光纖傳輸及數(shù)字化在變電所圖像監(jiān)控中的應用

王培寶

（山東省郵電工程有限公司，山東 濟南250001）

引言

隨著各項技術的大力研發(fā)創(chuàng)新，電力設備智能化水平的逐漸提升，光纖網(wǎng)絡傳輸逐漸普及應用于電力行業(yè)領域。無人值守變電所的正常安全運行，圖像監(jiān)控技術提供了有力保障。近年來，電力系統(tǒng)逐漸實現(xiàn)通信數(shù)字化模式改造[1]，尤其通過鋪設站、廠、局等通信光纜，很大程度提升了數(shù)字化信息的綜合傳輸水平[2]。基于光纖傳輸方式，通過運用多變靈活性的組網(wǎng)方式，能設計擁有新型技術的數(shù)字化圖像遠程監(jiān)控系統(tǒng)，從而監(jiān)控、監(jiān)視各變電所的電力設備運行情況，采用圖像監(jiān)控方法實現(xiàn)光纖數(shù)字化傳輸，也將大幅度提升變電站安全管理水平。

1 變電站圖像監(jiān)控作用

對于變電所圖像監(jiān)控系統(tǒng)來講，其核心技術作為環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，涵蓋了不同類型的報警信號，譬如運動、聲音、門磁、微波、溫度、濕度、紅外等信號，通過中央單元處理并完成圖像錄像，能與各行動輸出信號相聯(lián)動，如鎖具、警號及消防設備等，通過開發(fā)能夠更好運用于無人值班變電站[3]。以330kV 變電站為例，實現(xiàn)無人值班的自動化管理，也需要具備完善常規(guī)圖像監(jiān)控系統(tǒng)及工業(yè)電視系統(tǒng)，不斷拓展系統(tǒng)功能實現(xiàn)遠程無人值班變電所。330kV 變電所作為供電網(wǎng)中的關鍵技術節(jié)點，支撐了周圍共計7 座變電站，通過完成圖像監(jiān)控與報警功能系統(tǒng)，可以實時監(jiān)控主變設備與開關設備的實際運行情況，并且完成紅外線、夜視電視圖像監(jiān)控的安裝，從而及時報警和記錄。

2 變電所圖像監(jiān)控系統(tǒng)傳輸

變電所通過將監(jiān)控設備安裝于電力設備運行的監(jiān)視區(qū)域，值班人員能通過監(jiān)控設備全面監(jiān)控防盜、防火、防人等突發(fā)事故，還要監(jiān)視主變變電所，戶外一次設備，二次設備，10kV 室，光纖電纜層等。通過在電力設備區(qū)域安裝監(jiān)控設備，經(jīng)光纖向變電所DVR 設別傳輸，之后運用以太網(wǎng)能夠?qū)⒈O(jiān)控圖像傳輸轉(zhuǎn)換至主控監(jiān)控室內(nèi)[4]。被監(jiān)控的動態(tài)目標圖像、音頻信號，向監(jiān)控中心采用IP 單播、組播等方式，從而做到一對多、多對一的圖像監(jiān)控。報警信號、狀態(tài)、配置、控制等信息，均經(jīng)TCP/IP 通信方式通信變電所監(jiān)控中心（見圖1）。運行維護人員經(jīng)視頻處理單元及工作站監(jiān)控設備，能控制變電站圖像監(jiān)控設備，還能切換畫面。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)傳輸

2.1 實時圖像監(jiān)控報警子系統(tǒng)

在變電所圖像監(jiān)控發(fā)生警報時，變電所圖像處理單元和數(shù)字化錄像機，可以對存盤圖像自動化保存，并發(fā)送報警相關的圖像信息，在地理圖上自動提示報警的位置和類型。一旦發(fā)生任何警報可以與有關設備及時聯(lián)動，譬如現(xiàn)場照明、警笛等設備，需要在原本所設定的時間段內(nèi)關閉，在白天可以選擇不打開監(jiān)控現(xiàn)場照明。報警系統(tǒng)通過實時連接變電所內(nèi)的自動化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)報警信息與報警目標的圖像監(jiān)視，也可以指定攝像機對監(jiān)控畫面完成錄像，用于事故調(diào)查分析的輔助手段。報警型號檢索功能還能夠?qū)Σ煌瑫r段的報警信息結合原本的圖像錄像[5]。

