基于VPN通道的鐵路變配電所網絡監控系統設計

郝美先

【摘 要】本文設計了基于VPN通道的鐵路變配電所網絡監控系統，通過該系統，鐵路電力、供電、調度等相關部門可以對管內變配電所遠程圖像實時監控、遠程故障、環境監測和意外情況告警接收處理。實現了鐵路供電網的可視化監控和調度，提高了變配電所運行和維護的工作效率和安全可靠性。

【關鍵詞】VPN通道 鐵路變配電所 遠程監控

1 鐵路變配電所視頻監控現狀及存在的問題

目前鐵路變配電所大部分都實現了無人值守，變配電所遙視系統已經成為重要的鐵路供電網運行監控手段。目前鐵路變配電所一般還是采用傳統的硬盤錄像機解決方案。該解決方案是在無人值守變電站配置一臺或多臺硬盤錄像機，通過硬盤錄像機對監控點的模擬信號進行數字化編碼后存儲到本地硬盤錄像機的硬盤中進行視頻資料的保存。通常情況下，由于以下原因無法通過某一個硬盤錄像機廠家的管理平臺對其他所有的硬盤錄像機進行統一的遠程管理：（1）目前已經在網使用的硬盤錄像機設備采用的編碼方式有H.264和MPEG4兩種，兩種編碼所形成的流媒體文件無法兼容，需要不同的解碼控件。（2）目前各廠家設備的遠程管理協議都是采用SNMP協議，但是MIB庫的定義卻不盡相同。

2 無人值守變配電所視頻監控和環境監控系統應用需求

（1）變電站內各類設備。監控室外刀閘、主控室控制屏顯示、儀表讀數、開關室設備、主變壓器和各主變風扇運行、電容器室等運行情況。

（2）IC卡門禁系統。配置發卡系統，電力維護人員配發IC卡（射頻卡），維護人員何時進入那個變配電站在電力調度中心都可以設置，對出入情況進行詳細的統計管理，不但方便維護而且可以提供巡檢管理。

（3）運行環境監控。滲漏監測：主控室、高壓室、通信室、電容器室、變壓器室安裝漏水感應繩，避免雨水滲漏造成事故。

煙感監測：安裝煙感傳感器實現煙霧探測火災預警。

溫濕度監控：安裝溫濕度變送器，實時監測室內溫濕度情況。

安防監控：變配電所大門及主要通道安裝移動偵測視頻監控、圍墻安裝電子圍欄（或者紅外對射探測器），維護人員配合門禁可以布防、撤防，布防期間可以通過報警主機通知電力維護人員，還可以通過短信、電話通知電力調度管理人員。

（4）實時監測變壓器中性點接地刀、油位和火災報警。

（5）實時監測電纜溫度。

3 設計原則

為了滿足上述需求，對現有變配電所的視頻監控系統進行整合，形成統一完整的監控系統，對監控信息統一管理、統一存儲，遠程監控，實現變配電所無人值守。

綜合監控系統的功能設計主要應考慮以下幾方面：

（1）多級網絡架構，支持大系統平臺聯網，兼容主流監控廠家前端產品；

（2）提供與電力“四遙”的接口，實現系統級融合；

（3）中心平臺管理軟件實現對于系統設備的統一管理，支持GIS視頻監控應用，報警聯動多路視頻，有效布控追蹤；

（4）系統軟件采用模塊化設計，保證系統可擴展性，可根據需要實現系統平滑擴容；

（5）支持分布式圖像存儲及中心存儲模式，并統一由中心管理平臺進行權限分配及資源調度；

（6）系統提供開放接口，可根據需要做相應的定制性功能開發。

4 系統構架

變配電所監控系統采用集中網絡監控系統結構。前端設備分布在沿線各個變配電所內，監控中心設在鐵路供電段調度中心。系統網絡拓補示意圖如圖1。

圖1 變配電所監控系統網絡拓撲圖

4.1前端設備配置

變配電所前端設備包括視頻采集終端、視頻切換矩陣、多畫面分割器、各類安防傳感器、網絡監控主機、UPS及其它輔助設備。

其中視頻系統通過球型、槍型攝像機提供視頻和音頻輸入/輸出接口，分別連接到攝像機視音頻輸出或多畫面處理器、拾音器及音箱；并通過RJ45與監控終端或服務器連接，完成視音頻信號的采集與壓縮后的數據通過網絡發送到調度中心。溫濕度、煙感、滲漏、防盜、門禁等開關量傳感器通過網絡監控主機，連接網絡將監測、傳輸數據及時傳輸到調度中心，同時根據調度中心的指令切斷某些連接設備的電源。

