配電自動化遙控視頻聯(lián)動及智能巡檢關(guān)鍵技術(shù)研究

鄭偉彥，宋金根，朱義勇，劉家齊，崔建業(yè)

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009；2.國網(wǎng)浙江省電力公司，杭州310007）

配電自動化遙控視頻聯(lián)動及智能巡檢關(guān)鍵技術(shù)研究

鄭偉彥1，宋金根1，朱義勇2，劉家齊1，崔建業(yè)1

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009；2.國網(wǎng)浙江省電力公司，杭州310007）

為提高配電網(wǎng)自動化水平，提出并開發(fā)了基于圖像視頻的開閉所開關(guān)遙控視頻聯(lián)動及智能巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對開閉所/配電房的防盜自動監(jiān)控，對開閉所/配電房開關(guān)、匯控柜等設(shè)備運行狀態(tài)的智能辨識，站內(nèi)報警聯(lián)動及對其運行狀態(tài)的監(jiān)視。其中，圖像視頻監(jiān)視系統(tǒng)通過對開閉所上傳至主站的圖像進行智能分析，實現(xiàn)了對開閉所內(nèi)配電柜表計、旋鈕開關(guān)、指示燈等設(shè)備運行狀態(tài)或讀數(shù)的智能監(jiān)測；智能巡檢系統(tǒng)通過檢測出入開閉所的工作人員上半身著裝情況，判斷其著裝是否符合安全禮儀規(guī)范，從而實現(xiàn)有效監(jiān)督。

配電網(wǎng)；圖像視頻；聯(lián)動設(shè)備；智能巡檢；智能辨識

0 引言

遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)（即遙視）作為電力系統(tǒng)變電站“四遙”功能的進一步補充，自本世紀初開始得到大規(guī)模的應(yīng)用[1-2]。早期，變電站“四遙”與遙視是2套獨立的系統(tǒng)，難以協(xié)同，為此開展了圖像監(jiān)控系統(tǒng)與SCADA、與變電站設(shè)備操作、與變電站繼電保護等的協(xié)同工作[3-6]。目前，變電站“五遙”技術(shù)已趨成熟。

另一方面，通過在變電站安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并將其與變電站綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)及保護信息管理系統(tǒng)進行整合，實現(xiàn)視頻圖像與在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、保護信息數(shù)據(jù)及報警的聯(lián)動，構(gòu)建一個能代替人工巡檢的變電站智能巡檢系統(tǒng)，也得到了重視和廣泛應(yīng)用[7-11]。

當前，關(guān)系到用戶用電可靠性以及電能質(zhì)量的配電網(wǎng)安全可靠運行越來越受重視，配電網(wǎng)（以下簡稱配網(wǎng)）一次系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)日益強大，大量建成的開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電房等成為強大、靈活、可靠的配電網(wǎng)的關(guān)鍵支撐，同時自動化系統(tǒng)已由大城市的試點建設(shè)普及到各地級市的全面建設(shè)。配電自動化主站系統(tǒng)接入開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電房的配電終端數(shù)量日益增多，原先應(yīng)用于主網(wǎng)變電站的許多技術(shù)也開始在開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電房得到應(yīng)用，這為全面提高配網(wǎng)自動化水平和提升檢修水平等提供了條件。

為確保投入的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)真正起到作用，國家電網(wǎng)加強了對配電終端開關(guān)遙控成功率的考核力度。為能在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)遙控后準確判斷開關(guān)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)錯誤的遙信信號，實時觀察現(xiàn)場開關(guān)狀態(tài)，需要針對此問題開發(fā)配網(wǎng)自動化開關(guān)遙控與視頻聯(lián)動功能，具體過程分為3步：配網(wǎng)開關(guān)遙控預(yù)置，并與主站確認遙控預(yù)置消息是否接收；觀察現(xiàn)場開關(guān)遙控效果；現(xiàn)場開關(guān)恢復(fù)原狀。因此，圖像監(jiān)視系統(tǒng)除了主要負責對全站主要電氣設(shè)備、安裝地點及周邊環(huán)境實施全天候的圖像監(jiān)控外，也需要與自動化系統(tǒng)進行報警聯(lián)動，不僅滿足配網(wǎng)實時控制需要，也要滿足運行管理對安全、巡視的要求。

