无人值守变电站视频监控系统深度解析.pdf

第 2 0卷 Vo 1 2 0 第 l 4期 NO 1 4 电子 设计 工程 E l e c t r o n i c De s i g n En g i n e e r i n g 2 0 1 2年 7月 J u 1 2 0 1 2 无人值守变电站视频监控 系统深度解析 职 伟 ( 河南省新 乡县 电业局 河南 新 乡 4 5 3 7 3 1 ) 摘要 ： 文 中提 出了将变电站视频监控 系统与周界报 警 系统 、 消防系统和 门禁 系统通过全面布防、 相 互联动进行整合 ： 用 宽带代替 2 M 光纤大幅度提高传输信道的带宽 。 解决窄带宽引发的瓶颈问题 ： 数 字信号和视 频信 号在传输 中的抗干扰 措施。变电站视频监控 系统 经过这些改造 ， 功能将更趋完善 。 运行更加稳定可靠 才能实现真正意义上的无人值 守。 关键词 ： 视频监控 ； 传输信道 ： 抗 干扰 ；无人值 守 中图分类号 ： T M7 6 4 2 文献标识码 ： A 文章编号 ：1 6 7 4 6 2 3 6 ( 2 0 1 2 ) l 4 0 0 8 8 一 O 3 The i n-d e pt h a na l y s i s o f v i de o mo n i t o r i ng s y s t e m f o r u na t t e n de d s u bs t a t i o n ZHIW e i ( He n a n Xi n x i a n g C o u n t r y P o we r S u p p l y Bu r e a u， Xi n x ia n g 4 5 3 7 3 1 ，C h i n a) Ab s t r a c t ： r l i s p a p e r a d v o c a t e s i n t e g r a t i n g t h e s u b s t a t i o n v i d e o mo n i t o ri n g s y s t e m w i t h p e ri me t e r a l a r m s y s t e m fi r e f i g h t i n g s y s t e m a n d a c c e s s c o n t r o l s y s t e m t h rou g h f u l l d e p l o y me n t a n d i n t e r - l i n k a g e ，a d o p t i n g b r o a d b a n d i n s t e a d o f 2 M fi b e r t o i n c r e a s e t h e b a n d w i d t h o f t r a n s mi s s i o n c h a n n e l b y a wi d e ma r g i n a n d S O l V e t h e b o t t l e n e c k o wi n g t o t h e n a r r o w b a n d wi d t h a n d t h e a n t i - i n t e rf e r e n c e me a s u r e s o f v i d e o s i g n a l s a n d d i g i t al s i g n al i n t r a n s mi s s i o n e s u b s t a t i o n v i d e o mo n i t o ri n g s y s t e m f u n c t i o n s mo r e p e rfe c t l y ， R i B S mo r e s t a b l y a n d rel i a b l y ，a n d a c h i e v e s t h e r e al me a n i n g o f u n a t t e n d e d b y t h e r e f o rm a b o v e Ke y wo r d s ： v i d e o no n i t o r i n g；t r a n s mi s s i o n c h an n e l ；a n t i i n t e r f e r e n c e ；u n a t t e n d e d 经过多 年的建设 ， 目前 电力系统 无人值 守变 电站 普遍 存 在的问题是 ： 用 户在变 电站 已实施 了部分视频 监控 、 环监 测 和综合 报警系统 ， 但 大多 分步 、 分批实施 ， 系统各 自独立运 行 甚 至每套 系统都需要独 立的管 理人员 ， 很难做 到多 系统 的综 合监控 、 集 中管理 ， 无形 中降低 了系统 的高效性 ， 增加 了 系统 的管理成本 。 