500 kV變電站視頻監控系統的運維探析

盧 偉

（國網四川省電力公司 檢修公司，四川 成都 610000）

0 引 言

隨著智能電網建設的全面推進，大量變電站投入運營，但運維模式未能隨之更新，變電站運維中仍存在管理難度大和技術落后等問題。而智能技術和信息技術的完善為變電站遠程監控與故障判斷提供了技術支持，利用通信、遙測以及遙感等可以發現運行故障，優化工作效率，保證500 kV變電站電力系統安全高效運行。

1 500 kV變電站視頻監控系統功能

500 kV變電站是高壓電網的重要組成部分，可分為調度模塊和檢修模塊等，各模塊相互協調配合完成變電站的基本功能[1]。500 kV變電站通常處于人員較少的偏僻位置，運維人員需擁有豐富的業務知識和實踐經驗。此外，為保證變電站能夠安全穩定運行，需建設監控系統，實現遠程運維，功能要求如下。

（1）兼容性。500 kV變電站監控具有聯網化特點，理想的變電站視頻監控系統需擁有聯網功能和數據傳輸功能等，便于人員通過網絡接收變電站運維數據，做出合理安排。

（2）隔離電磁干擾。500 kV變電站通常在高壓環境下運行，周圍電磁場強烈，監控系統采集數據時易受電磁干擾，需應用電磁干擾隔離技術，保證超高壓條件下設備能夠可靠的正常傳輸數據[2]。

（3）可拓展性。為實現變電站合理運維，需擴大監控系統的監控范圍。實際建設時應注重系統的可擴展性，結合實際要求選擇設備，設置模塊功能，優化網絡結構，為系統后續升級提供支持。

（4）開放性與標準性。500 kV變電站監控系統建設成本較高，部門人員需樹立全局理念，綜合考慮長期系統效益，選擇系統設備時需遵循開放性與標準性要求，確保系統能夠與行業標準接軌，符合國家建設要求。

（5）實用性。在系統設計中，應保證系統綜合性能強大，可以無縫銜接現有變電站系統，并推動原有系統的升級優化。

2 500 kV變電站監控系統架構

2.1 架構設計

在網絡布置中，增加變電站監控子站，通過工作站可直接顯示網絡層數據，實時掌握設備運行中存在的風險[3]。調控中心負責監控變電站設備信息和輸變電設備狀況等，能夠處置系統發送的變位、越限、異常以及事故等信息，數據處理方式見表1。

表1 數據處理方式

架構設計從功能整合與設備布置兩方面出發，優化了監控系統，減少設備數量，將二次回路簡化。

2.2 系統構成

2.2.1 中心站

視頻系統和通信網監控系統為獨立系統，中心站內需配制1臺視頻服務器、兩臺視頻監控工作站以及1臺網絡集線器，局域網組建依賴于網絡集線器，通過視頻監控工作站和服務器接收或解碼內部圖像，管理登錄用戶，分配用戶等級與訪問權限[4]。同時還能在監控畫面的基礎上監控變電站運行數據，及時發現問題。中心站搭建中各項硬件品質高，性能良好，可為中心站運行提供保障。在顯示器上，能夠顯示攝像頭畫面，便于人員監控變電站情況。

2.2.2 監控端站

監控端站能夠采集現場數據、視頻以及音頻等信息，主要由網絡視頻服務器與攝像機單元構成，兩者均能夠采集與存儲視頻。通過網絡視頻服務器與攝像機單元處理信息后，可將信號數字化，通過編碼器進行壓縮解碼，完成全過程信息傳輸[5]。在系統中，監控端站受中心站控制，執行中心站命令（見圖1）。視頻編碼器能夠自動控制鏡頭，完成視頻編碼。在整體系統運行中，遠程監控與操控平臺均由視頻服務器提供參數或視頻等信息，連接以太網后能夠查看瀏覽器圖像。

圖1 監控中心監控流程

2.3 接入移動端

在移動端接入中，通過防火墻部署接入前置機，實現平臺與移動設備通信、前置機與后端接口服務器通信以及防火墻后端與前置機通信，且通信信息能夠統一顯示在Web服務器上[6]。接入移動終端分為4個模塊。

（1）FEP-2。在M-FEP上部署，負責和安全區通信，受防火墻訪問限制。其屬于連接網絡服務端，不能主動發起連接，僅負責監聽請求，且在緩存隊列中發送請求至INF-2模塊。

（2）FEP-1。在M-FEP上部署，負責監聽設備端口請求，緩存請求列隊，監聽端口包含XMPP協議端口與http協議端口[7]。

（3）INF-1。在M-FEP上部署，能夠和應用系統通信。接收FEP-2報文后利用INF-1中繼向Web服務器發送，服務器應答報文利用INF-1緩存中繼，向INF-2傳輸。