4.2傳輸網絡配置

4.2.1組網平臺

根據鐵路電力的特點及管理模式，變配電所遠程監控系統基本設置為各變配電所端裝備一臺或多臺DVR網絡硬盤錄像機（具體數量視變電站內配置的監控攝像機數量），完成對視音頻信號的數字化及編碼壓縮處理，將其和報警等數據信息一起打包成IP數據包在IP網絡上傳輸；站段調度中心（包括巡檢中心）設區域監控中心，利用中心與變電站之間的10/100Mb/s （10/100BASE）光/電接口通道或2Mb/s（G.703）電路通道，接收各變配電所端網絡硬盤錄像機上傳的視音頻、報警信息，同時通過“網絡視頻集中監控系統管理軟件”進行遠程實時監控；在條件成熟的前提下可在鐵路局調度中心設立主控中心。

4.2.2聯網方式

鐵路變配電所都分布在鐵路沿線，一些線路極其偏遠、環境惡劣，通信網絡只有電話線，系統組網模式的設計是整個遠程監控系統的難題之一。目前為了滿足各變配電所電力遠動的要求，鐵路局通信段都自行鋪設了光纖，但遠遠不能滿足變配電所傳輸視頻信號的要求。近年來運營商寬帶數據通信發展非常迅速，ADSL聯網速度一般可以達到512Kbps，變配電所傳輸比較流暢的圖像需要300～400Kbps的帶寬。變配電所與調度主站之間遙測遙控信息的傳輸對網絡的安全性要求并不高，但是需要調度主站發送控制信息時，則要求安全性很高，如果連接到公眾網上沒有相應的安全措施，則會對電力的安全生產帶來巨大隱患。因此，使用ADSL或無線聯網時采用虛擬專網VPN方式將管轄內各個變配電所構成專網（可作為電力調度主站備用通道）。電力調度主站通過運營商虛擬專用VPN網絡以安全的方式訪問鐵路電力內部網絡資源。虛擬專用VPN網絡與通信段通信光纖構成的鐵路專用通信網絡不同，虛擬專用VPN網絡的變配電所用戶首先通過ADSL或者CDMA1x接入本地ISP的網絡服務器（NAS），然后VPN路由器利用與本地ISP建立的連接，在電力調度主站VPN服務器之間創建一個跨越Internet或其它公共網絡的專用網絡。虛擬專用VPN網絡可以提供以下功能：

用戶驗證功能，嚴格控制只有授權的用戶才能訪問；

地址管理功能，通過地址分配確保網絡安全；

數據加密功能，確保未經授權用戶無法讀取，保證鐵路電力網絡安全。

4.2.3體系構架

本文設計的智能網絡監控系統是針對鐵路沿線分布范圍大的變配電所及設備進行實時動態監控的系統，能夠通過虛擬專用VPN網絡，對沿線變配電所狀況：電源通斷監控、電力設備運行情況，變配電所室內運行溫度、濕度、門窗進水、煙感等進行采集并遠程監測，能夠通過匯總數據判斷各種非正式運行狀態，通過就地聲光報警、電子郵件、手機短信等多種方式及時告知電力工區及電力調度管理人員。

4.3調度中心配置

調度中心圖像處理服務器、圖像監視終端、遠程視頻監控/聯網報警軟件、網絡監控主機軟件接受現場傳輸來的視頻圖像、及室內運行環境監測、IC卡門禁各種信息及報警信號，同時可以實現視頻矩陣攝像機云臺和遠距離聯動控制。

5 結語

網絡監控系統最基本的目的將變配電所主控室的設備運行情況、主變、斷路器、調壓器、隔離刀閘運行狀態實時視頻傳輸到電力調度中心，調度管理人員可以通過實時視頻對變配電所運行進行綜合監控、分析、控制；第二個作用就是通過煙感、溫濕度、滲水、門禁等傳感器將報警信息發送給調度中心；該系統可以幫助鐵路供電段逐步實現變配電所得無人值守或少人值守，為鐵路高速發展提供有力的信息技術保障。

參考文獻：

[1]邢紅霞.鐵路變配電所視頻監控系統設計綜合分析[J].貴州工業大學學報（自然科學版），2008，37（5）：253-256.

[2]王曉平.鐵路變配電所“無人值班”運行管理模式探討[J].電源技術應用，2014（02）.

[3]孫元新.鐵路高壓變配電所監控模式優化方案的探討[J].上海鐵道科技，2012（03）.