數(shù)字視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)在變電站應用的故障分析

羅朝陽

（鹽城供電公司電力調(diào)度中心,江蘇鹽城 224005）

隨著電網(wǎng)現(xiàn)代化水平提高，電力通信日益顯示出其重要性。創(chuàng)建無人值班通信站，是深化電力體制改革、提高勞動生產(chǎn)率的一項重要舉措，是電力通信事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)調(diào)度自動化和創(chuàng)建無人值班通信站的重要組成部分。建立視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效提高通信網(wǎng)絡實時監(jiān)管功能，加強通信調(diào)度指揮能力，及時發(fā)現(xiàn)通信電路或設備的故障，縮短維修停運時間，提高通信質(zhì)量，減少通信站值守人員，在提高通信網(wǎng)的社會和經(jīng)濟效益方面具有重要作用。無人值班通信站一般都實現(xiàn)了對遠方通信站的“三遙”（即遙測、遙信、遙控）功能。然而，要實現(xiàn)通信站全面的自動化管理，如對遠方通信站現(xiàn)場環(huán)境的實時監(jiān)視、防盜、防火的及時發(fā)現(xiàn)和報警等功能，這是目前常規(guī)自動化系統(tǒng)還不能實現(xiàn)的。視頻監(jiān)控作為一種新型的科技手段，在20世紀90年代后期開始應用于電力系統(tǒng)中，該技術的應用為電力安全生產(chǎn)提供了有效的輔助作用。它的出現(xiàn)從某種意義上推動了電力系統(tǒng)新管理模式的改革進度。該系統(tǒng)的開發(fā)成功及投入運行為無人值班綜合自動化通信站又增加了一個重要的功能——遙視功能。

1 鹽城供電公司數(shù)字視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)介紹

目前，鹽城供電公司采用XY-JK2000多媒體數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，已完成了對1個500 kV、2個220 kV、1個110 kV、3個微波站的遠程視頻監(jiān)控。該數(shù)字視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用基于WEB服務器為核心的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)和遠程遙視系統(tǒng)，在組網(wǎng)方式上與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控有極大的不同。整套遙視系統(tǒng)主要由3個互相銜接的部分組成：現(xiàn)場設備（分站設備）、通道傳輸設備、監(jiān)控中心（主站設備）。

XY-JK2000多媒體數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示，主要包括監(jiān)控現(xiàn)場、監(jiān)控中心、領導分控三部分。

圖1 視頻監(jiān)控結(jié)構示意

2 監(jiān)控現(xiàn)場

監(jiān)控現(xiàn)場主要由前端PC機、智能切換矩陣、一體化球型攝像機（內(nèi)置云臺、防護罩、鏡頭）等主要設備組成。監(jiān)控前端是擔負著圖像的采集、編碼、傳輸和控制命令的執(zhí)行部分，是整個系統(tǒng)重要組成部分之一。其結(jié)構如圖2所示。

圖2 監(jiān)控現(xiàn)場結(jié)構

3 監(jiān)控中心

（1）圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務器

圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務器主要由高檔微機服務器、WINDOWS NT/2000、SQL Server/Access 數(shù)據(jù)庫服務器組合、自行研制的圖像數(shù)據(jù)庫、WEB服務器軟件及“XY-JK2000”數(shù)字視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)服務器軟件組成。系統(tǒng)服務器主要完成以下任務：處理多個監(jiān)控客戶終端的任務調(diào)度、監(jiān)控終端用戶訪問控制和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理。

（2)監(jiān)控客戶終端

監(jiān)控終端微機配置在主控機房、調(diào)度室、主管領導辦公室和其它相關單位，安裝圖像監(jiān)控用戶端軟件或WEB瀏覽器。監(jiān)控終端用戶必須由系統(tǒng)管理員在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中注冊，根據(jù)職責授予不同的權限和控制優(yōu)先級。用戶通過用戶名和口令登錄系統(tǒng)，在系統(tǒng)管理員授予相應權限的情況下，具有以下功能：圖像監(jiān)視、遠程控制和錄像。

（3)以太網(wǎng)遠程橋接器

圖像監(jiān)控中心局域網(wǎng)通過以太網(wǎng)遠程橋接器與多個遠程監(jiān)控前端實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊，在中心控制室內(nèi)利用10Base-T/G.703轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)直接送到監(jiān)控中心的網(wǎng)絡中，實現(xiàn)以太網(wǎng)和廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)流的雙向轉(zhuǎn)發(fā)。