以下介紹基于圖像視頻的開閉所開關(guān)遙控視頻聯(lián)動及智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

1 功能目標

開閉所開關(guān)遙控視頻聯(lián)動功能主要包括：

（1）實現(xiàn)對開閉所/配電房的防盜自動監(jiān)控，可及時報警并進行安全布防、撤防。

（2）實現(xiàn)對開閉所/配電房開關(guān)、匯控柜等設(shè)備運行狀態(tài)的智能辨識，可根據(jù)辨識結(jié)果進行布防、撤防。

（3）實現(xiàn)站內(nèi)報警聯(lián)動，并對設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)視。

智能巡檢系統(tǒng)通過對開閉所上傳至主站的圖像進行智能分析，實現(xiàn)對開閉所內(nèi)運行的配電柜表計、旋鈕開關(guān)、指示燈等設(shè)備運行狀態(tài)或讀數(shù)的智能監(jiān)測，在不影響設(shè)備正常運行的情況下，能有效、及時地反映運行中的設(shè)備狀態(tài)。另外，智能巡檢系統(tǒng)在不影響日常工作的情況下，通過檢測開閉所出入工作人員上半身著裝情況，判斷其是否符合安全禮儀規(guī)范，從而實現(xiàn)有效監(jiān)督。

2 基本原理及聯(lián)動流程

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)“三遙”開關(guān)計劃性狀態(tài)測試模塊主要負責形成開關(guān)遙控預(yù)置、遙控執(zhí)行、遙控成功（失敗）消息，并將消息形成E語言文件，然后通過信息交互總線，將3種不同類型的E語言文件依次發(fā)送至視頻監(jiān)控平臺。總體功能設(shè)計如圖1所示，具體包括：

（1）配電自動化系統(tǒng)將配網(wǎng)開關(guān)遙控預(yù)置消息文件發(fā)送至視頻監(jiān)控平臺，待視頻監(jiān)控平臺收到該文件并成功解析后，及時推送相應(yīng)開關(guān)的視頻界面。

（2）配電自動化系統(tǒng)遙控執(zhí)行消息文件發(fā)送至視頻監(jiān)控平臺，待視頻監(jiān)控平臺收到該文件并成功完成解析后，保持之前的視頻界面不變，用戶可以實時觀察相應(yīng)開關(guān)的遙控情況。

（3）配電自動化系統(tǒng)將配網(wǎng)開關(guān)遙控成功（失敗）消息文件發(fā)送至視頻監(jiān)控平臺，待視頻監(jiān)控平臺收到該文件并成功解析后，關(guān)閉相應(yīng)開關(guān)的視頻界面。

圖1 總體功能設(shè)計

2.1 配網(wǎng)開關(guān)遙控預(yù)置與推送視頻

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)“三遙”開關(guān)計劃性狀態(tài)測試模塊在測試過程中，會同時形成開關(guān)遙控預(yù)置命令消息的E語言文件，配電自動化系統(tǒng)通過信息交互總線將該文件由Ⅰ區(qū)發(fā)送至Ⅲ區(qū)視頻監(jiān)控平臺，視頻監(jiān)控平臺接收到該文件后對其進行解析，然后調(diào)用視頻監(jiān)控平臺相應(yīng)模塊將視頻切換至相應(yīng)開關(guān)，從而實現(xiàn)在客戶端觀看相應(yīng)開關(guān)的視頻界面。

2.2 配網(wǎng)開關(guān)遙控執(zhí)行與觀察遙控執(zhí)行過程

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)“三遙”開關(guān)計劃性狀態(tài)測試模塊在測試過程中，會同時形成配網(wǎng)開關(guān)遙控執(zhí)行命令消息的E文件，配電自動化系統(tǒng)通過信息交互總線將該文件由Ⅰ區(qū)發(fā)送至Ⅲ區(qū)視頻監(jiān)控平臺，視頻監(jiān)控平臺收到該文件后對其進行解析，然后調(diào)用視頻監(jiān)控平臺相應(yīng)模塊分析確定保持視頻界面不變，此時用戶可以在客戶端觀察現(xiàn)場相應(yīng)開關(guān)遙控執(zhí)行情況。

