變電站視頻安防系統(tǒng)站端方案

尹競洲，肖利建

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

“十一五”初期，在國家電網(wǎng)公司發(fā)布的變電站典型設計中已將視頻監(jiān)控作為新建變電站必配的一項應用功能，按典型設計中的要求，變電站視頻監(jiān)控應與變電站周界防盜功能集成為一個應用系統(tǒng)，即視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在功能上要兼顧對變電站運行設備場地的監(jiān)視和周邊安全防盜功能，系統(tǒng)采集到的圖像和報警信號都要傳送給相關管理人員。

國家電網(wǎng)公司[2009]第61號文件要求進一步加強變電站安全技術防范工作，規(guī)范技術防范配置，全面提高變電站安全的防護水平。變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其環(huán)境溫濕度變化、人為破壞等不安全因素對電力系統(tǒng)的安全運行產生極大的負面影響。從廣義來講，變電站安全包括變電站設備安全、變電站安全、設備安全性對變電站及系統(tǒng)的影響、變電站穩(wěn)定性對系統(tǒng)的影響。由于技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控也融入了其中。比如，過去需要人為進行判斷的報警條件，現(xiàn)在也可以通過計算機處理進行智能判斷，如視頻區(qū)域闖入報警、視頻突變報警、虛擬警戒線、人體識別、人體移動識別、面相識別和對比等等。網(wǎng)絡技術的發(fā)展也為視頻監(jiān)控的更廣泛應用奠定了基礎。另外，語音視頻的網(wǎng)絡化更豐富了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的內容，使傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和其他多種技術結合，用于遠程的視頻會議輔助、遠程支持、現(xiàn)場指導等領域。

目前，隨著視頻監(jiān)控技術的快速發(fā)展和四川省電力公司視頻監(jiān)控體系的逐漸完善，提出了視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的需求，明確了需要在省電力公司管理的各供電局(所)、35kV及以上等級變電站配置視頻監(jiān)控站端系統(tǒng)以接入省電力公司監(jiān)控中心平臺。

為實現(xiàn)變電站站端系統(tǒng)與平臺的互通，建成全省統(tǒng)一的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，省電力公司組織編寫《四川省電力公司視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范》，并進行平臺之間的互通以及平臺與前端的互通測試工作，為建成統(tǒng)一的視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)作了充分的準備。

2 視頻站端系統(tǒng)組成及功能

2.1 站端系統(tǒng)概述

站端系統(tǒng)是指布置在35kV及以上電壓等級的變電站、各級營業(yè)廳(所)營業(yè)網(wǎng)點內以視頻監(jiān)控為主的系統(tǒng)。采集攝像機的圖像信息、麥克風的聲音信號、報警設備的報警信息等經過編碼設備編碼后，將壓縮后的流媒體文件通過專網(wǎng)發(fā)送到上層數(shù)據(jù)平臺中，供用戶實時觀看或保存在存儲設備中；同時，將上層數(shù)據(jù)平臺傳來的控制信令抽取出來，進行命令格式分析，按照命令內容執(zhí)行相應的操作、控制器的切換、云臺轉動，以及攝像機鏡頭的控制、報警動作。

2.2 站端系統(tǒng)的組成

站端視頻監(jiān)控系統(tǒng)應包含布置在監(jiān)控現(xiàn)場的前端設備、站端監(jiān)控設備，以及必要的連接件、安裝附件等。

應該根據(jù)實際情況分兩種實現(xiàn)方式：

(1)基于硬盤錄像機DVR的數(shù)字-模擬混合視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

(2)基于全數(shù)字化視頻采集、傳輸和存儲的全數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2.1 基于DVR的數(shù)模混合視頻監(jiān)控系統(tǒng)

