基于C/S模式的變電站作業安全立體監控系統設計研究

江嘉銘，鐘業榮，阮國恒

（廣東電網有限責任公司清遠供電局，廣東清遠 511515）

隨著目前各項新型技術的不斷創新研發，各類變電站、變電所基本引入計算機微機控制技術實施保護，但是并未在計算機系統中，納入變電站控制、測量信號和計費、回路等，導致如今仍然有多數變電站采用人工作業，包括抄表、值守等。變電站作業通常是定崗定責，操作者以電力系統的具體情況制定系統操作，實現于各操作地點。目前變電站工作盡管引入了相關系統技術和工作機制，但是在監視定位方面仍然存在一定缺失。而且變電站上層管理軟件，也無法獲取現場技術應用支持，更無法充分發揮系統效能。為了能夠使電網整體自動化運行管理水平得到充分提升，并且真正獲得減人增益的效果，提高遠程監控的整體工作水平，文中提出了基于C/S 模式的變電站作業安全立體監控系統。主要是為了能夠真正實現變電站無人值守，所以增設運用的電網輔助類監控系統，能夠集中控制變電站作業情況，并實時監控錄像下級變電站，能夠全天不間斷地監控站內的作業情況、設備運行等，還增設了門禁管理、防火警報等系統功能[1-7]。

1 系統設計需求分析

文中提出并設計了基于C/S 模式的變電站作業安全立體監控系統，主要是為了能夠全方位、全過程的監控每一位入場實施變電站作業的工作人員和工作現場設備，能夠在對工作操作不造成影響的前提下，明確具體的工作職責和活動范圍，這樣能夠達到預警及引導作用，更大程度確保了變電站作業的安全規范性。通過前期調研變電站作業的用戶需求，總結該監控系統的設計功能需求如下[8-12]：

1）能夠結合變電站工作現場的實際情況及實景完成三維模擬圖像繪制，并輸入相應的模擬操作與任務指令，便會自動形成立體三維安全區域。

2）檢修者需要明確檢修任務的不同，形成差異化電子圍欄，監控系統需要全方位全過程地監控每一個工作人員的具體工作，并且明確相應的工作職責和工作范圍。

3）小型化終端設計了系統定位，并安裝在特制作業設備中，保證了使用的方便性。

4）系統能夠搜集每一個工作人員所在的實際位置以及工作運行軌跡。

5）能夠預留出充足的對應目前五防系統的接口。

6）預留遠端WEB 開發瀏覽接口，后期能夠遠程指導相關職能部門指揮工作現場。

2 系統設計總架構

在設計基于C/S 模式的變電站作業安全立體監控系統時，運用了定位技術、智能視頻分析，來采集和分析變電站作業的相關數據，能夠向違章、監護工作人員實時發送具體作業信息。由于考慮到變電站工作環境的復雜化，加上系統選用的工作射頻，也需要盡可能地確保重疊手持機、短波電臺多個通信設備的工作運行頻率。由于在有限的通信頻段內，電線尺寸、微波頻率二者之間呈現負相關，所以高頻段通信就至關重要。為了對現場是否發生干擾頻點進行檢測，以及實地進行電磁兼容測試，發現該系統在2.4 GHz頻段時，所接收的通信信號處于-60～-70 dBm之間，所以設定了-75 dBm以上的順暢通信信號強度。

該監控系統的總體架構框圖見圖1，主要由一臺前置機設備、一臺總服務器共同組成，具體采用的前置機設備數量，是以系統容量為拓展依據，運用RS232 通信串行口來完成前置機、變電站之間的綜合自動化系統通信。能夠自動化采集變電站遙測、遙信以及遙調相關信號。并運用MODEM 向調度終端遠程控制站上傳相關調度，運用TCP/IP 協議，能夠實現將實際現場的相關數據，經局域網向監控服務器的有效傳送。

