光纖傳輸視頻監(jiān)控技術(shù)在變電站的應(yīng)用

李 嘉

（山東省郵電工程有限公司，山東 濟(jì)南250001）

隨著無(wú)人值守變電站管理模式推廣，在相關(guān)部門(mén)通過(guò)對(duì)變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控，可提高變電站運(yùn)行安全性，使電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行更為可靠。變電站除了常規(guī)自動(dòng)化系統(tǒng)，遠(yuǎn)程視頻成為變電站新增自動(dòng)化項(xiàng)目，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，建立信息平臺(tái)集中管理變電站遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將在日常管理中發(fā)揮重要的作用。常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)不適用于變電站視頻監(jiān)控，需要有專人負(fù)責(zé)操作管理，變電站安裝視頻監(jiān)控有悖于無(wú)人值守的初衷，將地區(qū)變電站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控手段統(tǒng)一管理是解決視頻監(jiān)控的合理方法。輸變電工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，提高系統(tǒng)安全性尤為重要。電力部門(mén)需要從遙控到遙視提高管理電力手段。變電站視頻監(jiān)控可通過(guò)遠(yuǎn)程巡視設(shè)備運(yùn)行情況，獲得現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信息，使得供電公司管理方法不斷與時(shí)俱進(jìn)。

1 變電站智能視頻監(jiān)控的必要性

變電站無(wú)人值守是電網(wǎng)綜合自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)，電力部門(mén)實(shí)現(xiàn)將變電站設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)方調(diào)度中心，對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，但目前存在需要大量人工巡視，二次信號(hào)誤報(bào)干擾等問(wèn)題制約無(wú)人值守變電站發(fā)展進(jìn)程[1]。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得圖聲信號(hào)深入處理成為可能，為加強(qiáng)對(duì)變電站綜合管理，很多電力企業(yè)考慮建設(shè)集中式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在遙測(cè)、遙控外增加遙視，降低維護(hù)人員工作量?，F(xiàn)有遙視系統(tǒng)多進(jìn)為簡(jiǎn)單視頻監(jiān)控，變電站安全監(jiān)控依賴于傳感器，自動(dòng)化程度不高。系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，傳感器僅能感應(yīng)部分區(qū)域異常。如某變電站火災(zāi)報(bào)警探頭發(fā)出警報(bào)信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)報(bào)警裝置誤動(dòng)。某控制中心出現(xiàn)主變油位低信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)無(wú)異常情況。主要設(shè)備室照明燈具需持續(xù)點(diǎn)亮，與節(jié)能綠色電網(wǎng)理念不符。采用智能視頻監(jiān)控可以排除誤報(bào)信號(hào)干擾。

電力系統(tǒng)是保障設(shè)備正常運(yùn)行的生命線，變電站是電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，為加強(qiáng)對(duì)變電站安全生產(chǎn)等方面綜合管理水平，建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為電力企業(yè)選擇。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可將變電站主控制室，室外場(chǎng)地等監(jiān)視點(diǎn)圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。提高變電站安全運(yùn)行環(huán)境，傳統(tǒng)變電站視頻監(jiān)控存在監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品缺乏統(tǒng)一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，人工信賴度程度高等問(wèn)題[2]。

常規(guī)三遙系統(tǒng)是調(diào)度自動(dòng)化主要內(nèi)容，由于變電站重要性，僅靠現(xiàn)有調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)不能滿足變電站無(wú)人值守安全性要求。需加大對(duì)330kV 變電站安全運(yùn)行監(jiān)視。視頻監(jiān)控核心環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)包括報(bào)警信號(hào)，中央單元處理進(jìn)行視頻錄像，聯(lián)動(dòng)行動(dòng)輸出，經(jīng)開(kāi)發(fā)可應(yīng)用于無(wú)人值守變電站。此前變電站應(yīng)具備完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)擴(kuò)展后具備遠(yuǎn)程無(wú)人值守變電站能力。變電站安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。

