变电站图像监控系统技术解决方案档

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1、变电站图像监控系统技术解决方案1 总论1.1 概述近年来，随着电力系统管理体制的深化改革，变电站的自动化技术也不断进步。目前， 很多变电站，特别是 110KVA 以下变电站已逐步实现无人值守。对于变电站，除了常规的 自动化系统之外，视频监控系统已逐步成为为无人值守变电站新增的而且是一个十分必要 的自动化项目，是其他自动化手段不可替代的。 各地供电公司的信息网络，在近两年内有 了长足的发展，利用信息网络平台，实现变电站的视频监控成为电力系统探索这一新课题 的出发点。随着计算机网络技术和数字视频通讯技术的发展，建立一个统一信息平台的集 中管理式变电站视频监控系统，将在电力行业日常工作和生产管理上发

2、挥着越来越大的作 用。实践证明，基于统一信息平台视频监控技术已日臻成熟，产品在功能、性能和价格上 已经进入到普及应用阶段。图像监控一直是人们关注的热点应用技术，以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛 应用于许多场合。随着数字视频压缩技术的日益成熟及计算机网络技术的发展，为远程图 像监控技术提供了条件。就图像监控发展的过程而言，大致可分为三个阶段：模拟图像监 视、数字化图像监控、网络化多媒体监控。先进的多媒体监控系统应具备以下特点：高清晰度的图像压缩方式：要求图像解晰度能达到 720576（这是图像信息量，采用 压缩方式越先进，同样带宽下图像解晰度越高） ，并能在计算机显示器上以满屏 102476

3、8 分辨率、32 位真彩色还原出逼真图像。全速动态的显示效果：在通道允许的情况下，图像能以 25 帧/秒速率显示，图像没有 动画感，流畅生动。传输接口符合国际标准，与国内外通信厂家生产的通信设备和网络传 输链路相兼容，便于监控走向更广域的范围，不受地理条件的限制。高效、可靠的视音频信息存储功能：影音信息可以用硬盘、光盘等方式记录，并与各 种回放介质（如 DVD、VCD 等）兼容，便于在不同设备上进行检索和播放。人工智能图像报警，可以在任意现场画面中对任何物体设防，并可与传统的报警控制 系统实现无缝连接。系统建设具有可扩展性，便于不同系统之间互联，也能灵活、方便地 增加监控点数目和摄像机数目；在

4、地区内各县级监控中心之间，省内各地级监控中心之间， 各地级监控中心与省级监控中心之间，能通过网络互联互通。我公司所设计的系统，根据当前系统技术的发展趋势-开放系统结构和在这个大趋势 下产生的系统设计思想而开发的。它是一个性能可靠、技术成熟、功能完善的分布式网络 结构和面向对象的软件设计系统，能方便的与其他网络系统，如综合自动化系统、RTU、门禁系统及信息管理系统（MIS）互联互动。具有良好的标准性、开放性、集成性、安全 性、可扩充性及可维护性。1.2 实现变电站视频监控必要性常规意义上的三或四遥系统，是调度自动化的主要内容；它们是实现变电站无人值守 的必要条件。但仅仅依靠调度自动化的现有技术手

5、段，实现变电站的无人值守是不完善的， 这是因为变电站是重点电力生产场所，安全要求非常高，为了保证安全，应对环境状况、 设备运行、文明生产等各类情况加以监视。特别是要防范火灾、爆炸、泄露、失窃以及恶 意破坏等，对安全生产构成极大威胁的情况加以监视。只有这样，才能切实提高实行无人 值守之后的变电站的安全水平。 以视频监控为核心的环境监控系统，它可以包含各类报警 信号（如红外、运动、门磁、声音、震动、微波、温度、湿度等） ，经中央单元的处理，进 行视频录像，并联动各类行动输出（如警号、锁具、消防设备等） ，经过进一步开发，可以 较好地应用于无人值班变电站。对于常规的视频监控系统或者叫工业电视系统，不