(1) 在已建成的變電站、營業(yè)廳(所)營業(yè)網(wǎng)點采用傳統(tǒng)嵌入式DVR系統(tǒng)為模擬前端，監(jiān)控點與中心DVR之間采用模擬方式互聯(lián)。視頻站端設備、安全防護子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)接入視頻服務器(或采用嵌入式處理技術的 DVR 設備)，通過交換機聯(lián)接到上層專網(wǎng)。

(2) 主要設備有視頻采集前端設備(指攝像機及與之配套的相關設備如鏡頭、云臺、安裝支架等)，視頻服務器(或采用嵌入式處理技術的 DVR 設備)，當?shù)乇O(jiān)控客服端，網(wǎng)絡交換機，安防子系統(tǒng)(僅變電站有)，門禁子系統(tǒng)，電子脈沖防護網(wǎng)(僅變電站有)，視頻、信號、電源電纜。

2.2.2 全數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)

(1)對未建成或未配備視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的變電站及營業(yè)廳(所)營業(yè)網(wǎng)點采用基于全數(shù)字化的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)中當?shù)乇O(jiān)控客服端、視頻服務器或網(wǎng)絡數(shù)字視頻錄像機(NVR或其他存儲設備)，以及基于IP的前端設備(除非特殊需要不推薦采用帶解碼器的模擬前端組合方式)，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)視頻傳輸、控制及數(shù)據(jù)告警。安全防護探頭、門禁等安全防護設備(僅變電站有)采用開關量方式，通過報警控制裝置實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，從而完成視頻監(jiān)控和安防門禁系統(tǒng)的控制。

(2)主要設備有視頻采集終端前端設備(指IP攝像機及與之配套的相關設備如鏡頭、云臺、安裝支架等)，視頻服務器或網(wǎng)絡數(shù)字視頻錄像機(NVR或其他存儲設備)，當?shù)乇O(jiān)控客服端，網(wǎng)絡交換機，安全防護探頭(僅變電站有)，門禁、電子脈沖防護網(wǎng)(僅變電站有)等。

(3)系統(tǒng)框圖(見圖1)

2.3 站端系統(tǒng)功能要求

2.3.1 變電站站端系統(tǒng)功能

2.3.1.1 視頻監(jiān)控功能

圖1 全數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)框圖

(1)與變電站被監(jiān)視設備進行配合，對環(huán)境進行防盜、防火、防人為事故的監(jiān)控，對變電站設備如主變、場地設備、高壓設備、電纜層等監(jiān)視。

(2)通過通信網(wǎng)絡通道，將被監(jiān)視的目標動態(tài)圖像以IP單播、組播方式傳到監(jiān)控中心，并能實現(xiàn)一對多(一個遠程終端同時連接監(jiān)控多個變電站端視頻服務器)，多對一(多個遠程終端同時訪問一個變電站端視頻服務器)的監(jiān)控功能。

(3)報警信號、站端狀態(tài)信息、配置和控制信息以TCP/IP方式與監(jiān)控中心實時通信。

(4)在可設定的時間間隔內對攝像頭進行視頻巡檢，參與巡檢的對象可以任意設定，包括同一站點的不同攝像機、同一攝像機的不同預置位置等，巡檢間隔時間可設置。

(5)運行維護人員通過視頻服務器或工作站對變電站設備或現(xiàn)場進行監(jiān)視，對變電站攝像機進行(左右、上下、遠景/近景、近焦/遠焦)控制，也可進行畫面切換和數(shù)字錄像機的控制。

(6)能夠從全部攝像機中任意切換出1路或任意組合切換出4路、9路、16路圖像，畫面分割方式為：1、4、9、16。

(7)至少支持人工手動切換、輪巡自動切換、報警自動切換三種切換方式。

2.3.1.2 視頻錄像管理功能

(1)對站端的視頻服務器或數(shù)字硬盤錄像機錄像功能要求實現(xiàn)可對非重要區(qū)域的監(jiān)控點(即攝像機)實現(xiàn)事故前(至少10min)、事故后(至少10min)循環(huán)錄像存貯，對重要區(qū)域的監(jiān)控點可設定長時間(至少15d)的自動循環(huán)錄像存貯，所有監(jiān)控點級別可設定。

