數字化工業電視系統在抽水蓄能電站的應用

王 濤，溫佩佩，劉旭陽，李苜苒，趙 安

（1.河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300；2.國網新源控股有限公司檢修分公司，北京 100068）

0 概述

河北張河灣蓄能發電有限責任公司（以下簡稱“張河灣電廠”）位于河北省石家莊市井陘縣境內，地處相對偏遠，距石家莊市直線距離為53 km，公路里程為77 km。生產區域包括地下廠房（主廠房、副廠房和主變附屬用房）、下水庫和上水庫，生產值班為“少人中控室值守”的運行模式。對于張河灣電廠值守人員而言，工業電視監控系統對廠房設備和上下庫監測尤為重要，傳統模擬式的工業電視系統已不再滿足值守人員的業務需求，需要進行數字化工業電視系統應用。

1 問題的提出

張河灣電站生產區域工業電視系統于2008年完成投入運行，原始系統圖像點位為108個，組網系統為模擬結構組網。在原模擬工業電視系統運維過程中發現存在以下問題：

1.1 傳輸質量

原工業電視系統為模擬式遙視工業監控系統，系統組網使用了大量的同軸電纜進行信號傳輸，由于地下廠房為地下洞群設計，地形較為復雜，上下庫區域又相對開闊，部分工業電視前端設備與編碼存儲設備距離超出標準范圍存在損耗，加上被電力電纜干擾，導致誤碼率大而出現圖像質量和色彩與現場監測設備偏差很大，甚至存在老舊設備無法正常顯示問題，不滿足中控室和消防值班室的日常監視使用需求。

1.2 視頻共享和存儲

原工業電視系統無法進行視頻共享，原工業電視系統僅通過光端機將控制信號和視頻圖像接入地下廠房中控室和老辦公區消防值班室，運維人員、總工程師和應急指揮部無法及時查閱監控信息，若出現問題無法第一時間了解現場情況。視頻存儲僅能查閱最近一周的視頻，硬盤矩陣存儲量小，不滿足視頻存儲的最低要求。

1.3 設備維護

原工業電視系統在累計運行超過10年的情況下，設備老化、線路破損等問題情況出現，加大了工業電視系統人員維護的工作量，并且需要預備大量的備品備件來對工業電視系統進行故障設備替換，增加了原工業電視系統的運維成本。

1.4 設備點位部署

由于模擬工業電視系統硬盤錄像機的限制，視頻點位增加需配合增加模擬硬盤錄像機臺次設置，增加設備點位部署成本相對于數字化工業電視系統較大，此項嚴重限制電廠設備監視點位的發展。

2 數字化工業電視技術應用

數字化工業電視系統是現階段結合TCP/IP傳輸協議形式下的現代化工業電視系統，采用以太網的形式進行組網，可實現最高1 000 Mb/s的數據傳輸速率。

數字化工業電視系統按照接入設備→匯聚設備→核心設備的方式進行配置，采用星型拓撲結構進行建設。

2.1 接入設備

接入設備主要為前端工業電視攝像頭，建議使用紅外網絡智能球/槍型攝像機，重點測溫區域可以考慮使用雙目測溫型攝像機，防爆區域應使用附帶防爆外殼的工業級攝像頭，防護等級應高于IP67，分辨率達到1 080 P，具有遠控調整，自動數字降噪，自動調焦等功能，可用于千兆網絡。

2.2 匯聚設備

匯聚設備主要以傳輸設備和交換設備功能為主。

（1）傳輸設備要求長距離傳輸，并且有較高的抗干擾能力，目前普遍存在的是采用工業級視頻光端機設備進行傳輸。

（2）交換設備主要是將所有接入設備接入所組網絡，建議使用工業級千兆級別的交換機，交換機最好使用雙電源模塊，提高網絡的可靠性。

2.3 核心設備

核心設備主要以核心交換機、視頻服務器、存儲陣列、視頻工作站、顯示大屏等組成。

（1）核心交換機以工業級千兆級別以上為主，提供兩路可靠電源。

（2）視頻服務器負責對工業電視系統的設備進行管理和用戶授權，在此服務器上可以配置并管理工業電視攝像頭，并且通過接入同步時鐘源可以向所有管理設備提供時鐘同步功能，統一設備時間，提供事故追溯依據。