（4）監(jiān)控網(wǎng)與MIS網(wǎng)連接

考慮到電力調(diào)度系統(tǒng)的獨立性和穩(wěn)定性，監(jiān)控中心的局域網(wǎng)絡應當是獨立的網(wǎng)絡，并通過專用通道與電力局MIS網(wǎng)連接。為了繼續(xù)保證監(jiān)控網(wǎng)的獨立性和穩(wěn)定性，同時不讓視頻流影響MIS網(wǎng)，必須把監(jiān)控網(wǎng)劃在獨立的VLAN之中。由于要處理大量的視頻流和能夠支持IP多播，監(jiān)控中心的交換機選用了高性能、支持IP多播的Cisco Catalyst 3524。按照DVD標準,視頻碼流是1 500 kbit/s,即144 kb/s,一個視頻UDP數(shù)據(jù)包大小為1.0～1.5 KB,因此，每路視頻每秒需要的UDP包為150個，10路視頻對交換機的包轉(zhuǎn)發(fā)能力需求是每秒1 500個。在本系統(tǒng)中，Cisco Catalyst 3524有10 Gbit/s的交換背板，每秒6.5×106個包的轉(zhuǎn)發(fā)能力，對10路視頻處理需求綽綽有余。以上的組網(wǎng)方式保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 系統(tǒng)功能

（1）控制功能

監(jiān)控主機可通過鼠標操作對安裝在現(xiàn)場攝像機、鏡頭、照明等設備進行控制，以便觀看多個監(jiān)控場合和目標，同時獲得最佳的監(jiān)控效果。

（2）圖像切換

監(jiān)控主機可控制視頻信號切換，可以對選定的一組攝像頭進行顯示間隔可調(diào)的輪流觀看。

（3）數(shù)字錄像及回放

系統(tǒng)的錄像功能全面，可以由用戶控制錄像，可設定定時自動錄像。除特殊需要時，一般都采用數(shù)字錄像方式，即把圖像存儲到計算機的硬盤或可讀寫光盤上。

（4）實現(xiàn)遠程多屏幕顯示和輪流觀看

定時輪流顯示選定的一組鏡頭圖像，每一時刻某一現(xiàn)場只有一路活動圖像，一組鏡頭由現(xiàn)場控制或遠程分控選擇，實現(xiàn)遠程多屏幕顯示和遠程長時間錄像。

（5）智能報警及聯(lián)動

在監(jiān)控區(qū)域有異常情況發(fā)生，報警插頭將給計算機以觸發(fā)信號，計算機將畫面自動切換至該報警區(qū)域，并立即錄像。

（6）操作簡便

客戶端為Microsoft公司提供的IE瀏覽器，操作界面全部為中文可視化界面，用戶可根據(jù)清晰的中文功能提示，實現(xiàn)全部的監(jiān)控操作。

（7）遠程系統(tǒng)維護和系統(tǒng)管理

視頻監(jiān)控服務器提供遠程WEB訪問功能，管理員不必到達設備現(xiàn)場，就可修改設備的各項參數(shù)，提高的設備維護效率。同時，管理員可遠程增加、刪除、修改用戶、監(jiān)控地點、用戶的控制權限、錄像時間等信息。當這些信息修改之后，管理員不用對客戶端進行維護，用戶只要在重新登錄系統(tǒng)一次，即可得到管理員重新分配的信息，大大減輕了管理人員的軟件維護工作量。

（8）系統(tǒng)可擴展性

系統(tǒng)安裝完成后，根據(jù)實際需要可不斷對系統(tǒng)進行硬件擴展和軟件升級。

①前站的數(shù)量可擴展：監(jiān)控中心選用10Base-T/G.703轉(zhuǎn)換器，如需增加1個前站，只需增加1對轉(zhuǎn)換器即可：一臺在監(jiān)控前端，另一臺在監(jiān)控中心。轉(zhuǎn)換器的連接非常簡單，只需一條2M通道，無需其它配置。

②客戶端的數(shù)量可擴展：只需有IE瀏覽器，網(wǎng)絡上的任何一臺多媒體計算機均可作為客戶端使用。

③可升級性強：只需更換視頻采集編碼卡和監(jiān)控軟件，即可實現(xiàn)MPEG-2、MPEG-4等壓縮標準的升級（監(jiān)控軟件免費），從而保護前期投資。

5 系統(tǒng)特點與優(yōu)勢

（1）監(jiān)視

采用彩色一體化快球攝像機對微波塔、人員進出通道、設備運行環(huán)境等進行實時監(jiān)控,完成對儀表、開關狀態(tài)的監(jiān)控及完成相關區(qū)域的監(jiān)控。

對現(xiàn)場的視頻監(jiān)控設備進行操作，完成云臺旋轉(zhuǎn)、鏡頭聚焦及近景/遠景調(diào)節(jié)等操作工作。同時，本系統(tǒng)還可以開關方式控制現(xiàn)場相關設備，如打開室內(nèi)照明等。

系統(tǒng)采用共同接地網(wǎng)，只有一點獨立接地，接地電阻不大于1歐，具有良好的抗雷擊功能。現(xiàn)場與系統(tǒng)以外設備相連的數(shù)據(jù)線均有防雷擊浪涌保護器，將其與其他設備隔離，可防止設備遭雷擊破壞。