另外 ， 大多数 信号传输子 系统采用 2 M 光纤 ， 那么 在远 程监控 中心 ， 每个变 电站每次 只能查看一 路图像 ， 无法 同时 监 测变电站所有的画面。而流媒体服务器可连接 l 一 1 O o o台 视频 网络编码 器 。 并 支持 】 2 0 0个并发用 户 ， 强大 的视 音频 流转发功 能因为信 道的瓶颈而无法发挥作用 ， 一边又是用户 的实际需求 ， 所以信道 的整改 ， 也是我们迫在眉睫 的事情。 视频图像直接利用同轴电缆的 0 6 MHz 来 传输 非常容 易受 到干扰 使 图像 出现网纹 、 横纹和 噪点 造成视频 图像 质 量下 降、 系统控制失灵 、 运行不稳定等现象。因此了解 干扰 对 视频 监控系统的影响方式 ， 针对不同情况采取相应 的措施 来 解 决 干扰 问题 对提 高视频监控 系统工程 质量 ， 确保 系统 的 稳定 运行 非常有益 。 1 无人值守变电站视频监控 系统 无人值守变 电站视频监控 系统【l J采用分布式的系统架构 ， C ， s体 系结构 ， 基 于 T C P ， I P 翻 网络平 台 ， H 2 6 4压 缩标 准的嵌 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 1 - 0 8 稿件编号 ： 2 0 1 0 1 1 0 2 5 入式 网络编码器提供视频服务。图像视频信号由视频网络编 码器采集压缩成数字信号 ， 经 E 1 接 口传输到主站系统 。 主站 系统采用 流媒体服 务模块将视 频流通过 以太 网转 发 到请 求 连接的工作站上 视频监控模 块将视频流解压缩后在 工作站 上进行播 放3 1 。 按 功能划分为前端信号采集处理子系统 、 信号 传输子系统和远程监控子系统 。 2 整合 多系统的无人值守方案 根据我局近年来无人值守变 电站 建设 经验 无人值守 变 电站应该是 以视频监控 为主 ， 以动力环 境监测 、 综合 报警 处 理和门禁控制信息为铺嘲 。 2 1 视频监控 系统 1 ) 从全局 出发 ， 设置足够 的监控点 ， 但力求精简 。监控系 统最重要 的作用 就是 能够准确 、真实地反 映 出现场环 境条 件 。 设 备运行情 况 ， 对重要设备 区 ， 重要通道 ， 出入 口， 周围边 界 要设 置足够的监控点来实现。但监控点 的设 置也非多多 益善 ， 当少量监控点 已经能够反 映出现场 情况时 ， 再设 置过 多 的监控点非但 没有必要 ，反而会增 加系统 的成本 和复杂 度 ， 降低可靠性 。 2 ) 设置好布防区域和一体化智能球机 。视频监 控系统与 报 警系统实 行联动时 ， 需要 设置布 防区域 ， 即移动 目标侦 测 点。布防 区域过大 ， 摄像机要全面监控显得有难度 ； 布防区域 过小需 要安装过多的摄像机 。 增加 成本 和施工难度 。室 外监 作者简介 ： 职 伟 ( 1 9 7 l 一 ) ， 男， 河南新 乡人 ， 工程师 。研究方向 ： 电力 自动化。 - 8 8 - 职 伟 无人值守变电站视频监控 系统深度解析 控 我们 一般选取一体化智 能球 机 ， 它具有体 积小 、 外形 美观 、 功能强大 、 安装方便 、 使用简单 、 维护容 易等特点 。所谓 球机 的预置功能是指智 能快球能将当前状态下云 台的水 平角度 、 倾 斜角度和摄像机镜 头焦距等相关参数储存到存储 器 中， 需 要 时可 以迅速调 用这些 参数并将 云 台和摄像 头调 整至该 位 置。球机的首方位是在一段时间内无人移动摄像机时 自动 回 归的位置。防止摄像机 因为监控人员的来回移动而偏离监控 区域 ， 使 硬盘录像 没有意义 。系统应设置 球机 的首方位 或预 置点为相应 的布 防区域 ， 这样发生报警 时 ， 摄像机快 速 回归 ， 启动报 警录像 ， 准 确而全 面地记录 下全过程 ， 便 于我们 13后 分析。 2 2周界报警 系统 变电站内的周界报警系统一般采用 以下设备 ： 红外对射 、 高分贝警笛 、 电子围栏等 ， 并与图像监视系统进行智能联动。 红外对 射应用 比较普遍 ， 当有 人翻越 围墙 ， 挡 住红 外线 时 告警接点 即闭合报警 。 例如一段 1 0 0 m 的围墙 ， 需要设置 3 对 红外对射 ， 每隔 3 O多米为一个布 防区域 。在围墙栅栏上 端安装 时 ，最下 一道光束 与 围墙 、栅栏顶端 间距 应不 大于 2 5 0 m m， 安装在外侧时， 与围墙、 栅栏外侧间距应不大于 1 7 5 mm， 避免盲 区。