遥视系统的产生和发展

[摘要]遥视系统是电力系统自动化技术发展的产物,是因厂站无人值班和安全运行的迫切需求而产生的。因此,遥视系统一经应用就受到了电力部门的欢迎,并在短期内大面积普及开来。

[关键词]遥视系统 多媒体技术 变电站

一、遥视系统的产生

人类的信息交流已经从单一媒体过渡到了多媒体。多媒体信息主要有四种形式:视频、音频、图形和文本。视频和音频属于连续媒体,相互之间具有隐含的时间关系,必须在一段时间内按特定的速度播放;图形和文本虽属静态媒体,播放速度不会影响所含信息的再现,但必须遵守实时性的要求,并且不同类型的图形和文本信息具有不同的实时性要求。

多年来,厂站自动化系统的人机界面基本上采用以图形和文本为主的静态媒体,通过数据和状态可以刷新的图形和表格,向用户展示厂站的运行工况,帮助运行人员掌握厂站的运行状态,并组织好厂站的安全生产。这种方式的实现原理和技术已经十分成熟,并对厂站的有人值班运行起到了良好作用。

20世纪90年代末期,很多厂家采用了动态着色和动画技术,用以表示强调厂站或电力系统的某种特殊状态,曾经被认为极大地改善了运行人员的视觉效果。

声音/沿音报警和就地的工业电视系统是早期在发电厂变电站自动化中应用连续媒体的实例。当厂站发生事故或异常报警时,厂站自动化系统发出报警提示音,提请运行人员注意并查看监视屏上的报警信息;或者厂站自动化系统直接给出报警类型的语音提示,使报警类信息以最直观的方式传送给运行人员。就地的工业电视系统使运行人员在主控室或集控室就可以观察到现场环境情况,代替了运行人员的现场巡视,特别为在夜晚、恶劣气候条件、恶劣环境条件下和手动操作时监视现场设备起到了较好作用。

20世纪90年代中期以来,特别是在我国城农网改造期间,220kV以下的终端变电站相继进行了无人值班改造。其典型的做法是,在增强一次系统和继电保护可靠性的前题条件下,在变电站增加一套具有较强“四遥”(遥测、遥信、遥控、遥调)功能的综合自动化系统,以达到无人值班变电站的基本技术要求。但是,仅有“四遥”功能并不能支持对变电站环境的监测,如防盗、防火、防爆、防渍、防水、防泄漏等。由于缺乏常规运行环境巡视,人们对变电站的无人值班运行仍然很不放心。因此,很多按无人值班技术要求改造的变电站实际上仍然采用少人值班运行。人们迫切需要在远方的监控中心能监视变电站电气设备的运行环境,并在发现环境异常报警时,采取必要的措施,在远方通过遥控进行处置,以保证电气设备运行的安全性。多媒体技术很好地弥补了这一空白,遥视系统也由此应运而生。

遥视系统应用多媒体视频技术,可以使主站的运行人员直接“巡视”变电站的各种运行设备和各个现场角落,可以使主管技术负责人加强安全生产监督和管理,及时了解现场实况,实施更加科学的生产调度和决策。多媒体音频技术配合视频技术,可以使主站的运行人员“听见”发电厂变电站各种运行设备的声音,从另一个角度判断设备或系统的运行工况;可以通过语音及时反映当前系统的运行异常。应用多媒体技术可以实施发电厂变电站的动力环境监控,如厂站的防盗、防火、防爆、防渍、防泄露监控等。

显然,遥视系统的以上应用特征从技术上为发电厂变电站安全运行创造了条件。

二、遥视系统的发展过程

遥视系统兴起于变电站,并且在短短的时间内在地区电网或集控站管辖范围内得到了飞速发展。

最早,人们仅仅是将某些具有通信功能的安防系统复制到电力系统中。安防系统有几十年的应用历史,其最初的目的也与工业电视系统一样,在一个局域范围内(如一个银行、一个住宅小区)实施安全监视,后来由于有与其他系统连接的需求而增加了通信功能。安防系统在局域范围内的监视效果良好,为后来遥视系统的发展奠定了基础。安防系统的通信功能主要是为近距离设计的,在高速局域网上的通信功能比较完善。但是,人们很快发现复制的安防系统并不适合于电力遥视系统,这主要表现在以下两个方面:一是软件不适合电力生产管理的要求;二是不能很好地适应电力系统中的通信信道和网络。因此,在主站的监视效果显得非常差。痛定思痛之下,国内出现了专业的电力遥视系统,它是专门针对电力安全生产的特点和电力系统当前的条件开发而成的。

根据通信方式的不同,遥视系统的发展大致经历了三代:第一代遥视系统采用电话拨号方式,有的采用电话专线。由于电话信道带宽的限制,图像的编码方式一般采用H.261或H.263,图像的动画效果明显,且图像之间切换困难,使用效果并不好,并且很快被完全淘汰。第二代遥视系统使用了ISDN专线和2.048Mbit/s的E1信道,采用点对点的图像传输模式。由于第二代遥视系统的通信方式非常类似于常规远动系统的通信力方式,因此很快得到了电力部门的认可,并开始广泛应用,至今仍有一些地方按照这种方式建设遥视系统,或在遥视系统中的某一部分采用了这种方式。但是,第二代遥视系统具有至少两次的图像压缩解压过程,因而对图像质量的损伤较大(虽然这种损伤用户可以接受),并且不符合当前的阿络化发展趋势,因此,很快发展了第三代遥视系统。第三代遥视系统采用E1信道和宽带网络进行通信,整个遥视系统实际上就是一个多媒体网络系统。根据是否采用Web方式,又可以将第三代遥视系统分为Web模式和非Web模式。本书主要侧重于介绍第三代遥视系统。

遥视系统的图像压缩标准也经历了三个阶段的变化,对应于第一代遥视系统,采用H.261或H.263标准;对应于第二代遥视系统,采用MPEGl和JPEG标准,也有些地方采用了非标的小波压缩方式;目前流行的第三代遥视系统,采用MPEG-4标准。

视频技术最早在发电厂中的应用是在输煤和制粉车间。而后,视频技术又被应用于锅炉燃烧状态监视和汽包水位监视,以保证锅炉的安全运行。

变电站遥视系统的成功应用刺激了发电厂多媒体系统的发展。按照变电站遥视系统的建设经验,我国很多大、中型火电厂和大型水电厂相继建成或正在建设全厂的视频监控系统。

尽管发电厂中的视频监控系统具有不同于变电站的特点,但是其基本技术仍然沿用了变电站遥视系统的技术,并且几乎是完整地照搬过去的。发电厂的视频监控系统不仅仅只局限在一个厂区的范围之内,而且还向发电厂的生活基地或上级主站传送视频信息,这从本质上来说应该属于遥视。因此,本书仍然采用发电厂遥视系统这一术语。

目前,遥视系统正在与电力自动化系统接口,有些地方已经开始将视频技术融人电力自动化系统中,以电力安全生产为目标、以流媒体为特征的电力多媒体自动化系统正在积极酝酿之中,预计在不久的将来将应用于电力生产实际。