6、具备上 述功能，使得它不适用于变电站的视频监控；此外，它的信号传输范围有限（通常为一公 里范围内） ，并且需要有专人负责操作和管理；而变电站数量多、分布广，每个变电站安装 一套工业电视系统并安排专人值守有悖于无人值守的初衷。因此，将一个地区的数个甚至 是几十个变电站，通过网络远程视频监控手段统一管理起来，建立一个集中式的视频监控 系统是解决变电站视频监控的合理方法。1.3 变电站视频监控系统的主要用途变电站视频监控系统的主要用途：即用于安全防范、环境状况和对付自然灾害等；视 频监控系统与具体的生产设备无关，而监测的只是变电站的环境和图像参量，因此它的应 用范围相当广泛。1.视频监控系统对变电站

7、存在大量的常规仪表、计量设备和室内外设备，在调度或集中监 控中心对其进行直观监视。过去由于没有可视手段，对于常规仪表、计量设备的读数以及 设备外观状况无法进行观测、比较以及校验。有了视频监控系统，上述工作将成为可能。 这些都有助于无人值班变电站的安全生产工作。2.对于变电站的设备检修工作或事故处理过程，视频监控系统还可以提供视像通信和录像 记录手段，对设备检修或事故处理过程可以提供远端指导，并对事后分析事故原因和事故 处理过程，提供可靠的依据。3.对于每一次大型的设备检修标准化作业，其过程都是一部很好的生产培训资料。有了变 电站网络远程视频监控系统，培训工作可以在任何一个远程终端实时收看以及进

8、行研讨， 增强了生产培训效果，提高培训工作效率。并可将其录像保存，制成多媒体培训教材。1.4 变电站视频监控系统的组成变电站视频监控系统主要由三个互相衔接的部分组成：变电站现场设备（或简称分站 设备） 、通道传输设备和调度/集控站、供电公司集中监控终端（或简称主站设备） 。现分别 加以介绍。 1.4.1 分站设备主要由前端设备和视频编码压缩服务器组成。前端设备，如监控摄像机（彩色或黑白、 固定或活动云台、定焦或变焦） 、各类报警输入/输出装置与传统工业电视所使用的设备完 全一致。因此分站设备的核心是视频编码压缩服务器，它主要完成将变电站摄像机摄取的 视频信号数字化并压缩，经通信通道传输到主站端

9、。同时它还完成对摄像机控制信号的输 出、报警信号的采集、处理和对行动输出的控制。1.4.2 通道传输设备远距离传输起到连接变电站和监控中心的桥梁作用，也是系统最关键的组成部分，传 输系统的性能直接决定着系统监控中心图像和数据的质量。这部分设备要根据通信通道选 取。众所周知，现场摄象机采集到的模拟信号是不能直接在网络上传输的，必须先数字化； 而每秒 25 帧的彩色活动图象在数字化后约需 67Mbps 的传输带宽，目前只有在光纤上才能 实现传输，其浪费是显而易见的。在有限的带宽下（通常为 2M）实现远程图象实时监控， 就必须对图象进行压缩。 现对常用的数字传输方式和在网络上的传输作简单介绍。目前，

10、远程图象监控领域的传输方式有三种：1.局方提供由各监控站到监控中心的直接光纤接口，1 条光纤对应 1 个监控站 2.局方提供由各监控站到监控中心的 2M E1（G.703）接口，1 个 2M 接口对应 1 个监 控站3.局方提供各监控站到监控中心的 TCP/IP 网络连接 前两种对线路都有独占性，随着 网络的发展，城域网、宽带网等建设步伐的加快，TCP/IP 网络将以其高速、共享、资源丰 富等特征成为未来各行各业信息传输的介质。上述第一种做法虽然可以获得失真度最低的图象效果，但必将因资源浪费而被淘汰。 针对 2） 、3）两种传输方式，普遍采用的系统解决办法是：采用会议电视用压缩及传输卡，由于其

11、通常用于双向通信，且开会时时间不会太长。 在用于 24 小时监控时往往不稳定。采用一体化压缩传输主机，体积较小，安装方便，但是在传输上局限于点对点，在多 级控制中配置较为复杂。视音频实时压缩部分选一款用于制作 VCD 的编辑卡，传输部分则利用编辑卡提供的 开发包将压缩的信号流在网络上传输并进行流量控制。VCD 编辑卡通常面向普通用户，用 于实时监控质量不佳，且外加传输软件，影响系统稳定。 网络上传输的方式主要有以下几种：点对点：采用 TCP/IP 或 UDP 网络协议，实现两台计算机之间视音频 传输，同时提供 两个透明串口（RS232 或 RS485） ，用于摄象机、画面分割器控制和其他信息传