(2)硬盤容量應保證全部攝像機同時記錄72h以上。應可通過監(jiān)控主機實時修改設定錄像的攝像機、錄像時間和方式。

(3)應有報警自動錄像能力，能設置報警時圖像的存儲方式、存儲時間、存儲間隔時間以及控制輸出設備的聯(lián)動方式。

(4)能查詢圖像記錄和錄像回放。錄像回放畫面質量應與實時圖像畫面質量相同。圖像分辨率最高可達720×576(PAL制)，支持D1、4CIF、2CIF、CIF、QCIF分辨率。單路顯示基本幀率大于或等于25fps。

2.3.1.3 報警輸入功能

(1)報警類別：變電站事故報警、電力設備狀態(tài)變化及故障報警、消防報警、防盜報警、防火報警、電力設備水浸報警、門禁報警、非法闖入及畫面異動報警、圖像設備故障報警等。

(2)畫面異動報警的變化率可設置。

(3)變電站內同時發(fā)生多點報警時，按報警級別高低優(yōu)先和時間優(yōu)先的原則顯示存貯，先上傳嚴重報警點的圖像，同等級別的報警按時間優(yōu)先上傳報警點的圖像，其它報警點上傳報警信息，報警信息不得丟失和誤報。

(4)對移動目標具有自動跟蹤功能，該功能應能隨時啟動關閉。

(5)報警信息應該和錄像數(shù)據(jù)相結合，可由報警信息檢索回放相應的圖像錄像。

2.3.1.4 報警輸出功能

(1)報警聯(lián)動輸出控制設備由視頻設備輸出控制信號驅動，包括燈光、警燈、警鈴等設備。

(2)所有報警信息均應按級自動記錄保存，分嚴重告警和一般告警，告警級別可設置。

(3)當發(fā)生報警時，變電站視頻服務器或數(shù)字硬盤錄像機能自動進行存盤錄像，立即傳送報警信息和相關圖像至地級監(jiān)控中心，并自動在地理圖上提示報警位置及類型。

(4)當發(fā)生報警時，能聯(lián)動相關設備，如啟動現(xiàn)場照明、警笛等，相關設備啟動后，應在設定的時間內自動關閉，且現(xiàn)場照明在白天(時間段可設)可不打開。

(5)能與站內各自動化系統(tǒng)實時連接，接收報警信息，聯(lián)動相應報警目標的圖像監(jiān)視(變電站事故、設備狀態(tài)變化及故障、保護動作、遙控操作、消防報警等)；并指定相應攝像機部位進行硬盤錄像機錄像，作為事故追憶和調查的輔助手段。

(6)視頻服務器應能對站內攝像機進行自檢和故障報警。

(7)應具有可控制設備的機械保護措施，在控制雨刷、云臺等設備時(自動狀態(tài))，系統(tǒng)應具有定時功能，即設備在運行后，在設定的時間內自動停止，以防止人為的忘記關閉動作，以保護機械結構。

3 主要設備功能及技術要求

前端設備安裝在變電站、營業(yè)廳(所)營業(yè)網(wǎng)點現(xiàn)場，完成變電站、營業(yè)廳(所)營業(yè)網(wǎng)點現(xiàn)場各種信息采集、處理、監(jiān)控和與監(jiān)控中心的網(wǎng)絡通信。設備應符合變電站自動化設備設計要求及有關標準。

3.1 數(shù)字編解碼設備

(1) 應采用低碼率的、符合電力遠程實時視頻監(jiān)控需求的國際標準進行視頻流編解碼和圖像存儲記錄。

(2) 支持并采用H.264或MPEG-4視頻編碼標準、G.711語音編碼標準。

(3) 應滿足可靠性高，性能穩(wěn)定，可遠程升級、遠程維護，集成了視頻采集、告警采集、與中心系統(tǒng)軟件配合使用實現(xiàn)遠程多媒體監(jiān)控功能。

