变电站视频监控系统的设计与实现

摘要 采用先进监控技术的研究成果对目前的变电站管理进行改进，逐步实现变电站的无人值守，进而提高电网的管理水平具有重要的意义。本文针对变电站视屏监控系统的实现给出了总体设计方案。

关键词 变电站；视屏；监控

中图分类号TM63 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）54-0021-02

0 引言

变电站作为国家电网的主要组成部分，在国电系统中拥有着十分重要的地位，电力行业的特点决定了变电站所处的地理位置往往较为分散和偏僻，这也造成了作为电力网络组成部分的变电站难以管理和难以进行安全防范。因此，在变电站实现变电站的无人值守、远程管理具有重大的意义。变电站若要真正实现无人值守，需对变电站本身提供必要的安全保障，应对环境状况、关键设备、关键地点等各类对象加以监视，从真正意义上实现变电站的无人值守。

1 变电站监控系统需求分析

1.1 变电站监控系统的结构分析

变电站视频监控系统划可分为3个部分：变电站站端、监控中心、网络传输。系统的总体结构如图1所示。

图1监控系统拓扑图

在现场监控时，系统采集图像、传感器信号，同时完成对云台等相关设备的控制。变电站现场监控结构如图2所示。

图2监控系统站端拓扑图

本系统所采用的数据传输通道为变电站提供的一个E1的光纤通道（2.048Mbps），是应用最广泛的视频监控系统传输通道，光纤通信系统结构如图3所示。

图3 光纤通信系统的结构

监控中心通过以太网接口规范与通讯单元（网桥/路由器）连接，通讯单元通过E1接口规范（G．703）与通信中心相连。在这里，网桥/路由器起到网络适配和流量控制的作用。通信中心的光端机实现电信号与光信号的相互转换，光中继装置将由传输而使光强度衰弱的光信号转换成电信号放大后，再转换成光信号，以便于远距离传输。

1.2 变电站监控系统的总体功能需求

变电站监控系统主要包括以下几个功能模块：实时图像监控、设备控制、报警控制、系统管理。

实时图像监控：与变电站安装在监视区的设备进行配合，对环境进行防盗、防火、防人为事故的监控，对变电站设备如主变、场地设备、高压设备、电缆层等进行监视。

设备控制功能：在非法入侵时，与现场摄像机实现联动；与变电站的计算机监控系统的控制、状态信号相关联，当计算机监控系统发出控制信号或有状态报警时，与其相关联的图像画面应能实现自动切换，并在计算机和录像机中记录报警信息和相应的图像画面。

报警功能：现场报警器可以方便的与各种现场探测器连接，组成安全警卫自动系统；各种探测器可以方便的布防、撤防，并可按时间自动投入或自动撤防。

系统管理：能够设置厂站参数、监控点参数、预置位参数、报警点参数、控制点参数、摄像机参数等，以便用户根据实际需要改变监控方式等功能。

2 变电站监控系统的系统设计

2.1 图像编码方式

变电站视频监控系统在选择图像压缩标准时需要考虑多种因素，如压缩标准对数据传输通道的要求、数据编码码流量的大小、压缩标准在具体应用中的适用性。由于电力系统提供的主要数据传输通道为El信道2.048Mbps)，数据在通信线路传输时会受到一定的随机干扰，通信环境比较恶劣。同时考虑到变电站视频监控系统还需要实现广域网上的Web服务。综合考虑到图像压缩过程中的计算量，编码技术的成熟度，用户的图像质量的要求和系统的开发成本，变电站监控系统采用了MPEG-4压缩算法。

2.2 通信接口

变电站中绝大多数的监控报警设备与变电站监控室的距离都较长，RS-485标准的最大传输距离约为1 219m，最大传输速率为10Mbps。因此在系统中因考虑RS-485接口。系统遥信信号采集及发送通过对带RS-485接口的编码器进行控制以实现对信号的采集和发送。

2.3 C/S模式

目前应用于变电站的多媒体计算机远程监控系统大多数都是基于C/S（客户机/服务器）模式的：在远端监控现场，有若干个摄像机、各种检测、报警探头与数据设备，通过各自的传输线路，连接到多媒体监控终端上，多媒体监控终端是一台嵌入式硬盘录像机。除了处理各种信息和完成本地所要求的各种功能外，系统通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。

2.4 传输协议

变电站视频监控系统中的信息发送和接受主要采用两种信息通道，第一种是控制信息传输通道，通道主要负责监控中心对监控前端摄像机云台镜头的控制命令信息、监控前端到监控中心的报警信息和双方的握手确认信息的传输。云台控制命令和报警信息的数据需要准确无误的传送，所以采用面向连接的TCP协议；第二种是视频数据通道，在视频数据通道中，精确的视频数据要求往往在报警时提出，这一部分的工作由站端的录像功能完成，虽然站端对视频数据的精确性要求相对较低，但对实时性要求较高，故采用了无连接的UDP协议。

2.5 视频监控系统实现方案

视频监控系统在站端由硬件完成对监控图像数据的采集和压缩，监控中心对收取到的视频数据流采用软件还原的方式解压视频信号。在局域网中的任何一台监控机只需要安装相应的监控软件就可以成为监控主机，不需要额外添加硬件设备。这种方案充分考虑到站端集中采集视频信号的特征，以及监控中心多客户机的情况。因此，系统采用了硬件压缩软件解压的方案。

2.6 监控系统数据流

1）视频流：摄像机的视频信号接入视频编码器，每台编码器可同时对十六路视频信号完成单独编码压缩，打包成IP信号同时上传。IP信号可通过IP-E1网桥接入E1网。该网桥采用硬件IP解析实现，E1口和IP口的信号接入，具有小的延时性和高的可靠性；

2）音频流：编码器可提供一路双向语音通道，实现站端和监控中心的语音对讲功能，同时提供四到十六路单向音频通道，主要实现站端各处的监听功能；

3）数据流：各种报警数据及环境动力数据接入环境数据采集器（RTU），环境数据采集器对各种数据进行分析处理，完成对各种设备的控制，并将数据通过编码器上传至监控中心；

4）控制流：控制包括远程控制和当地控制，控制方式都采用RS-485方式。远程控制即通过编码器提供的透明数据通道，由监控中心下发控制命令，控制各种设备。下发的控制命令通过编码器传给环境数据采集器，由其转发；同时监控中心也可下发对编码器和环境数据采集器的设置命令。环境数据采集器完成当地控制功能，如实现报警联动，撤防、布防等。

3 结论

视频监控系统是提高电力系统自动化管理不可缺少的工具。随着技术的不断发展，将不断出现新的技术、新的解决方案。如何提高实施监控的质量、效率以及系统操作的友好性，都需要我们去不断研究。

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