2 變電站智能圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能作用

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像、控制等部分組成，可對(duì)承載攝像機(jī)云臺(tái)發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，通過(guò)圖像壓縮端實(shí)現(xiàn)圖像存儲(chǔ)等。將視頻監(jiān)控系統(tǒng)引入變電站管理取得較好的效果。必須推廣智能變電站的應(yīng)用，智能變電站是集成圖像監(jiān)控、給排水系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)變電站智能運(yùn)行管理。圖像監(jiān)視與站內(nèi)GOOSE 聯(lián)動(dòng)，與設(shè)備運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、智能檢測(cè)維修維護(hù)認(rèn)證子系統(tǒng)等互聯(lián)通[3]。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為分層分區(qū)分布式結(jié)構(gòu)，省級(jí)主站對(duì)地區(qū)級(jí)主站工況統(tǒng)計(jì)。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置視頻監(jiān)控主機(jī)，視頻監(jiān)控設(shè)備等。實(shí)現(xiàn)對(duì)全站主要電氣設(shè)備環(huán)境全天候監(jiān)視，滿足電力系統(tǒng)安全所需監(jiān)視關(guān)鍵部位要求。視頻監(jiān)控系統(tǒng)與變電站形成高度集成，系統(tǒng)功能包括監(jiān)控功能，告警功能、環(huán)境信息采集處理、錄像管理功能等。

智能變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有智能視頻分析、告警聯(lián)動(dòng)、操作聯(lián)動(dòng)等特點(diǎn)。視頻監(jiān)控是人們關(guān)注的熱點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)，廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合，數(shù)字視頻壓縮技術(shù)為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)提供條件。視頻監(jiān)控過(guò)程包括模擬圖像監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)化多媒體監(jiān)控。視頻系統(tǒng)具有全速動(dòng)態(tài)顯示效果能力，高效可靠視音頻信息存儲(chǔ)功能等。圖像清晰度可達(dá)720×576，在計(jì)算機(jī)顯示器滿足1024×768 分辨率。通道允許情況下，圖像無(wú)動(dòng)畫(huà)感但流暢生動(dòng)，與國(guó)內(nèi)通信廠家生產(chǎn)通信設(shè)備兼容，使視頻監(jiān)控技術(shù)走向更加廣闊范圍。影音信息用硬盤(pán)等方式記錄，與回放介質(zhì)兼容，可在任意現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面針對(duì)具體物體設(shè)防，系統(tǒng)建設(shè)具有很好的擴(kuò)展性，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)目能靈活的增加，在市集監(jiān)控中心能通過(guò)局域網(wǎng)互聯(lián)通。

就電力遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用制定《系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，供電局利用光線傳輸數(shù)字圖像監(jiān)控系統(tǒng)適用于330kV 變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)。變電站監(jiān)控系統(tǒng)用于安防、應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等。視頻監(jiān)控系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備無(wú)關(guān)，其應(yīng)用范圍廣泛。對(duì)變電站大量常規(guī)儀表與室內(nèi)外一二次設(shè)備，可在調(diào)度中心通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)直觀監(jiān)測(cè)，對(duì)變電站設(shè)備檢修工作，視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供圖像通信功能，為事后分析事故原因提供可靠依據(jù)[4]。對(duì)大型設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，可通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在遠(yuǎn)程終端收看，提高工作效率。

3 視頻監(jiān)控技術(shù)的研究

監(jiān)控系統(tǒng)在軍事、交通等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，引起國(guó)內(nèi)外著名科研機(jī)構(gòu)的興趣，激發(fā)科研工作者的深入研究。國(guó)外對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)研究較早，1997 年美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究項(xiàng)目署設(shè)立多所知名高校參與的視覺(jué)監(jiān)控重大項(xiàng)目，研究用于戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景監(jiān)控自動(dòng)視頻理解技術(shù)。

佛羅里達(dá)州中央大學(xué)KNIGHT 智能監(jiān)控系統(tǒng)，檢測(cè)出監(jiān)視區(qū)域變化，系統(tǒng)對(duì)光線變化有較好的魯棒性。IBM智能監(jiān)視系統(tǒng)能管理監(jiān)視數(shù)據(jù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。國(guó)內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究起步較晚，為探討監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，促進(jìn)我國(guó)科研人員的交流合作，中科院自動(dòng)化研究所，中國(guó)圖形圖像學(xué)會(huì)等機(jī)構(gòu)支持下，模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在2003 年舉辦智能視覺(jué)監(jiān)控學(xué)術(shù)會(huì)議，各地高校、企事業(yè)單位科研人員參加學(xué)術(shù)會(huì)議，報(bào)告人就視覺(jué)監(jiān)控理論應(yīng)用等系列問(wèn)題進(jìn)行深入探討。由于國(guó)內(nèi)研究起步較晚，實(shí)際應(yīng)用中受到很多限制。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)存視頻監(jiān)控技術(shù)包括第一二三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