2.3 配網(wǎng)開關(guān)遙控成功（失敗）與關(guān)閉視頻界面

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)“三遙”開關(guān)計劃性狀態(tài)測試模塊在進行開關(guān)遙控狀態(tài)測試過程中，開關(guān)遙控結(jié)果將會同時形成配網(wǎng)開關(guān)遙控成功（失敗）命令消息的E文件，然后配電自動化系統(tǒng)通過信息交互總線將該文件由Ⅰ區(qū)發(fā)送至Ⅲ區(qū)視頻監(jiān)控平臺，視頻監(jiān)控平臺收到該文件后對其進行解析，然后調(diào)用視頻監(jiān)控平臺相應(yīng)模塊關(guān)閉相應(yīng)開關(guān)的視頻界面。

2.4 配網(wǎng)開斷設(shè)備視頻聯(lián)動流程

配網(wǎng)開斷設(shè)備視頻聯(lián)動流程如圖2所示，具體過程如下：

（1）配網(wǎng)開斷設(shè)備的開關(guān)動作發(fā)生變化，調(diào)用Webservice的開關(guān)動作變化接口，將記錄相關(guān)信息的E文件傳入接口，由接口方法解析E文件。

（2）將解析出的信息中包括開斷設(shè)備編號、動作等記錄于日志文件中，同時將解析出開斷設(shè)備編號，通過映射對應(yīng)表，判斷是否與PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)匹配，得到PMS開斷設(shè)備編碼。

（3）將PMS開斷設(shè)備編碼錄入相應(yīng)的日志表中，并通過采集框架量測量信息配置表，得到變電輔助設(shè)備一體化監(jiān)控平臺采集系統(tǒng)的必要信息，進入變電輔助設(shè)備一體化監(jiān)控平臺的采集流程。

（4）采集框架業(yè)務(wù)處理模塊分析當前傳入的開斷動作信息是否需要播放視頻、是否結(jié)束操作關(guān)閉視頻。該分析信息通過采集框架的數(shù)據(jù)中心自動推送至變電輔助設(shè)備一體化監(jiān)控平臺，平臺接收到信息并做出相應(yīng)的操作。

3 系統(tǒng)架構(gòu)及實現(xiàn)方案

3.1 視頻系統(tǒng)架構(gòu)及工作流程

開閉所的視頻文件通過附近變電站部署的視頻服務(wù)器上傳至智能輔控監(jiān)控平臺。視頻系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

圖2 配網(wǎng)開斷設(shè)備視頻聯(lián)動流程

圖3 視頻系統(tǒng)工作流程

客戶端向主站管理服務(wù)器發(fā)送視頻請求命令，服務(wù)端轉(zhuǎn)發(fā)擴展接口B對應(yīng)的信令至部署在站端或開關(guān)站的視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器控制攝像機獲取視頻數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)直接發(fā)送給發(fā)起請求的客戶端。

在開閉所的應(yīng)用場景下，還需增加對現(xiàn)場監(jiān)測對象的自動辨識功能。在基礎(chǔ)視頻之上增加對視頻數(shù)據(jù)的智能分析工作，在主站客戶端整合展示效果，有2種智能分析模塊的部署方案。

3.2 方案1：主站側(cè)客戶端擴展

在主站客戶端的后臺增加對已布防點位的巡視分析，或是在客戶端調(diào)用視頻時增加對已布防點位的巡視分析，分析結(jié)果通過配置前端屏幕顯示方式或是顯示疊層的方式展示在播放視頻上，并對分析結(jié)果進行管理，其過程如圖4所示。

圖4 主站側(cè)部署智能分析模塊

3.3 方案2：站端擴展

在站端或是開閉所側(cè)部署智能分析模塊，對視頻服務(wù)器或攝像機進行軟件改造，或者部署獨立的分析設(shè)備，增加對布防點位的巡視分析，并將分析結(jié)果疊加到視頻流上，把分析結(jié)果通過協(xié)議上傳到主站側(cè)的管理服務(wù)器和客戶端，其過程如圖5所示。

