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变电站网络监控的系统方案
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 一、变电站综合监控系统概述
    随着电力部门工作模式的全面改造,各变电站/所均实现无人或少人值守,以提高生产效益,降低运营成本。在电力调度通讯中心建立监控中心,能够对各变电站/所的站场图像、关键设备监测图像、有关数据和环境参数等进行监控和监视,以便能够实时、直接地了解和掌握各个变电站/所的情况,并及时对发生的情况做出反应,适应现代社会的发展需要,这些都已经提到了电力部门的发展议事日程。目前,各局都已设立了运行管理值班室及调度部门,虽有对各专业的运行归口协调职能,但不能及时掌握运行状况和指挥处理运行障碍。现在对运行监视通常由各专业运行部门采用打电话来了解和判断处理故障。各种运行管理联系松散,依靠原始的人工方式已不能满足电力系统安全生产的需要。要跟上发展步伐,必须在健全和完善电力网络的同时建立电力综合监控系统。电力综合监控系统将变电站的视频数据和监控数据由变电站前端的设备采集编码,并将编码后的数据通过网络传输到监控中心。监控中心接收编码后的视频数据和监控数据,进行监控、存储、转发控制及管理。电力综合监控系统的实施为实现变电站/所的无人或少人值守,推动电力网的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化的方向发展提供了有力的技术保障。
二、电力系统需求分析
1.总体需求
    变电站网络监控系统的功能,主要体现在以下几个方面:
    通过图像监控、安防(防盗)系统、消防系统、保护无人值守或少人值守变电站人员和设备的安全
    通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势,避免误操作
    通过图像监控、灯光联动、环境监控监视现场设备的运行状况,起到预警和保护的作用
    配合其他系统(如变电站综合自动化系统等)的工作
2.用户主要需求规范
    监控对象和场景
    变电站厂区内环境实时监视
    高压区域的安全监视,人或物体进入高压区域立即产生报警
    主变压器外观及中性点接地刀状态
    对变电站内的全部户外断路器、隔离开关和接地刀闸的合分状态给出特写画面
    对变电站内各主要设备间的监视(包括大门、控制室、继保室、通信室、高压室、电容器室、电抗器室、低压交流室等)
    对少人值守变电站办公区域的监视
三、系统功能
    监视和录像功能
    利用安装在监视目标区域的高清IP网络摄像机对生产设备和环境进行监控,并利用网络将被监视目标的高清动态实时图像传输到监控中心,监控中心可将控制信号发送到设在变电站的监控主机,实现各种控制。
    监控中心、变电站运行维护人员通过监控主机对变电站监控范围的目标区域中设备或现场进行监视,同时在监控主机上完成对画面切换的控制和录像控制。画面切换可设置为手动切换或自动轮询切换,当设置为自动轮询切换时,可设置轮询切换时间,以适应不同的需求。录像控制应包含手动录像,定时录像和事件触发录像。其中,事件触发录像结合了先进的智能视频分析技术,当特殊事件发生时自动启动录像,相对于传统的7*24小时不间断录像,提高了录像质量和效率,节省了存储空间。
    录像功能还包括对录像的检索和回放。检索应采用先进高效的算法,在尽量短的时间内快速准确地定位到检索点。另外,还可以通过事件检索进行定位,根据指定的时间类型对录像进行检索,找出符合要求的检索点
报警功能
    报警功能能够兼容消防报警、防盗报警和智能分析检测报警。
    对于消防报警和防盗报警,系统能够对各种报警器产生的信号进行采集,编码和传输,到达监控中心后在恢复成原始的报警信号,能够联动相关设备,如灯光、警笛等,产生声光电报警。
    智能分析检测报警能够借助智能视频分析技术,对特定事件进行自动检测和报警,如无关人员闯入高压区域,接地刀闸分离等。
    所有的报警信号均能触发录像功能,启动录像,记录告警事件。
    分级管理和权限控制
    为保证监控信息的安全,以及对整个电网系统的综合指挥调度,需要实现分级管理和权限控制,按照现行的电网管理机制,至少需要支持省级监控,市级监控和站级监控三级管理体系,其中,站级监控点能够看到站厂内所有的视频监控信号和报警信号;市级监控点能够看到市内各变电站的状态;省级监控中心可以看到省内各变电站的状态。每级均有不同的控制权限,同一级别不同用户也可根据操作需求拥有不同的控制权限。
四、系统结构组成与系统组网方式
    1.系统结构组成
    变电站综合监控系统可按行政区域划分,采用星形拓扑三级组网结构
变电站网络监控系统设计方案
