图像监控系统在无人值班变电所的应用

　　无人值班变电所一般都实现了对远方变电所的“三遥”功能即：遥测、遥信、遥控功能。然而，要实现变电所综合全面的自动化管理，如对远方变电所现场环境的实时监视，防盗、防火的及时发现和报警等功能 ，这是目前常规自动化系统还不能实现的。为此进行了无人值班变电所远程图像监控系统的研究开发工作。图像监控作为一种新型的科技手段，在20世纪90年代后期开始应用于电力系统中，该技术的应用为电力安全生产提供了较为有效的辅助作用，它的出现从某种意义上推动了电力系统新管理模式的改革进度。该系统的开发成功及投入运行为无人值班综合自动化变电所又增加了一个重要的功能———遥视功能。

1 设计原则及系统结构

1.1 设计原则

　　目前，监控系统现有的产品大多为集中式的楼宇或工业生产的图像监控设备，其监控地理区域小，监视点相对集中，视频信号的传输距离在300m以下，因而可采用视频电缆进行模拟方式的传输，而且对视频信号本身不需加任何处理。而变电所则正好相反，不仅分布较散，而且距离较远，一般在几公里至几十公里以外 ，已远远超过了视频电缆的传输能力，采用模拟方式传输视频信号显然是不现实的，因而必须首先将视频信号数字化，然后再通过数字或模拟通讯网进行传输．

　　在系统设计时，着重加强系统的安全性、可靠性，也考虑到经济合理性，主要按如下原则进行设计：
（1）实用性。即设计时重点考虑系统的实用性，注重系统的综合能力和总体性能。
（2）稳定性、可靠性。在设备选材时，选用技术先进、成熟、运行稳定可靠并在电力行业中应用业绩良好的设备作为系统的组件。
（3）开放性。考虑到系统投资的长期效益，设计与选型时注重系统的开放性，即图像监控系统中各产品必须符合国际标准、工业标准及有关国家标准和行业规定等，满足系统的可扩展性和可移植性。
（4）先进性。系统采用先进的图像压缩技术和网络传输技术，既能反映当今技术的先进水平，又具有一定的生命周期，保证系统的长期稳定运行。
（5）标准化。系统完全按照标准进行设计，包括设备造型标准化、信息格式标准化、系统开发标准化等 。

1.2 系统结构

　　图像监控系统主要是运用多媒体数字压缩和多路复用技术，通过摄像机扫描现场图像，利用光电信号转换和多媒体技术，使图像视频信号压缩转换为数字信号，通过点对点和多点对一点的网络拓扑方式，以我局现有的光纤信道为传输介质，将远方图像信号以多路复用的方式传送到各操作站及局监控终端（见图1 ）。

我局考虑到变电管理的实际情况，将图像监控系统分成以下三个主要部分：
（1）远程变电所子系统

这是图像监控的终端系统，基本组成见图2，安装在变电所终端的设备主要由摄像机、双向音视频采集终端、报警探头、音频设备、输出控制设备以及必要的网络设备等组成，主要完成对图像信息的采集、压缩编码及发送．
（2）操作站子系统
该系统主要安装在操作站端，由双向音视频监控终端、音频设备、可视对讲设备、报警提示录像设备及相应的辅助设备等组成，完成对图像信息的解压接收，实现对所辖无人值班变电所的日常巡视、监控。如图3所示．
（3）主监控子系统
该系统由系统主站端、监控中心、局领导办公室以及相关处室等组成，主要实现对所有变电所的总体监控。其中的配置分别为：
1）主站端：图像系统服务器、双向音视频监　　控主机、可视电话对讲设备、路由设备及一些必要的网络组件等。
2）监控中心：双向音视频监控主机、可视电话对讲设备、报警录像设备以及报警语音提示设备等。
3）局领导办公室以及相关科室：在领导及相关科室计算机上，安装相应的图像软件、图像解压卡以及可视电话对讲设备等。

2 设备选型

　　图像监控系统作为实时传送图像及报警信息的系统，与其他实时系统一样，在设备选型上都必须坚持质量先进、稳定可靠及运行寿命长的设备作为系统的重要部分。在实际应用中，充分考虑了电力系统变电所恶劣的运行环境，对系统进行了多次的改进完善，在设备选用上也经过了慎重的考虑。主要设备性能配置如下 ：

（1）摄像机。作为图像采集的前端部分，我局选用了国外先进的彩色摄像机，其优点是：自动调焦、镜头倍数高（光学22倍×电子8倍）、带多个镜头预置点（255点）、分辨率高（线数≥480）、图像画面灰度大于8级、逆光补偿性能好且抗干扰强。同时摄像机外罩具有全天候能力，不受气候影响．
（2）报警设备。采用高质量、低误报率，且支持485通信的报警探测器。报警控制主机的报警响应及时准确且具有联动报警装置输出接口，如警笛、声光等。
（3）终端主机。采用图像编码器代替原有的工控主机，有效地预防了当地监控主机Windows操作系统运行不稳定的现象。
（4）其它。视频、控制及电源电缆具有防火抗燃、抗拉伸性能；整个系统具有防雷、抗感应保护。系统采用交直流主备电源供电方式，保证了系统的可靠稳定性。

3 功能实现

图像监控在无人值班变电所的应用，主要实现了以下功能：
（1）远程监视。在变电所端，摄像机采集的图像信号，通过图像采集终端进行压缩编码成为数字信号，再经过光纤网络传送至局MIS网，使图像信号在网络上实现共享，各监控站通过网络对图像信号进行软解压或硬解压；即可实时调用远方变电所端的图像信息。