視頻監(jiān)控是人們關(guān)注的應(yīng)用技術(shù)熱點(diǎn)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)真實(shí)反映被監(jiān)控對(duì)象，極大提高管理效率。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控相比傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)具有錄像時(shí)間長(zhǎng)、查詢速度快等優(yōu)點(diǎn)，但目前存在變電站采用模擬設(shè)備，圖像質(zhì)量不高，監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立存在形成信息孤島，造成運(yùn)營(yíng)成本上升，設(shè)備老化問(wèn)題突出，部分系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面不清晰，現(xiàn)有設(shè)備不能滿足基本安防監(jiān)控要求，部分變電站不具備環(huán)境監(jiān)測(cè)功能，部分技防設(shè)施布放不到位，相關(guān)日常維護(hù)管理制度有待完善落實(shí)等問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)及圖像處理技術(shù)發(fā)展，變電站視頻監(jiān)控技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)主要推出數(shù)字控制模擬監(jiān)控產(chǎn)品，發(fā)展成熟，實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛。數(shù)字視頻監(jiān)控是新崛起計(jì)算技術(shù)為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，目前在數(shù)控模擬系統(tǒng)混合應(yīng)用向數(shù)字系統(tǒng)過(guò)渡階段。

國(guó)內(nèi)外視頻監(jiān)控系統(tǒng)水平參差不齊，視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐步發(fā)展成為遠(yuǎn)程辦公信息系統(tǒng)，如何整合好相關(guān)技術(shù)有很多課題有待研究。智能電網(wǎng)是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展最新動(dòng)向，歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行大量的智能電網(wǎng)研究，我國(guó)南方電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展智能變電站示范工作建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)智能變電站功能實(shí)現(xiàn)具有積極作用，未來(lái)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化，信息系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等特點(diǎn)趨勢(shì)。

4 變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)控制

變電站安裝在監(jiān)視區(qū)監(jiān)控?cái)z像機(jī)對(duì)站內(nèi)周界環(huán)境防火防盜監(jiān)控，對(duì)變電站注射泵如主變，室內(nèi)10kV 室，電纜層等進(jìn)行監(jiān)視，變電站安裝設(shè)備區(qū)監(jiān)控?cái)z像機(jī)將信號(hào)傳至DVR 設(shè)備，被監(jiān)視目標(biāo)動(dòng)態(tài)圖像以IP 單播方式傳到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多監(jiān)控功能。報(bào)警信號(hào)，配置控制信息與監(jiān)控中心實(shí)時(shí)通信。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控功能利用攝像機(jī)將監(jiān)視目標(biāo)圖像傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控主機(jī)，保證變電站設(shè)備正常運(yùn)行，按照地區(qū)級(jí)主站要求將所需視頻實(shí)時(shí)上傳，通過(guò)圖像監(jiān)視結(jié)合操作人員經(jīng)驗(yàn)避免誤操作。對(duì)監(jiān)控范圍內(nèi)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控，顯示畫(huà)面應(yīng)有站名，地點(diǎn)名稱等文字顯示。運(yùn)維人員通過(guò)視頻處理單元對(duì)變電站設(shè)備監(jiān)視，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)行畫(huà)面切換。發(fā)生報(bào)警時(shí)，視頻處理單元自動(dòng)進(jìn)行存盤(pán)錄像，自動(dòng)在地理圖提示報(bào)警位置，應(yīng)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉，報(bào)警系統(tǒng)與站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)連接，制定相應(yīng)攝像機(jī)錄像，作為事故調(diào)查輔助手段。