（3）存儲陣列根據電站實際工業電視攝像頭的個數來配置硬盤容量，以RAID陣列的形式進行存儲，保障硬盤故障后替換可以自動重組陣列，建議存儲能夠保障實現一個月的視頻存儲量。

（4）視頻工作站使用中高配計算機終端即可，安裝工業電視系統管理軟件，可以及時訪問控制接入端設備，提供管理員接口，可以對工業電視系統最便捷的交互操作。

（5）顯示大屏為追求實用，建議使用42～55英寸窄縫拼接屏，樣式美觀又便于維護。

3 設計和實施方案

3.1 工業電視監控點位部署設計

根據電站生產區域劃分點位區域，點位區域要求以觀察重要設備輔助運行值守為主，以張河灣電廠為例，將點位區域劃分為上水庫區域、下水庫區域、主廠房區域、副廠房區域、主變附屬用房區域和出線場區域；按照設備運行要求，主要觀測區域為：

（1）蝸殼層機組主設備；（2）水輪機層機組主設備；（3）母線層機組風洞；（4）機組母線洞；（5）直流系統；（6）10 kV系統；（7）主變壓器設備；（8）500 kV GIS系統；（9）機組保護和線路保護；（10）400 V 配電盤；（11）SFC 系統；（12）出線場；（13）上庫水位計及啟閉機；（14）下庫尾水平臺等。

3.2 工業電視網絡設計

（1）網絡拓撲：整個工業電視系統網絡拓撲采用二級局域網絡設計，在中控室部署核心交換設備和在各區域部署接入交換設備，網絡架構呈星型狀態分部，層級之間通過視頻光端機和單模光纖進行連接，網絡達到千兆帶寬級別。

（2）IP地址分布：采用私有C類IP地址部署，根據局域網內接入的所有需要IP地址的設備進行規劃，做好預留點位。

表1 工業電視IP地址部署

3.3 工業電視系統供電

根據區域重要程度劃分供電要求：

（1）重要監視區域工業電視攝像頭和管理設備建議使用直流逆變UPS進行供電，廠用電停電時可以繼續保證設備正常供電運行。

（2）一般監視區域或者無直流逆變UPS供電區域使用交流電源供電，電源取自電站交流配電盤。

3.4 工業電視系統布線

根據已設計好的點位進行綜合布線，做好光纜和電纜的分配箱，所有線纜建議敷設時應保證在弱電線槽內。

（1）光纜部署：由于抽蓄電站廠房大多部署于地下，且洞室分部較為復雜，傳輸距離已超出普通網線的最長距離，建議使用光纜進行承載視頻大數據流量。

（2）網線部署：分配箱至攝像頭、交換機至管理設備之間應使用網線連接，建議使用超五類級別以上網線。

（3）電纜部署：承載工業電視系統電源，建議使用2×1.5 mm2及以上規格的電纜。

4 實施完成后效果

數字化工業電視系統實施完成后，效果相對于原模擬工業電視提高很大，整套工業電視系統操作便捷、穩定可靠、便捷智能，提高現場值守人員工作效率，建成后展示效果見圖1所示。

數字化工業電視系統改造完后優點：

（1）功能和性能提升：設備選用現階段較為先進的智能化設備，操作便捷、管理簡單、性能穩定。

（2）拓展便捷：點位增補較為便捷，固定攝像頭點位，就近拉線接入分配箱即可。

（3）經濟實用：工業級設備使用，系統網絡可長期使用，減少設備運維的工作量和成本費用。

圖1 使用效果展示

5 結論

抽水蓄能電廠普遍存在距離市區較遠，值守屬于少人值班的狀態，使用數字化工業電視系統可以對電站生產設備進行統一監測，可以大大提高值守業務的管理效率。在人工智能發展的今天，后續工業電視系統仍有不少的發展空間，利用智能AI平臺結合一系列智能算法和樣本模型訓練，可以智能監測生產現場工作，有效提高電站生產管理水平。