（2）安全监测。当变电所发生异常情况（如：非法闯入、火灾等）时，安装在变电所的红外防盗探头或烟感探头便会向报警控制器发出报警信号并汇报报警发生的地址，此时报警控制器通过图像终端主机立即切换事故发生点的图像画面，同时开始就地录像并自动向监控端报警。

（3）信息交互。将图像系统音视频信号网络共享化后，通过各变电所的摄像机、音视频输入输出设备等多媒体工具，可以对当地的视频信号和声音信号进行交互采集，监控主机只要加装多媒体视频卡，通过对信号的解压，便可调用图像和声音。

（4）系统自检。通过图像控制主机定时对摄像机、报警器等主要设备发送监测信号，以检查设备的运行情况，判别设备的正常与否。同时网络服务器定时发送广播信号，通过回应信号的接收情况判断整个网络各个站节点的工作情况，如发现故障立即启动报警程序，并在画面上提示故障信息。

（5）多画面显示。通过对变电所的图像采集终端加装画面分割器等设备，可以实现多路图像信息同时上传而互不干扰，同时在监控站端采用软解压的方式，对图像信号进行解压分频，实现了多个不同画面同时实时显示的功能。

（6）使用权限划分。利用软件技术实现权限划分，同时提供各处站点监控主机的使用权限和控制权限的设置功能，以及各操作人员的连接权限、控制权限和管理等级等设置功能。监控系统对使用者的权限进行优先级管理。

4 安装使用经验

　　安装在变电所的图像监控设备主要有：彩色摄像机、烟感报警器、红外防盗报警器、户外照明灯及当地监控主机等。该工程安装工作量大、难度系数高、危险性强，安装地点主要在变电所的主控室、开关室、电容器室、电缆层以及户外设备区、大门口等重要监控点上。因此，系统的日常安装调试工作也相对比较困难 ，如设备安装时必须考虑带电安全距离，防止由于高压带电设备对图像设备放电而带来的安全隐患等。还应做好切实的防雷接地及抗干扰等工作。以我局为例，安装在变电所的图像设备其控制、视频等线路都进行了过压保护措施，如采用光电隔离器等。到目前为止，已实际安装该系统的站点达32座变电所、4个220 kV操作站及10个监控用户终端。

　　与其他实时系统一样，图像监控系统在日常运行过程中，同样也存在着或多或少的缺陷与不足点，如户外摄像机外罩防尘措施不足，图像显示效果受网络通道、编码技术等多方面因素的约束等。这些都需要在系统的实践应用中探索思路，改进完善。

5 系统运行分析

　　图像监控系统采用先进的视频信号数字化压缩编码技术，不仅可将远方变电所的图像和火灾、防盗报警信号传送至监控站和操作站，还实现了三者之间的视音频信号双向传送，增加了可视对讲功能。同时利用我局现有的100 m高速光纤通信网实现了图像信息的高速传送，图像实时性好、画面质量高。

　　图像监控系统的投入使用，为真正实现变电所无人值班起到了非常重要的作用。

5.1 预防事故的发生及扩大

　　通过监控中心、操作站能清晰监视变电所重要电气设备的运行情况及户内、户外各场地的环境，包括变电所入口、道路、设备等；及时发现运行设备的异常情况，以便采取及时有效的措施，防止事故进一步扩大 ，使经济损失减少到最低程度。例如，当某变出现控制回路断线信号时（该信号是一个多个间隔的合并信号），可以作为辅助判断工具，通过摄像机查看哪一只开关红绿灯不亮，从而判断出是否真的出现故障以及出现故障的具体开关位置等。同时该系统还在软硬件上提供了可供多个监控用户同时监视以及多个实时画面同时显示的功能，这样既方便了多个网络监控用户同时或分时监视不同变电所的需要，又不影响通道对图像信息的传输。

5.2 加速事故处理减少停电损失

　　无人值班的变电所，防盗、防火工作是极其重要的，其它系统很难做到这一点，而图像监控系统系统却做到了警视联动的功能，我们可以对已安装在变电所的各个报警探头（包括红外、烟感等）按要求进行定时或手动布撤防，这样一旦变电所内发生防盗报警或消防报警时，该系统不但能及时向操作站及监控中心提供报警信息，还同时传送报警图像，报告值班人员有关事故的概况，值班员可立即根据情况做出处理决策。这样便大大缩短停电时间，减少停电损失。

5.3 为事故分析提供可靠的依据

　　当变电所发生防盗防火报警时，该系统能迅速自动地将图像切换到发生报警的探测器相应的位置。并自动启动录像系统进行事故追踪录像自动存盘，系统的事故追忆功能和事故顺序记录功能，将事故情况精确记录下来，可以通过对报警录像的提取回放，进行事故原因的调查分析，为事故的处理提供了现场第一手资料 ，给事故分析带来了极大的方便和可靠的依据。

6 结语
　　远程图像监控系统项目的实施，解决了变电所自动化“三遥”以外新的需求———遥视需求，使变电所自动化水平又上了一个新的台阶。经过几年来的系统运行，远程图像监控系统运行稳定、可靠、信息准确，图像监控系统的远方巡视、远方核查、安防报警和多媒体交互等功能，提高了变电站的防事故、防误操作、防盗、防火能力，使值班人员和相关领导能及时准确地了解无人值班普电所的现场情况，对操作情况进行全过程的监视和核对，对重点区域进行全方位的防盗防火预警，为工作人员提供了一种很好的辅助工具，从而大大降低了无人值班变电所的日常巡视、检修等费用，产生了良好的社会效益和经济效益。