從而有效提高變電站視頻及環境監控系統的使用率。

為減輕計算機進行設備巡檢時的網絡壓力，智能巡檢系統在巡檢速度上采用了人工配置和自動偵測相結合的方式，巡檢時監視當前系統網絡狀態，發現網絡出現擁塞情況，將自動放慢巡檢速度。

智能巡檢功能設計分為4個層次（見圖4）。基礎層：為上層提供網絡狀態判斷、網絡傳輸、數據存儲和定時器等基礎功能；采集層：從數據庫中獲取攝像機列表，定時完成前端設備在線檢測工作，將檢測結果保存在數據庫中供服務層使用；服務層：為用戶提供訪問服務，根據用戶的需求，計算出一段時間內的統計數據；用戶層：提供給用戶簡潔、清晰的報表。

智能巡檢模塊與變電站視頻及環境監控系統緊密結合，利用高效的視頻內容分析（Video Content Analysis，VCA）算法，解析實時視頻質量，有效篩選“無視頻信號”、畫面扭曲、畫面雪花等故障類型攝像機；在攝像機云臺控制協議互通的情況，利用智能分析技術，判斷攝像機云臺控制的有效性；通過分析查詢/獲取站端錄像文件和播放的實時流傳輸協議（Real Time Streaming Protocol，RTSP）交互報文，智能判斷攝像機是否存在錄像文件，錄像文件是否可點播等。并對上述巡檢結果進行統計分析，自動生成巡檢報表。運維人員根據巡檢報表，可及時發現故障并跟蹤處理故障監控點，減少運維時間，提升系統整體可用率。

3 系統實用化應用分析

變電站視頻及環境監控系統在廣東全省已經全面進入實用化驗收階段。實用化驗收工作過程中，系統智能巡檢技術已經初步在多個局試點應用，后期將逐步實現智能巡檢功能在變電站視頻及環境監控中的全面部署實施和推廣。同時，對于調度主站系統的可視化調度技術、視頻智能分析算法在電網生產中的深度應用開發也逐步開展。通過采用先進的技術手段保證系統的建設質量和投資效益。正在減輕系統運行人員的工作負擔，確保投資建設的視頻監控系統及設備的實用性。

4 結語

隨著智能電網的建設，變電站視頻及環境監控系統得到了廣泛應用。然而，現有視頻監控往往局限于對變電站固定或隨機場景的監視，視頻覆蓋有效范圍不夠科學合理，且需要的人工干預，無法滿足智能監測的需求。針對現有系統的不足，通過開展的系統實用化應用技術研究，伴隨系統版本逐步升級，可以進一步提高系統的實用價值，減輕系統運行人員的工作負擔，為確保電力系統的安全可靠運行發揮積極作用。未來將進一步實現面向智能變電站的視頻監控系統高級應用，為多級平臺智能流媒體集群、平臺集中存儲策略、變電站視頻輔助全景建模、海量數據檢索引擎研究等提供技術支持。

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