2.2 實時圖像監(jiān)控控制子系統(tǒng)

操作人員可以全面控制變電所設備監(jiān)控的攝像機，從而及時調(diào)整攝像機的方位、焦距、景深、光圈、視角，預定云臺位置也同樣可以預置操作，在同一時間內(nèi)允許同一名操作人員對同一臺控制對象加以控制，對于云臺、雨刷等設備進行控制的同時，系統(tǒng)還能夠定時監(jiān)控。設備運行過程中也可以在規(guī)定時間內(nèi)選擇停止攝像，攝像機還可以聯(lián)動調(diào)整監(jiān)控位置，能夠運用實時錄像對設備自主啟動保存數(shù)據(jù)，保證了監(jiān)控設備的唯一控制性[6]。

2.3 實時圖像監(jiān)控錄像管理子系統(tǒng)

圖像監(jiān)控系統(tǒng)在處理中對于關鍵的監(jiān)控區(qū)域，需要做到事故發(fā)生10min 以上，事故發(fā)生后10min 以上的監(jiān)控圖像循環(huán)存儲，并設定關鍵監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控點7 天以上，自動化播放監(jiān)控存儲的圖像記錄，也可以人工設置監(jiān)控點。

3 光纖傳輸及數(shù)字化應用于變電所圖像監(jiān)控

由于目前多數(shù)廠家都考慮造價問題，選用了SYV75-3 及SYV75-5 電纜[7]，還有部分廠家對于變電所實際運行中的電磁輻射所造成的信號傳輸影響尚未形成充分認知，仍然比較簡單認為可以更換原本運用的SYV75-3 電纜為SYV75-5 電纜。但其實并非如此據(jù)有關監(jiān)測數(shù)據(jù)結果表示，露天的高壓變電所110kV 及220kV 與主變壓器距離1.5m 位置，達到了工頻磁場強的2050～3200/m[7]。

存在變電所內(nèi)對傳輸線路造成電磁干擾的主要包括以下幾方面：

一導線表現(xiàn)及線路不見表面電暈放電。

二絕緣子高電位梯度火花、放電、接觸不良以及松動所致火花，由于誘發(fā)源也決定了無線電噪聲擁有較廣的頻譜，離散強度以及極易所受氣候影響等。

根據(jù)國際無線電干擾委員會所公布的無線電干擾計算公式，完成220kV 輸電線路處于較好天氣條件下存在的50%無線電干擾主要分布情況（見圖2）?？梢园l(fā)現(xiàn)與輸電線路相距20m 的無線電干擾水平集中于35dB。結合實測結果發(fā)現(xiàn)220kV 輸電線路存在的無線電干擾，與國際標準折合最終為53dB。在圖像信號的最終傳輸質(zhì)量如何，也直接決定了信號造成的干擾強度。結合相關資料我國220kV 鐵路存在的無線電干擾，在標準條件下達到43.9dB 的實測統(tǒng)計結果，攝像機達到50dB 信噪比的圖像輸出值。

圖2 無線電干擾分布

所以結合上述分析，對于變電所圖像監(jiān)控光纖傳輸中存在的電磁干擾，會很大程度影響攝像機的圖像信號傳輸效果。但是采用電纜傳輸技術并不能夠從根本上解決面臨的電磁干擾技術局限，可以通過運用數(shù)字化傳輸與上文設計應用的光纖傳輸，實現(xiàn)視頻信號至1 芯光纖的高質(zhì)量、保真且同步傳輸，并且可以支持單雙向的高分辨率圖像傳輸，從而滿足用戶的技術所需。通過運用數(shù)字化技術實現(xiàn)變電所現(xiàn)場的簡便安裝，無需在現(xiàn)場繁雜的調(diào)節(jié)，便可以達到較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性，對于變電所所處的任何工作環(huán)境同樣適用，能夠穩(wěn)定長期實現(xiàn)信號傳輸，并且系統(tǒng)維護安裝也同樣簡單無需調(diào)試[8]。