圖1 監控系統總體框架示意圖

如圖1 所示，該視頻監控系統共設立兩座110 kV降壓變電站作為集控站；10 座6 kV 變電站、0.4 kV 變電站作為變電站監控的主要前端設備。

3 系統詳細功能實現

3.1 監控前端

變電站作業監控系統前端設備主要包括了變焦攝像機、解碼器、云臺、UPS 電源、數據光端機等技術設備。在實際變電站作業現場通過攝像機負責各類視頻信號的全面采集，且該攝像機在變電站實際工作現場具備防塵、防水、彩色、黑白交換及幀累計的功能。在全天室外云臺，調節全方位攝像機運動可以對變電站的工作現場畫面進行隨意切換監控。解碼器主要能夠解碼經主站端所傳輸的控制命令，用來對操作云臺、攝像頭、內部芯片各功能進行協議控制，并設置地址碼與通信波特率等各項功能。視頻數據光端機以具體協議向網絡中端發送具體的視頻信號，能夠采集發送視頻信號（見圖2）。

圖2 監控前端程序調用

3.2 集控站

集控站主要作為監控服務器全面負責所有監控據點，該服務器軟件功能如下：

1）能夠監視全部視頻圖像，從而切換并顯示具體圖像。

2）能夠以監控系統終端用戶的具體操作需求為依據，選擇相應的視頻網絡，實現圖像壓縮解碼，向局域網服務器成功傳輸網絡。并且客戶端用戶還能夠經客戶端軟件實現相關數據的接收、解碼與回放。

3）能夠控制變電站工作現場攝像頭的遠近調焦等功能，實現云臺能不同方向轉動。

4）能夠具備警報信號，集控站具備系統監控中心通訊接口，運用2 Mbit/s 專用通信通道。

3.3 通信設計

該系統設計中主要采用了多串口卡，RS232 并未調用API 函數而采用了DLL，因此處于VC 編程環境下，可以采用API232.lib 及API232.h 兩類文件，復制動態化鏈接庫API232dll至前端通訊目錄中。

通訊代碼示例如下：

3.4 數據處理及數據庫軟件

在采集處理數據中，經過建立組幀、數據接收線程，經RTU 報文組織方式向組織發送組幀。在設計監控系統數據庫時，由于考慮到較大的變電站數據流量，所以運用了SQLServer 數據庫，以SQL 標準協議經ODBC 操作數據庫。考慮到系統應用數據庫操作的安全性，操作人員想要成功進入該系統軟件，首先需要進行身份權限驗證，采用用戶名及密碼校驗方式，設置了整個數據庫，包括以下內容：管理員、遙測、遙信、事項、電度、計算機、廠站、端口、項目、線路、計算量等相關參數數據表。在數據庫應用設計VC 編碼解疑系統中，設計了以下幾類數據庫表，分別 為Cdatabase、Crecordset、類Cdatabase、Crecordset等數據庫操作代碼，數據庫采集流程如圖3 所示。

圖3 數據庫采集流程

3.5 監控軟件設計

文中設計的監控系統軟件包括網絡、主控、數據庫、顯示及打印5 大子系統功能軟件。通過前置接收端能夠成功接收SOE、數據等信息，實時向系統主控模塊傳輸相關數據，并向前置機傳輸監控遙控命令。數據庫可以根據設定的參數時間間隔，實時存入SQL 相關數據，并顯示給用戶圖形界面，也可以根據用戶的實際操作需求，匯總數據以日、月、年不同監控信息報表實現定時、召喚不同打印功能，如圖4所示。

圖4 監控系統連接示意圖

4 系統應用實例

通過將文中的基于C/S模式的變電站工作現場監控系統應用于實例中，在變電站作業開始后[13-16]，用戶可以通過客戶端運用二維、三維視角來實時監控所有的工作操作場景，并根據自己的監控需求，針對性地進行平移、縮放和旋轉等監控調整（見圖5～7）。

圖5 實時監控全景示意圖

圖6 實時監控近景示意圖

圖7 實時監控側面示意圖

5 結束語

綜上所述，文中提出了基于C/S 模式的變電站工作監控系統設計思路，通過分析該系統的硬軟件實現詳情發現實際投入運用中能夠獲得可靠穩定的操作運行性能，并且為實際變電站的運行創造了經濟、社會效益。該系統在運行中還能夠實現實時打印、歷史數據打印、定時打印、遙控和遙調及實時監控警報等各項功能。確保全方位實時監控進入變電站作業現場的每一個工作人員的具體工作情況，經用戶-角色-權限設計系統管理，能夠有效預防非法侵入系統，更有效地保障了系統安全性。