（4）INF-2。在M-FEP上部署，能夠和安全區通信，受防火墻訪問限制。其連接網絡客戶端，主動連接FEP-2，交互內容包含應答報文與移動端請求。

2.4 優化通信網絡

新型架構以變電站全局為出發點，整合優化通信網絡，采取兩層網絡與三層設備結構模式，合并過程層的GOOSE與SV網絡。該方案能夠整合智能終端端口、合并單元，減少測控裝置接口數量、裝置功耗、發熱量、交換機數量，降低了系統建設成本，保證數據傳輸更加便捷有效[8]。在系統架構中優化通信網絡，通過一個網絡控制3層設備，將站控層網絡與過程層網絡合并，全站僅使用一個網絡，有效簡化網絡結構。

2.5 整合站控層功能

在監控系統站控層中，選用云平臺架構、開源框架及開源虛擬軟件。監控平臺產品以Browser/Server架構為基礎，通過設置各項功能模塊，實現資源分配、用戶角色管理、遠程訪問以及運維虛擬機狀態和硬件設備監視等服務[9]。站控層軟件依托于視頻監控平臺，融入服務體系架構，實現站控層功能接口訪問。應用功能接口在監控平臺上部署，對接服務功能接口，服務接口與上層服務管理模塊、代理模塊以及消息模塊選用服務協議通信，實現服務注冊、定位、注銷、狀態推送以及調用等功能。服務化接口是針對站控層功能落實的規范化接口，基于變電站服務成果，實現代理網關通信、站短服務管理、服務化接口代理以及應用功能的對接適配，保證訪問量均衡負載。此過程中，可將提供服務者分為兩種。一是站控層系統擁有功能組件，調整接口為標準接口，實現功能和服務實體分離，能夠異機部署和同機部署，如文件訪問服務；二是站控層監控設計與實現不具備的功能，設計接口為標準接口，功能和服務實體為相同軟件模塊，如順空服務。

2.6 間隔層集群測控

在間隔層應用集群測控裝置，由物理設備實現全站間隔測控，具有動態部署測控功能，可以實現動態遷移與部署。每臺集群測控裝置中均保存系統配置，包含全站SCD文件、裝置類型、編號及對應測控邏輯的CID模型等，按照對應關系，可將文件和編號等在集群測控中實現初始化注冊[10]。完成初始化后，變電站每個間隔均有測控邏輯運行，正常運行中，集群測控裝置可借助任務管理程序監控邏輯測控可靠性，并以負載平衡方式動態遷移測控裝置。

3 功能開發與實現

3.1 診斷類功能

診斷類功能主要包含故障設備定位和診斷設備預警兩種。其中，故障設備定位功能可收集主站信息，將信息傳輸至信息平臺，通過分類管理信息與信息過濾的方式在線分析變電站設備運行情況，確定出現危險或發生故障的設備，明確其故障原因。診斷設備預警功能可在設備故障后將圖標信息顯示在平臺上，工作人員點擊后即可獲取故障信息，調取對應故障事件的曲線對話框。

3.2 作業類功能

作業類功能的核心是給運維管理人員安排任務，在生成巡維任務后，通過任務池實現統一管理，合理配置巡維資源，做到全過程管控。具體包括5個部分。

（1）智能排程。綜合分析巡維車輛、值班人員工作、巡維任務，生成資源調度方案。

（2）優化巡維計劃。生成巡維任務后，按照計劃時間給出合理建議，以免不同巡維中心同階段作業，導致現場不可控。

（3）分派工單。巡維任務分派至移動終端。

（4）過程管控。移動終端上傳GPS信息，系統能夠顯示整體詢問過程信息，包含實際達到時間、預計到達時間、出發時間、截單時間以及完成時間等，地圖中也能夠顯示巡維人員與車輛位置，任務中自動回填信息至管理系統，實現閉環管理。

（5）評價任務。完成巡維任務后，系統按照可定義方法評價執行情況，結合完成時間給出結果。

3.3 監視類功能

監視類功能主要包括4個方面。

（1）圖像監視。在2M寬帶上能夠單向傳輸視頻信號，傳輸中可調10 Kb/s～2 Mb/s網絡寬帶，支持移動偵測，任何攝像機畫面均能夠顯示在主站監視器內，控制鏡頭與云臺監控設備。

（2）警視聯動。發生報警后，顯示器圖像畫面會自動切換為報警區域監控畫面，同時系統會自動錄像，便于后續處理分析。

（3）燈光控制。為提高防火報警效果，安裝RTU煙霧報警裝置，結合視頻圖像捕捉現場情況，設置報警模塊時刻關注監控圖像存儲間隔、方式及時間等，便于后續查詢。

（4）設備運維。系統匯總運維任務執行信息，包含缺陷管理、設備臺賬、交接班記錄、巡視管理、操作票管理、試驗管理以及檢修管理等，主界面中顯示GIS信息和監視人員地理位置，便于統一管控。

3.4 協同類功能

協同類功能能夠實現人員協同作業，建立人員與專家交流通道，實現專家會診[11]。人員能夠利用移動端上傳現場疑難問題，專家則根據問題開展會診分析，提供工作指導與解決方案，以視頻、語音或文檔等方式遠程提供技術支持。

4 結 論

綜上所述，在500 kV變電站中搭建視頻監控系統能夠實現對變電站的遠程監控，特別是在人員較少的偏遠地區可實現區域性系統運維監控，減少子站值守人員，降低變電站運營成本，從而推動電力系統實現進一步發展。