    如上图所示,在无人值守的变电站一级建立视频和环境监控体系,将多个变电站的视频和数据信息通过通讯网络上传到分控中心。多个分控中心本着负荷分担的原则,对所属各变电站信息进行分析处理,进行相应的显示、录像和控制,同时可以通过电力系统提供的通讯网络把数据上传到监控中心。监控中心根据需要选择观察前端变电站的信息,并为省一级的控制中心预留通讯接口,可以随时将信息上报,供统计分析之用。
2.系统组网方式
    2.1变电站系统组网图
变电站综合监控系统设计方案
    2.2前端变电站组成描述
    前端变电站所采用的设备,根据情况的不同,分为三类:
    新开通的监控点
    对于新开通的监控点,可以直接采用高清IP摄像机。光桥可提供1280*720p高清IP摄像机,其画质比传统的模拟摄像机好很多,它借助H.264强大的压缩性能,可以在2Mbps带宽下提供25帧连续的高清图像。其整体效能远胜过传统的模拟摄像机。IP摄像机的另一个优点是安装布线方便,只需要提供电源和网线即可工作,如果采用带有PoE功能的机型,只需连接一根网线即可,改变了传统模拟摄像机需要接入视频,音频和数据控制等线缆的复杂程度,降低了设备运行的故障率。
    已安装模拟摄像机的监控点
    在实际的监控项目中,有一些监控点在过去已经装上了模拟摄像机,本着节约投资,充分利用资源的原则,可以保留这些硬件资源,只需要在模拟摄像机的后面加上视频服务器(DVS)即可将这些视频采集点融入到整个监控系统中去。光桥提供的视频服务器采用H.264压缩方式,支持D1/HalfD1/CIF等分辨率,可以在1Mbps以内的带宽下传输25帧的实时图像。视频服务器同时提供音频和数据接口,可以将烟感,门磁等信号和视频信号一起传输到监控中心,而无需额外的设备和布线。
    关键监控点
    在变电站监控项目中,由于考虑到安全生产,有一些关键监控点需要进行7*24小时不间断监控,一旦发生特殊情况要及时通知操作人员进行处理。对于这种情况,如果仅仅靠工作人员不停地盯着监控屏幕观察,长时间的观察带来的疲劳很可能导致对于突发事件出现漏判或错判的情况,既不可靠,也不经济。对于这种需求,智能视频分析技术是一个很好地解决方案。它利用计算机人工智能和视频分析技术,自动地对图像进行分析,对于满足触发条件的事件自动记录,并产生告警,这样就大大解放了人力,同时还提高了检测的准确性和可靠性。
2.3监控中心组成描述
    网络监控中心由五个部分组成:中心管理服务器,磁盘阵列,大屏幕,网络传输设备和3G网关设备。
    中心管理服务器包括中心管理服务、注册服务、转发服务等,其作用简单概括是管理协调系统的运作,并在前端设备与客户端之间建立联系,为客户提供对各路视频的监视和管理接口,并根据各级管理平台的权限和管理策略完成视频流的存储和转发。所有这些功能都是通过在中心管理服务器上运行DVP数字视频管理平台来实现。为保证DVP数字视频管理平台各项功能正常运行,中心管理服务器应选择至少4核心酷睿2处理器,4G内存,2TB硬盘,带有1GB显存的3D高速显卡,以及千兆网卡。
    磁盘阵列主要用于存储视频流数据,它采用千兆的以太网接口与中心管理服务器连接,以满足多路视频同时存储的需要。根据存储数据容量的需求,磁盘阵列可分为8盘位,16盘位,24盘位和48盘位等多种配置,还可以通过外部的级联接口进行多台磁盘阵列的级联,这样可以成倍地增加存储空间。每个盘位可以支持最大2TB的硬盘,采用高速的SATA6Gbps或SAS接口,以满足突发的大容量存储需求。为保证数据的存储安全和存储效率,磁盘阵列支持多种RAID模式,RAID0,RAID1,RAID0+1,RAID5等模式可以满足不同的数据存储需求。
    大屏幕用于显示高清的监控图像。系统采用40寸以上的LCD显示屏,分辨率高于1600*1200,以无损显示720p的高清视频及200万的抓拍图像。显示屏带有HDMI或DVI数字接口,以保证图像的高质量。
    网络传输设备包括光纤收发器和网络交换机。光纤收发器可以将以太网电信号转换为光信号以便长距离传输,突破双绞线100米得传输限制。在变电站监控中,无论是站厂监控,还是设备间和环境动力参数监控,或是办公区域的监控,监控点和监控中心的距离都往往会超出100米的距离,此时借助光纤收发器将以太网电信号转成光信号在光纤上传输就成为最可靠最经济的解决方案,光纤收发器以稳定的性能和低廉的价格为以太网信号的传输提供了最好的解决方案。
    网络交换机用在监控中心端,用于将通过光纤收发器传过来的IP视频信号进行汇聚,并转发给中心管理服务器。根据监控点的数目,网络交换机可选用24口或48口,下联口采用10/100Mbps自适应即可,上联口需采用1000Mbps接口,以保证交换机和中心管理服务器之间数据传输的通畅。
    3G网关主要是用于将告警信号通过3G网络传输到指定的手机终端上,作为声光电告警的补充方式,及时通知到相关人员,以便对告警时间作出迅速反应。

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