（2）預置和巡視

監(jiān)控系統(tǒng)采用了快速一體化球型攝像機，它是由三可變鏡頭、數(shù)字攝像機和由步進電機構造成的快速云臺綜合一體的攝像機，帶64個預置位，因此通過各監(jiān)控主機可對該攝像機的預置點進行預置，從而在監(jiān)控中心發(fā)送一個預置目標，即能在1 s鐘內(nèi)獲得預置點清晰的圖像。同時還能連續(xù)控制攝像機云臺，并實現(xiàn)變焦、變倍、變光圈等功能。因此，通過軟件來設置現(xiàn)場的巡視目標（預置點）及每個目標（預置點）停留時，能夠順利實現(xiàn)各種需要的巡視功能。

（3）先進性

圖像壓縮采用MPEG-2標準，具有圖像清晰度高、畫面細微逼真、圖像幀率高等優(yōu)點。同時，硬件壓縮保證了數(shù)據(jù)高實時性，圖像延時小于1 s。

（4）開放性

整個系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，兼容性強，可與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)相連。企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的用戶使用WEB瀏覽器即可進行圖像監(jiān)控。監(jiān)控前端可以將許多現(xiàn)有的資源接入本系統(tǒng)，避免重復投資。

（5）實時性

從前端情況發(fā)生到后方中心的響應時間少于1s。

（6）易操作性

系統(tǒng)軟件提供全可視化中文操作界面，設計合理，操作員只需經(jīng)簡單培訓就可熟練使用。

（7）易維護性

系統(tǒng)運行的高穩(wěn)定性和高可靠性使維護人員的工作量大大減少。系統(tǒng)具有自診斷和自恢復功能，可以報告故障位置及原因，幫助維護人員易于定位和排除故障。部分系統(tǒng)故障可以由系統(tǒng)本身自行修復，從而進一步減少工作量。

（8）可靠性

系統(tǒng)采用純硬件組網(wǎng)，有效解決了以往圖像卡、軟件易死機的系統(tǒng)不穩(wěn)定問題。監(jiān)控設備的機箱外殼接地良好，具有較好的電磁兼容性。產(chǎn)品按國際標準設計，能抗高溫、強電磁干擾等惡劣環(huán)境，能長時間穩(wěn)定工作。監(jiān)控系統(tǒng)有良好的電氣隔離性能，具備符合ITU-T藍皮書K.20建議的抗雷擊及過電壓保護能力。監(jiān)控系統(tǒng)具有自診斷功能（主要設備均帶有看門狗功能，對自身故障可自動恢復），系統(tǒng)故障則具有自動隔離功能，監(jiān)控系統(tǒng)的接入、故障不影響被監(jiān)控設備的運行。另外，系統(tǒng)還具有良好的容錯能力，不會因用戶的誤操作引起程序運行出錯。

6 系統(tǒng)運行分析

（1）預防事故的發(fā)生及擴大。通過監(jiān)控中心、操作站能清晰監(jiān)視變電所重要電氣設備的運行情況及各戶內(nèi)外場地的環(huán)境狀況，及時發(fā)現(xiàn)運行設備的異常情況，以便調(diào)度人員及時采取有效措施，防止事故進一步擴大，減少經(jīng)濟損失。

（2）加速事故處理，減少停電損失。圖像監(jiān)控系統(tǒng)采用先進的視頻信號數(shù)字化壓縮編碼技術，不僅可將遠方變電所的圖像和火災、防盜報警信號傳送至監(jiān)控站和操作站，還實現(xiàn)了三者之間的視音頻信號雙向傳送，增加了可視對講功能。無人值班變電所的防盜、防火工作是極其重要的，其它系統(tǒng)很難做到這一點，而圖像監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)卻做到了警視聯(lián)動功能，這便大大縮短停電時間，減少了停電損失。

（3）為事故分析提供可靠依據(jù)。當變電所發(fā)生防盜防火報警時，該系統(tǒng)能迅速自動地將圖像切換到發(fā)生報警的探測器相應的位置，并自動啟動錄像系統(tǒng)進行事故追蹤錄像，并自動存盤。系統(tǒng)的事故追憶功能和事故順序記錄功能為事故分析提供了可靠依據(jù)。

7 結(jié)束語

在通信運行維護中，遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決了變電所自動化“三遙”以外新的需求——遙視需求，使變電所自動化水平又上了一個新的臺階；對通信網(wǎng)絡的實時監(jiān)控管理，通信調(diào)度的指揮、協(xié)調(diào)、處理電路或設備的故障提供了有力的幫助；在提高通信質(zhì)量，減少通信站值守人員，提升通信網(wǎng)的社會和經(jīng)濟效益等方面起到了重要作用。

電力通信站遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實施和推廣，對電力行業(yè)企業(yè)化管理有著重要的意義。建立有效的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將有助于深化電力企業(yè)改革，提高資源利用率，降低通信網(wǎng)絡運行維護的成本，并從整體上提高電力系統(tǒng)對通信站和通信網(wǎng)絡的管理水平。

[1]龔奕利，雷迎春.深入理解計算機系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2004.

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