告警功能保證站內(nèi)建筑設(shè)備安全，及時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置。在建筑物門(mén)窗安裝報(bào)警探頭，在圍墻四周等處安裝攝像頭，監(jiān)視盜賊非法闖入。報(bào)警信息檢索功能將報(bào)警信息與數(shù)據(jù)結(jié)合回放不同時(shí)段圖像，報(bào)警級(jí)別根據(jù)安全等級(jí)原則顯示存儲(chǔ)，同級(jí)別報(bào)警系統(tǒng)按時(shí)間優(yōu)先上傳，根據(jù)需要可隨時(shí)關(guān)啟。視頻系統(tǒng)處理單元對(duì)重要區(qū)域監(jiān)視點(diǎn)實(shí)現(xiàn)事故前后循環(huán)錄像存儲(chǔ)，對(duì)重要區(qū)域監(jiān)控點(diǎn)可設(shè)定長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)循環(huán)錄像存儲(chǔ)。

操作人員可對(duì)全部攝像機(jī)操控，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)視角、光圈等調(diào)整，預(yù)定位置云臺(tái)直接進(jìn)行預(yù)置操作，同時(shí)允許一名操作人員控制對(duì)象，系統(tǒng)具有定時(shí)功能，攝像機(jī)可在設(shè)定規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)停止，值班員需在設(shè)備工作時(shí)，攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)功能使其自動(dòng)調(diào)整設(shè)備位置，同時(shí)不允許多名操作人員控制設(shè)備。錄像管理功能可對(duì)非重要區(qū)域監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)告警前后錄像存儲(chǔ)，進(jìn)行手動(dòng)控制錄像，報(bào)警聯(lián)動(dòng)錄像，錄像資料自動(dòng)管理，硬盤(pán)錄滿后刪除最舊錄像資料，錄像資料回放前根據(jù)需要按攝像時(shí)間等要求檢索。

5 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號(hào)傳輸

大多數(shù)廠家采用SYV75-5 電纜，部分廠家認(rèn)為將平時(shí)使用SYV75-3 電纜更換可滿足變電站電磁環(huán)境，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明露天110kV 變壓器1.5m 處。站內(nèi)傳輸線路電磁干擾源包括絕緣子高位梯度部分放電火花，導(dǎo)線表面電暈放電。誘發(fā)源特點(diǎn)決定無(wú)線電噪聲具有頻譜廣，易受氣候影響等特征。

計(jì)算220kV 城市中輸電線路晴天下50%無(wú)線電干擾分布，距離輸電線路20m 處，干擾水平在35dB，實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)220kV 輸電線路無(wú)線電干擾水平折算為53dB，水平信號(hào)傳輸質(zhì)量取決于信噪比，統(tǒng)計(jì)顯示我國(guó)220kV 線路無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)條件實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)值為43.9dB。變電站電磁干擾對(duì)攝像機(jī)視頻信號(hào)傳輸有很大影響，部分前端設(shè)備需通過(guò)增加抗干擾傳輸器降低干擾。采用數(shù)字傳輸技術(shù)將1 芯光纖實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步傳輸，光纖傳輸支持高分辨率運(yùn)動(dòng)與單向音頻傳輸。即插即用設(shè)計(jì)理念使得安裝簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性高，不受環(huán)境干擾影響，可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。光纖傳輸方式可勝任電力系統(tǒng)變電站長(zhǎng)距離下視頻監(jiān)控。

采用光纜傳輸實(shí)時(shí)視頻信號(hào)具有光纜內(nèi)部信號(hào)傳輸零衰減，光纜根據(jù)指示燈狀態(tài)判斷故障點(diǎn)，光纜傳輸造價(jià)低，有效減少故障點(diǎn)對(duì)設(shè)備造成損害等優(yōu)點(diǎn)。用光纖進(jìn)行視頻信號(hào)傳輸，傳輸性能是同軸電纜等方式不可比擬的。先進(jìn)的傳輸手段，多功能信息交換網(wǎng)絡(luò)為今后信號(hào)高速公路奠定良好基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著變電站自動(dòng)化的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)局限于對(duì)變電站監(jiān)視，需要人工干預(yù)較多，針對(duì)現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)智能變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可滿足電站視頻監(jiān)控需求，判斷變電站工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守變電站智能視頻監(jiān)控。將光線傳輸技術(shù)應(yīng)用于變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為新的方向，有助于提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化安全性。系統(tǒng)通過(guò)智能視頻識(shí)別技術(shù)增強(qiáng)無(wú)人值守變電站運(yùn)行智能性。