(4) 視頻實時碼流比特率在32kbps到8Mbps可調節(jié)，音頻實時碼流比特率在8kbps到64kbps可調節(jié)。

(5) 建議提供非安全和安全兩種模式。安全模式采用專用的密鑰系統(tǒng)來防止未授權的設備在系統(tǒng)網(wǎng)絡上與數(shù)字編解碼設備進行通信。

3.2 網(wǎng)絡數(shù)字視頻錄像機(NVR或其他存儲設備)

(1) 支持并采用H.264或MPEG-4視頻編碼標準。

(2) 支持多路視頻信號、告警信號的采集、存儲和傳輸，與中心系統(tǒng)軟件配合使用實現(xiàn)遠程多媒體監(jiān)控功能。

3.3 視頻服務器

(1) 服務器應配備RS485通信接口，實現(xiàn)報警輸入和云鏡控制。

(2) 接收到報警信號可聯(lián)動攝像機預置位、錄像或者驅動其他設備協(xié)同工作。

(3) 應與本系統(tǒng)各組成設備的內部時鐘保持一致。

3.4 當?shù)乇O(jiān)控客戶端

當?shù)乇O(jiān)控客戶端包含PC機、監(jiān)視器、人機界面及系統(tǒng)軟件。

(1) 操作員可通過PC機和智能控制鍵盤選擇攝像機圖像切換到指定的監(jiān)視器顯示輸出。

(2) 操作員可通過PC工作站和智能控制鍵盤定義定時切換，系統(tǒng)根據(jù)定義，定時將所需攝像機視頻信號切換輸出至指定監(jiān)視屏。

(3) 操作員可通過PC工作站和智能控制鍵盤定義切換序列并調用切換序列。調用的切換序列按照定義的順序在指定的監(jiān)視器上順序顯示指定的攝像機信號。

(4) 操作員可指定一個序列組，同時在不同的監(jiān)視器上按不同的序列切換輸出攝像機信號。

(5) 操作員應配以相關權限，并保證控制的唯一性，同一時刻只允許一個操作人員控制同一控制對象。

(6) 具有操作聯(lián)動功能。當運行人員對某一電力設備進行操作時，攝像機應可自動調整到該設備處，并啟動數(shù)字硬盤錄像機進行錄像。

3.5 網(wǎng)絡交換機

前端IP攝像機相連的交換機應實現(xiàn)其所連接的IP攝像機實時通信。具備一個10/100M標準以太網(wǎng)接口，應能兼容基于MPEG-4、H.264編碼標準的各種國內主流嵌入式DVR終端、DVS終端，以及主流的各種安防周邊設備協(xié)議。

3.6 攝像機

3.6.1 基本功能要求

(1) 支持遠方控制。

(2) 自動白平衡。

(3) 逆光補償。

(4) 低照度功能。

(5) 變倍、調焦(手動和自動)、調光(手動和自動)。

(6) 強光抑制、背光補償。

(7) CCD 圖像傳感器，信噪比不低于48db，圖像水平分辨率不低于480線。

(8) 對帶預置位的攝像機，應能用中文(不少于20個漢字)定義其預置位名稱，點擊預置位即可到達預置位置。

3.6.2 網(wǎng)絡攝像機特殊要求

(1) 支持MPEG4/H.263/H.264/M-JPEG等圖像壓縮編碼標準。

(2) 以太網(wǎng)接口，支持TCP/IP通訊協(xié)議。

(3) 內置RAM。

3.7 云臺及云臺解碼器

解碼從控制終端送過來的控制信號，通過繼電器接點控制云臺的轉動、鏡頭的對變焦等。

云臺應能在垂直、水平方向勻速/變速轉動。云臺轉動的步進值應可設置，具有巡邏功能，轉動位置能預設置，同時支持雨刮、輔助燈光功能。

應支持MPEG4/H.264/M-JPEG三種編碼協(xié)議。

3.8 紅外對射裝置

四光束紅外對射探頭，帶有電路控制器，在有物體進入被檢測區(qū)域時發(fā)出聲光報警，報警信號可通過硬接點或網(wǎng)絡接口輸出到監(jiān)控客服端。