12、递。 广播：采用 UDP 网络协议及网络广播技术（IP Broadcast） ，服务器将采集到的视音频 信号实时向网络上广播，凡安装有回放软件计算机均能实时接收视音频流，并能实施控制。组播：采用 UDP 网络协议及组播技术（IP Multicast） ，服务器将采集到的视音频信号 以设定好的组播地址实时向网络上广播，凡在同一组内安装有回放软件计算机均能实时接 收视音频流，并能实施控制。此方案能有效降低网络流量，避免广播风暴，对网络上其他 数据传输不产生影响；同时可有多个不同分组在同一网络进行广播交流。但在电力系统主要的传输方式是 E1 线路传输方式： E1（2M 速率）组网适用于要求 图像传输

13、的大型局站监控，而且局方有丰富的传输资源。各个远端被控局的图像和数据通 过一条各自独立的 E1 线路进入到分控中心和集中监控中心构成的 TCP/IP 网络（可以是 电力公司的 MIS 业务网络） 。在远端变电站的图像压缩设备将监控图像编码压缩，并打包 为 IP 数据包，透过 E1 线路进入电力公司的 IP 以太网，在分监控中心和集中监控中心由 图像处理设备（PC 机）选择变电站的图像进行解码输出，送到监控中心进行处理。这种 方式的优点在于传输的可靠性高、实时性好、图像质量高。可以用光传输 SDH/PDH 中的 E1 接口，节省资源。由于监控网络全部采用 TCP/IP 协议，故在 E1 线路两端

14、还必须安装 线路终端设备将 E1 接口转换为 10BAST 或 100BAST 接口设备。采用 TCP/IP 网络传输 时，当需要增加监测变电站时，只需要增加变电站的前端设备，在监控中心不需要增加相 应的图像处理设备，增加了扩展的余地。1.4.3 主站设备简单的主站仅仅由一个或数个监控终端组成，它们往往以分时形式完成一对一或一对 多的视频监控任务。复杂的主站设备包括报警数据库服务器、数字录像数据库服务器以及 多个监控终端和大量的辅助监控终端，这种构造更符合集中式（对于变电站来说）和分布 式（对于监控终端来讲）的原理并且可以方便地建立分级监控体系，是变电站视频监控系 统未来的主流发展方向。2 系

15、统设计2.1 范围本次方案所设计的远程图像监控系统，是以一定数量的可相对独立的变电站图像监控 系统为基础，采用逐级汇接的树型网络拓扑结构的多等级的图像监控系统，其等级的设置 适合于无人值守变电站设备运行、维护和管理的要求。远程图像监控系统是为配合变电站实现无人值守而增设的电网辅助监控系统。技术规范书规定的电力远程图像监控系统的技术要求，是设计和实施电力远程图像监 控系统的技术依据。2.2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本技术解决方案书中引用而构成为本技术解决方案书 的条文。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GBJ115-87 工业电视系统工程设计规范

16、 GB50198-94 民用闭路监视电视系统工程技术规范 GB12322-90 通用性应用电视设备可靠性试验方法 GB12663-90 防盗报警控制器通用技术条件 GB 4798.4-90 电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用 GB 2423.10-89 电工电子产品基本环境试验规程 IEC364-4-41 保护接地和防雷接地标准 GB8254-88 信息技术设备无线电干扰极度限值和测量方法 GB/T 13926.n-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性 ITU-T H.320 窄带电视电话系统和终端设备标准 ITU-T H.323 网络电视电话系统和终端设备标准 CCITT G.703 脉冲编码调制通信系统网路数字接口参数标准 YD 610-93 PCM 基群信令接口设备技术要求和测试方法 IOS/IEC II172 MPEG-1 视频编解码标准 IOS/IEC 13818 MPEG-2 视频编解码标准 ISO/IEC 14486 MPEG-3 视频编解码标准 ITU H.261 关于 p64kbit/s 视听业务的视频编解码标准 ITU H.263 视频编解码标