间距 过大 ， 人为可 以人侵 ， 间距过小 ， 野 物行走时 会发生频繁误报 。 变 电站配置 1 2个高分贝警笛 ， 作用是当 防盗装 置告警 时 系统联动高分贝警笛 ， 使得盗贼知道 防盗 系统已启动 ， 吓 阻其继续进行盗窃活动。 红外对射易受环境 和天气 变化影响产生误 动报警 。 长期 使用后 其发出的红外线会逐渐 衰减 ， 也容易 引起误 动报警 。 我局 变电站周 界报警采 用 电子围栏 通 过产生低 频高 压脉 冲 ， 震慑和防止犯罪分子入 站行 窃 ， 因电子 围栏 产生高压 ， 人 们在翻越 围墙 时可能被电击后跌落 ， 因此必须得 到公 安部 门 的许可并通过其 验收 ，同时在其周 围设置醒 目的警告标 志 ， 它的设置 已收到了 良好的效果。 2 3消防报警 系统 在改造 的变 电站 中， 一般都 已经装备 消防系统 ， 为 了有效 地利用 原消防资源 ， 同时发挥视频监控 系统 的长处 ， 一般尽量 在重点 消防部位装设摄像 头，通过安全视频监控系统与消防 系统实现串 口通信来实时获得 消防系统 的告警情况 ，通过与 图像监控系统的联动 ， 及时监视和记录消防告警 的情况。 2 4门禁 系统 目前无 人值班变 电站 的操 作和运 行管 理一般 都 由操作 队或者监控 中心负责。运行人员每次去操作或者巡视都要从 监控 中心或操作 队去取钥 匙 ，即使遇到紧急情况 也需如此 。 采用安全视频监控 系统以后 。借助先进的 门禁管 理系统 ， 只 需一张 I C卡便可 以解决所有 的问题 。并 可通过权 限和时限 的配 置 ， 设 置运行 人员及管理 人员 开门 的权 限 ， 事后还 可 以 方便地检索人员到站的情况。与消 防系统联动 ， 发生火灾 时 ， 出人 口大 门应能 自动打开 。 单 的视频监控 系统、 周界报警 系统 、 消 防系统 、 门禁系统 的作用是有 限的 ， 只有进行整 合 ， 使各 系统相互补 充 、 相互配 合 、 实现联动 ， 才能最大程度地发挥 系统 的优 势 ， 真正成为安 全视频监控系统 。 3 传输线路 的改造 目前 很多变 电站都 自己铺设 或租用电信的 2 M 光纤来 传输视音频信 号 ， 利用 网桥 的 E1 12 I 桥接广域 网与局域 网 ， 这 样受 带宽约束 ，工作站每次只能发起一路 图像的连接请求 ， 用户 需要频 繁地切换 ， 或分割窗 口来进行 全局监控 ， 效 果不 甚理 想。而流媒体服务模块可 以转 发大量的连接 ， 却受限于 窄带 宽而无法满足用户 的实 际要求 。 随着 国家对电网建设的大力投资 ， 已经有变 电站实现 了 宽带 连接。这种情况下 ， 我们的传输系统在物理 上可以去掉 网络 桥接器 ， 从视频 网络编码器出来 的数字信 号直接通过 以 太 网传输到主站系统 。信道带宽 的大幅度 提高 ， 缓解了之前 的瓶 颈状态 ， 用户 可以同时查看所有变 电站所有 摄像机 的图 像 真正实现了全局 监控5 1 。 4 变电站视频 监控 系统抗 干扰方法 一 般来说干 扰主要通 过视 频同轴 电缆 和传 输控 制信号 的双 绞线耦合进 系统 。主要干扰源有： 高频 噪声 干扰 ， 比如大 电感 负载启 停 ； 各点接 地电位不 等引入 的工频干 扰 ， 特别在 变电站工频干扰较严重 ； 平衡传输线路失衡使抑 噪能力下降 将工 频干扰转成 了差模干扰 ； 传输线上 阻抗不 匹配造成信号 的反 射使信号传输质量下 降； 静 电放 电沿传输线 进入设备造 成接 口芯 片损伤或损坏 。 4 1 数字信 号传输 中的抗 干扰措施 变电站视频 监控 系统的数 字信号传 输通 常通过 工业标 准的通信网络进行传输 ， 比如 R S 2 3 2 、 R S 8 4 5 、 R S 4 2 2 。在这里 重点讨论 R S 4 8 5数字通信抗 干扰方法 。 R s 4 8 5总线是采用差分 平衡电气接 口， 具有 较强的抗 电 磁 干扰能力 ， 但在实 际工程 中 R S 4 8 5总线并未达到人们期望 的效果 。问题往往 出现在 以下几个方面 ： 1 ) 网络拓扑不 合理 未按 照总线 型 网络 拓扑布 线 ， 而成 为了星型拓扑结构 ： 2 ) 传输 线与接收和发送端设备连接 不正确 ， 削弱 了平衡 线的抗 干扰能力 ； 3 ) 公用 双绞线未进一步采取抗干扰 措施 ， 比如采用屏蔽 双绞线 ； 4 ) 双 绞线 线经太细 ， 传输距 离太远 ， 导致阻抗太大 ， 造成 压 降。 4 2 视频信 号的抗干扰 视频信号的干扰在图像上表现为雪花点和 5 0 H z 横纹滚动。 