全数字化变电站高清智能视频监控解决方案

2010-08-26 15:08:09 作者:ZHOU 责任编辑: zhouzycps 收藏本文

随着数字网络高清视频监控时代的到来，高清网络摄像机在电力行业监控中开始发挥重要的作用。本文邀请南京南自信息技术有限公司陈飞凌副总经理详解数字化变电站高清智能视频监控解决方案，工程商和集成商重点要关注其中介绍的“关键技术和创新。”

近几年来，随着IEC61850标准的应用和光电互感器的研发和投入使用，数字化变电站概念已在工程实践中得到应用，全国已建成一定数量的数字化变电站，数字化变电站试点工作也在开展。我国智能电网的研究已经启动，作为电网重要组成部分，数字化变电站领域的研究和试点工作也将为智能电网的发展打下基础。

数字化变电站使变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备；在逻辑结构上可分为三个层次，根据IEC通信协议草案定义，这三个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。新型数字化变电站主要由为全数字和光纤的信号采集系统、数字化继电保护和综合自动化系统、数字化视频及环境监测系统构成。

随着变电站无人值守的推广，传统的变电站模拟视频监控系统已经为电力安全生产服务了多年，主要实现了远程巡视设备、远程操作监护、安全防范等目的。数字化变电站的快速发展，对视频监控的清晰度、智能化提出了更高的要求。本文将根据国内数字化变电站现有情况和高清智能视频监控发展趋势，介绍如何结合德国MOBOTIX公司高清网络摄像机，经过二次开发构建数字化变电站高清智能视频监控系统，实现对变电站的整体状况和设备运行情况进行直观的监视，辅助使用者更好地维护变电站生产运行。

总体需求概述

传统的变电站视频监控系统主要以模拟视频监控方式为主，其清晰度较低、抗干扰性差，一般只能看清监视场景中设备基本状态，需要通过摄像机镜头变倍聚焦操作，才能看清设备局部细节。数字化变电站高清智能视频监控主要来源于以下几个方面：

(1) 在雷雨大风、雾雪等恶劣天气环境时，省电力公司需要了解电网500kV变电站的现场环境情况，变电站全景实时视频、设备区实时视频对掌握实时情况提供了重要辅助手段，但以往模拟视频系统往往无法很好实现。

(2) 以往的变电站视频监控系统其设计思路还是围绕摄像机点位为中心，其操作过程复杂，不能直观反映运行人员的操作目的。经过调研发现，系统可基于设备区域、设备一次接线图设计，以设备智能管理为核心来实现变电站高清视频监控，操作简单、直观、实用。

(3) 网络视频监控应用是典型的实时流媒体应用，占用网络带宽较高，对于监控中心多个客户访问变电站实时视频，需要有健壮、可靠的流媒体服务系统提供访问服务。

系统架构

数字化变电站高清智能视频监控系统结构图如图1所示：

图1：系统结构图

前端摄像机采用德国MOBOTIX高清网络摄像机，分别监视变电站全景、500kV设备区、220kV设备区、主控室、大门、周界、变压器及辅助设备区，采用百兆光纤收发器将编码压缩后的视频数据通过以太网传输到站端监控中心，由数字视频与环境监控主机解码输出到大屏幕液晶显示器。数字视频与环境监控主机完成高清视频的存储与流媒体分发服务，以及现场周界报警信号采集，实现报警联动视频。

应用案例

依据某省电力公司的规划要求，我们在500kV变电站试点，设计开发了一套变电站智能高清视频监控系统，实现了变电站全景展示，能够远程实时监控变电站内所有一次设备，如主变、断路器、隔离刀闸等设备的运行状态，传输实时图像、报警信息至监控中心。极大地提高了变电站运行人员和调度人员通过实时图像和远动信息对变电站运行情况进行综合监控、分析的能力。其重要应用情况如下：

(1) 变电站全景监视

以往模拟摄像机往往无法拍摄变电站的全景图像，无法直观、全面的了解整个变电站的整体情况。采用Mobotix Q24高清全景摄像机来实现对变电站全景图像的拍摄，形成覆盖整个变电站180度监视场景图像，可以看到500kV设备区、220kV设备区、主变设备区的图像，通过站端监控终端在大屏幕液晶显示器上显示。