3.9 紅外感溫感煙探頭

對于敏感監(jiān)測環(huán)境中的溫度值和煙霧濃度值，溫度報警值和煙霧報警值可調。具有聲光警報功能，報警信號可通過硬接點或網(wǎng)絡接口輸出到監(jiān)控客服端。

3.10 門禁系統(tǒng)

包括門禁控制器、讀卡器、電磁鎖等主要設備。

3.10.1 基本功能要求

(1) 一個控制器可控制一個或多個讀卡器，標準接口。

(2) 可控制各種不同的電控鎖。

(3) 對所有卡實行分級管理，根據(jù)其身份確定通行權限。

(4) 可設置多個時間段，控制門鎖啟閉，每個時間段起始值任意定義。

(5) 每張卡均可設置休息日和節(jié)假日，一周內任意定義。

(6) 非法讀卡、強行開門、超時未關門等自動報警，合法卡在授權時間段以外試圖開門時，視同非法卡處理。

(7) 多種信息記錄：每次開門時間，開門卡編號，非法卡編號，報警原因、位置。

(8) 可脫機或聯(lián)網(wǎng)使用。

(9) 應能在停電狀態(tài)下，保存一定數(shù)量和時間的數(shù)據(jù)。

3.10.2 聯(lián)動功能

(1) 安防聯(lián)動：開門動作(包括非法闖入，門鎖被破壞)時，啟動聯(lián)動監(jiān)視系統(tǒng)，發(fā)出實時報警信息。

(2) 消防聯(lián)動：當出現(xiàn)火警時，自動打開相應區(qū)域通道。

3.10.3 集中管理

(1) 能統(tǒng)一對人員出入權限設置、更改、取消、恢復。

(2) 可遠程控制開門。

(3) 后臺管理工作站可建立統(tǒng)一用戶資料庫。

(4) 實時采集每個出入口的進出資料(時間、卡號、是否非法等相關信息)，同時可按各用戶進行匯總、查詢、分類、打印等。

3.11 脈沖電網(wǎng)防護設備

應滿足安全防范相關標準。在有效擊退入侵者同時將入侵信號發(fā)送到安全部門監(jiān)視中心。電網(wǎng)主機可通過硬接點或網(wǎng)絡接口輸出到監(jiān)控客服端。

報警系統(tǒng)正常運行時，探測器應對所屬防區(qū)進行24h不間斷探測，高壓脈沖電子圍欄處于休眠狀態(tài)。一旦發(fā)生入侵事件，激光探測器發(fā)出報警信號，聯(lián)動聲光報警、攝像機和錄像機，自動打開現(xiàn)場的探照燈和高音喇叭，對入侵者予以警示和嚇阻，并在0.2s之內啟動高壓脈沖電子圍欄，并同時向值班室語音報警。如果入侵者繼續(xù)進入將遭受近萬伏高壓電擊，阻止其入侵，同時值班室內LED電子模擬圖上應顯示準確的入侵位置。

宜滿足主機將報警信息通過GSM無線網(wǎng)絡發(fā)送給相關管理人員，并可與公安110聯(lián)網(wǎng)。

3.12 系統(tǒng)電源

系統(tǒng)主要設備應使用變電站內直流電源系統(tǒng)的直流電源，部分不能直流供電設備可采用不間斷供電電源(或同等級電源回路),保證在站內事故情況下不間斷可靠供電。所有設備由柜內配電器集中供電，電源配電器功率根據(jù)系統(tǒng)大小確定，要求具備一定的功率冗余。電源配電器必須具備防雷和防過電壓能力。