圖5 站端或開閉所側(cè)部署智能分析模塊

3.4 方案分析對比

2種方案的比較如表1所示。由表1可知，如用于短期的試點，采用方案1見效較快。如果進行大規(guī)模推廣，則采用方案2部署在站端或是下轄子站數(shù)量有限的運維站較為適宜。

4 應(yīng)用分析

4.1 在線圖像視頻監(jiān)視

圖6為某變電站開關(guān)和表計檢測畫面。圖右側(cè)部分一次接線圖展示了開關(guān)的實際狀態(tài)，鼠標所在位置與圖左側(cè)框選位置是對應(yīng)關(guān)系。

4.2 開關(guān)分合狀態(tài)智能檢測

可對開關(guān)站內(nèi)各個間隔的目標對象開關(guān)進行定時的實時狀態(tài)檢測，一旦開關(guān)狀態(tài)發(fā)生改變或異常，可進行聯(lián)動或預(yù)警。系統(tǒng)處理流程如圖7所示。

表1 2種方案的比較

圖6 設(shè)備狀態(tài)智能展示實例

圖7 開關(guān)分合狀態(tài)智能檢測流程

經(jīng)測試，系統(tǒng)的分析準確率可達100%，同時也可實現(xiàn)多個開關(guān)的同時分析反饋。

4.3 工作人員安全監(jiān)測

可對出入開關(guān)站的工作人員是否佩戴安全帽進行監(jiān)測，若檢測到未佩戴安全帽的工作人員，可進行聯(lián)動或預(yù)警，系統(tǒng)流程如圖8所示。

經(jīng)測試，系統(tǒng)分析準確率可達95%以上，實地測試情況如圖9所示。

在整個智能巡檢過程中，平臺可對辨識過程和結(jié)果進行布防、撤防，系統(tǒng)智能辨識的結(jié)果也能夠以告警的形式實時上傳至主站，并實現(xiàn)站內(nèi)的有效聯(lián)動。

圖8 安全監(jiān)測系統(tǒng)流程

圖9 安全智能監(jiān)測系統(tǒng)實地模擬

5 結(jié)語

提出并開發(fā)了基于圖像視頻的開閉所開關(guān)遙控視頻聯(lián)動及智能巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)性能可靠、功能完善、配置靈活、操作方便、布局合理，可滿足長時間穩(wěn)定工作的要求；系統(tǒng)所用通信協(xié)議和通信接口等遵循當前最新國際標準、國家標準、工業(yè)或行業(yè)標準，具有良好的標準性、開放性、集成性、安全性、可擴充性及可維護性，可根據(jù)需要方便地進行分層管理，增減各類站級前端設(shè)備等。該系統(tǒng)已在浙江多地投運，并取得了預(yù)期的效果。

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（本文編輯：方明霞）

Research on Key Technology of Remote Control Video Linkage and Intelligent Inspection for Distribution Automation

ZHENG Weiyan1，SONG Jingen1，ZHU Yiyong2，LIU Jiaqi1，CUI Jianye1
（1.State Grid Hangzhou Power Supply Commpany，Hangzhou 310009，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

To improve automation of distribution networks，a remote control video linkage and intelligent inspection system for switchgears in switching station based on video and image is introduced and designed.The system enables automatic anti-theft monitoring of switching station and distribution room；intelligent operating status identification of switches of switching station and distribution room，control cubicle，etc；alarming linkage in the station and operating status monitoring.By intelligent analysis on images uploaded to the master station from switching station，the image and video monitoring system can monitor the operating status or readings of distribution cabinet meters，rotary switches and indicators.The intelligent inspection system can determine whether the dress of the staff is in line with security specifications from his dress above the waist to achieve effective supervision.

distribution network；video and image；linage equipment；intelligent inspection；intelligent recognition

10.19585/j.zjdl.201706008

1007-1881（2017）06-0034-05

TP277

B

2017-03-15

鄭偉彥（1981），男，高級工程師，從事配電自動化工作。