图2 Mobotix Q24三百万像素高清全景摄像机。

图3：主控楼顶Q24摄像机拍摄变电站全景图像。

(2) 变电站出入口高清监视

变电站大门出入口作为进出变电站的通道，是变电站安全的第一道防线，对于每个进出变电站的人员、车辆都必须进行详细的记录，因此需要有专门的摄像机进行24小时不间断监控。综合大门监控的特别需求，摄像机需要满足2个要求，1、高清，不同于其他区域的监控，大门摄像机主要负责记录人员、车辆的进出情况，需要能够清晰的分辨出人员主要特征，车辆的基本信息。2、24小时不间断，变电站不仅白天，夜间也有人员、车辆的进出，为了保证记录的完整，需要夜间同样有清晰的监控效果。因此设计采用Mobotix M12三百万像素双镜头高清摄像机，在夜晚低照度情况下，也能展现良好的图像效果。

图4 Mobotix M12三百万像素双镜头高清摄像机。

图5：主控楼的墙体安装M12摄像机拍摄出入口图像。

(3) 变电站室内区域高清监视

与其他监控区域不同，变电站室内区域的监控有下面几个特点，1、监控区域小，一般需要进行监控的场所有主控室、保护室、电缆层、交直流室、蓄电池室等，室内空间有限。2、监控对象多为固定设备，室内设备大多是各类机柜，出主控室外一般没有人在内活动。3、一般只需要监控整体情况。综上所述对变电站室内监控适合使用固定摄像机，镜头选用焦距小的广角镜头。对于室内区域分为3类：1、主控室、保护室等，这类房间空间较大，门、窗户等出入口较多，室内设备多，人员出入也较多，需要能够实现全方位监控。2、交直流室、蓄电池室等，这类房间空间较小，门窗少，一般无人活动，不需要监视到每个角落，只需监控室内总体状况即可。3、电缆层，电缆层内的电缆一般靠近房间顶部布置，摄像机要能够从下朝上看到电缆的状态。

在变电站主控室大厅及保护室房间中间顶部各安装一台Mobotix Q24全景高清网络摄像机，实现360度室内全景监视。

图6：保护室顶部Q24摄像机拍摄全景图像。

图7：保护室顶部全景摄像机180度图像校正效果。

由于电缆层电缆位于上方，因此选用便于安装，能够调整镜头角度的Mobotix M22高清网络摄像机。

图8：Mobotix M22三百万像素高清摄像机。

图9：电缆室底部M22高清摄像机拍摄效果

关键技术与创新

本系统主要关键技术与创新点如下：

(1) 面向设备区管理的变电站高清视频监控

系统可定义变电站全景、500kV设备区、220kV设备区、主控室、大门、周界、变压器及辅助设备区，选择相应设备区，则关联的摄像机图像以多画面形式显示。在全景视频上可显示关联的设备区、在主要设备区视频上可显示关联的设备，通过“热区”方式进行点击弹出视频显示。

(2) 基于电力一次接线图模式的电力设备视频监视

系统通过与综自系统接口，在变电站一次接线图上叠加相应设备信息，操作员在一次接线图的设备上点选，可显示相应设备的实时视频图像。

图10：基于电力一次接线图的软件管理界面。

(3)．面向电力通信网络的高清视频流媒体服务

针对电力通信网络特点，本系统设计了高性能流媒体服务软件，能够同时转发多路高清流媒体数据，具备完善的Qos和I帧缓存机制。

内容	传统模拟视频系统	高清智能视频监控系统
清晰度	CIF（352×288）、D1（720×576）	高清（1280×960、2048×1532）
摄像机数量	数量较多	数量少
全景图像	不支持	能够监控整个变电站的全景图像
监控对象选择模式	只能选择摄像机，监控此摄像机覆盖的区域	在全景图上或一次接线图上根据需要选择监控的设备、区域即可调出该区域周边摄像机的图像
监控点覆盖程度	无法覆盖所需要监控的所有设备、区域	通过合理的布置和安装位置，可以实现对所有需要监控的设备、区域
周界防护	红外对射，雨、雪、雾、霾等天气影响很大，寿命短	采用电子围栏，外形美观、有形防护，使用寿命长