3.13 防雷設施

外圍設備接入系統(tǒng)的所有信號回路、控制回路、視頻回路都應具備有效的防雷和保護裝置。

3.14 電 纜

站端系統(tǒng)所使用的電纜可分為：電源電纜、視音頻電纜、控制電纜三類。所有電纜必須適應變電站運行環(huán)境。

3.15 照明設備

在需要夜間監(jiān)視或現(xiàn)有燈光不足的室內，應增加燈光照明設備和進行遙控燈光控制。照明燈光可根據(jù)系統(tǒng)設定定時或在有事件發(fā)生時自動打開(控制照明燈光或攝像機射燈照射到監(jiān)視目標)。

4 通信接口及控制協(xié)議

變電站端與地區(qū)級主站采用SDK通信接口。

5 前端設備位置及典型配置

5.1 變電站終端

(1)攝像機可安裝在配電裝置場地構架、變電站大門、電氣設備小室、主控樓內各出入口和通道、主控樓等位置，能夠對變電站主要電氣設備、建筑物、周邊環(huán)境等進行全天候的監(jiān)視。監(jiān)控室外配電設備和室外環(huán)境的攝像機采用球型攝像機，監(jiān)控變電站大門的攝像機采用固定攝像機，監(jiān)控室內的攝像機采用固定攝像機。

(2)500kV變電站(含換流站)應安裝實體防護裝置、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和具有顯示報警位置功能的高壓脈沖電子圍欄，并與公安110 報警服務系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

(3)220kV變電站應安裝實體防護裝置、周界入侵報警系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有條件的應與公安110 服務系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。對樞紐或重要負荷變電站，宜采用具有顯示報警位置功能的高壓脈沖電子圍欄替代周界入侵報警系統(tǒng)。

(4)110kV變電站應安裝實體防護裝置、周界入侵報警系統(tǒng)(或視頻監(jiān)控系統(tǒng))，有條件的應與公安110 服務系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。對新建變電站應安裝實體防護裝置、周界入侵報警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。對樞紐或重要負荷變電站，宜采用具有顯示報警位置功能的高壓脈沖電子圍欄替代周界入侵報警系統(tǒng)。

(5)35kV變電站安裝實體防護裝置。對重要負荷的變電站，應加裝周界入侵報警系統(tǒng)(或視頻監(jiān)控系統(tǒng))。

5.2 營業(yè)廳(所)營業(yè)網(wǎng)點終端

營業(yè)廳(所)營業(yè)網(wǎng)點應配置4～6個攝像頭，分別安裝在營業(yè)網(wǎng)點大門、 營業(yè)點服務窗口、主要進出通道等位置，能夠對營業(yè)網(wǎng)點內的人員情況、各窗口營業(yè)情況、大廳內部環(huán)境等進行全天候的監(jiān)視。

6 結 論

省電力公司及各個地區(qū)局管轄大量變電站，在點多、面廣、監(jiān)管難度大的情況下，采用先進的技術手段實現(xiàn)變電站的集中視頻監(jiān)控，是提高工作效率、提升管理水平、加強規(guī)范化管理、安全防盜的一項有效手段。

監(jiān)控中心可通過現(xiàn)有的電力通信網(wǎng)對所屬變電站實現(xiàn)遠程實時視頻監(jiān)控、遠程故障和意外情況告警接收處理，提高變電站運行和維護的安全性及可靠性，并逐步實現(xiàn)電網(wǎng)的可視化監(jiān)控和調度，使電網(wǎng)調控運行更為安全、可靠。變電站前端設備的配置見表1。

表1 35kV/110kV/220kV/500kV變電站、營業(yè)網(wǎng)點視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像機參考配置

續(xù)表1