通過運用光纖傳輸結合數(shù)字化技術，能夠?qū)崿F(xiàn)變電所圖像監(jiān)控信號傳輸優(yōu)點如下：

（1）光纖傳輸及數(shù)字化技術能夠?qū)崿F(xiàn)信號傳輸幾乎與零衰減接近。

（2）光纖傳輸幾乎均為光信號可以杜絕多數(shù)電磁場干擾，可以達到幾乎無失真的圖像接收，所以稱之為完美的傳輸效果。

（3）以指示燈的具體狀態(tài)即可對故障點加以判定，有助于系統(tǒng)檢修。

（4）運用數(shù)字化壓縮傳輸，幾乎可以實現(xiàn)無延時的圖像傳輸。

（5）通過運用集成光纖電纜傳輸，也在一定程度上降低造價。

（6）在光端機設備前端設計防雷電路，能夠?qū)收宵c所造成的雷擊設備損害有效減少。

4 網(wǎng)絡數(shù)字視頻相較模擬視頻

視頻信號分布包括了模擬視頻信號、數(shù)字視頻信號共計兩類。模擬視頻主要指的是每一幀圖像均為實時所獲的真實自然圖像信號，擁有了較好的還原性和低成本。但是存在的技術缺陷就是無論多好的圖像記錄信號，在歷經(jīng)長期存放復制后，都會很大程度降低信號及畫面質(zhì)量。

監(jiān)控圖像傳輸中，模擬信號也明顯區(qū)別數(shù)字信號，模擬視頻信號比較敏感傳輸距離，當傳輸距離在300 米以上時，極易出現(xiàn)衰耗、畸變、延時及易受干擾的信號，導致很大程度降低了圖像監(jiān)控質(zhì)量。再者有線模擬視頻監(jiān)控不能有效聯(lián)網(wǎng)，只能根據(jù)點對點現(xiàn)場監(jiān)視所致增加了監(jiān)控布線的總工程量。經(jīng)網(wǎng)絡連接局域網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號傳輸，能夠訪問整個網(wǎng)絡電腦主機，這也在很大程度上對圖像監(jiān)控的涵蓋范圍全面拓寬，能夠涉及變電所的任何監(jiān)控角落。

對于變電站內(nèi)所主要運用的光纖信號傳輸介質(zhì)，能夠基于圖像監(jiān)控項目建設內(nèi)，運用主要為模擬信號的監(jiān)控方案，但是多數(shù)情況下都會所受干擾，無法達到正常的監(jiān)控標準。一般情況下所致干擾原因主要包括了設備、接頭、傳輸，由于特殊的變電所電力設備場內(nèi)特征，在傳輸中極易產(chǎn)生常見卻難以處理的干擾問題。

圖像監(jiān)控信號傳輸?shù)淖罱K質(zhì)量，更是直接與信號強度干擾場強的二者比值相關，結合現(xiàn)有資料以220kV 變電所無線電傳輸線路干擾為例，在晴天標準工況條件下實際測量43.9dB 結果，視頻輸出為50dB 信噪比。因此結合以上分析，變電站電磁干擾仍然會很大程度影響監(jiān)控相機的圖像信號傳輸，對于二期視頻監(jiān)控擴建工程來說，圖像信號傳輸通過在單芯光纖同步傳輸視頻信號，不僅方便施工維護同時也可以運用新技術打造監(jiān)控系統(tǒng)。通過在數(shù)字化變電所圖像監(jiān)控系統(tǒng)中引入光纖傳輸技術，這也會對變電所事故安全分析能力大力提升，作為未來變電所圖像監(jiān)控的重要技術發(fā)展所趨，勢必會對變電所設備運行的安全可靠性充分提升。

5 結束語

通過將光纖傳輸與數(shù)字化技術，引入變電所圖像監(jiān)控中，已經(jīng)成為未來變電所圖像監(jiān)控技術的發(fā)展新趨勢，能夠?qū)D像監(jiān)控系統(tǒng)增加遠距離、高質(zhì)量圖像傳輸，而這也是同軸電纜傳輸所無法實現(xiàn)的多功能傳輸特性，很大程度提升變電所對電力設備運行事故的分析能力與實時安全監(jiān)控水平，真正提升變電所的圖像監(jiān)控安全穩(wěn)定性。