对 于雪花点 干扰是 由于传输 线上 信号衰减 以及耦 合 了 高频干扰所 致 ， 这种 干扰 比较容 易消 除 ， 在 摄像机 与控制矩 阵之间合理位置增加一个视频放 大器 ， 将视 频信号的信噪 比 提高 或者 改变视频 电缆 的路径 避开 高频 干扰源 ， 高 频干扰 一 8 9 - 电子设计工程 2 0 1 2年第 l 4期 的问题可基本上得到解决。 较难 解决 的是 5 0 Hz 横纹 滚动及 进一步加 入 的高频 干 扰的情况 。对 于 5 0 H z的横纹滚动根据电磁学理论知道视频 电缆 的屏 蔽层可完全消除 5 0 Hz 工频干扰 ， 只需要购 买屏蔽 效果好 的视频电缆。对于 图像 的高频干扰 ， 因它 的频 带仍 在 8 M Hz内， 采用空隙率为 5 0 左 右的屏 蔽网可基本 消防高频 干扰 ， 但要达 到 5 0 的空隙率 ， 屏蔽 网根数需 每个波长 长度 有 6 0根 以上 ， 这样高 的密度又会使 电缆 的柔 韧性下降 比较 好的方法是采用带 有双层屏蔽 的视频 电缆 。 这样会增加系统 成本 ， 我们 在无 人值 守变 电站监控系统 的建设 中采用 视频双 绞线传输方式 ， 很好地解决 了这一难题。 5 结束语 经过信道整改 、 抗干扰处理及多系统融合 的无人值守变 电站监控 系统 ， 解决 了无 人值守变 电站 自动化 “ 四遥” 以外 新 的需求遥视需求 ， 使变 电站 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 人值守变 电站 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 了良好的经济效益。 参考文献 ： 【 1 】陈水标 ， 沈祥 图像监控 系统在 无人 值班变 电所的应用 J 浙 江电力， 2 0 0 1 2 0 ( 2 ) ： 8 一 l 1 C HE N S h u i b i a o S HE N Xi a n g Ap p l i c a t i o n o f r e mo t e v i d e o s u r v e i l l a n c e s y s t e m i n n o n a t t e n d e d s u b s t a t i o n J Z h e j i a n g El e c t ri c P o we r ， 2 0 0 1， 2 0 ( 2 ) ： 8 1 1 【 2 】 唐 志， 童 陆园 Wi n S o c k 在 变电站 多媒体远程 监控 系统通信 中的应用 J 电力 自动化设备 ， 2 0 0 2 ， 2 2 ( 5 ) ： 2 9 3 1 T ANG Z h i ， T ONG L u y u a n Ap p l i c a t i o n o f W i n S o c k i n c o mmu n i c a t i o n o f mu l t i me d i a r e mo t e s u p p e r v i s o r y c o n t r o l s y s t e m J E l e c t ri c P o w e r A u t o m a t i o n E q u i p m e n t ， 2 0 0 2 ， 2 2 ( 5) ：2 9 - 3 1 3 许平 ， 田伟 变电站数字视 频监控 系统 的设计与 实现【 J 1 电 力 自动 化 设 备 ， 2 0 0 5， 2 5 ( 3 ) ： 6 4 6 8 XU P i n g ，T I AN We i De s i g n a n d r e a l i z a t i o n o f d i g i t a l v i d e o s u r v e i l l a n c e s y s t e m f o r p o w e r s u b s t a t i o n f J E l e c t ri c P o w e r Au t o ma t i o n E q u i p me n t ， 2 0 0 5， 2 5 ( 3 ) ： 6 4 6 8 4 】宋维 ， 田晓芳 ， 张 宝菊 变 电站远 程视频 监控 系统 的改进 设计 J 】 天津工业大学学报 ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 4 ) ： 5 7 - 5 9 S O N G We i ， T I A N X i a o f a n g ， Z H A N G B a o - j u I m p r o v i n g d e s i g n o f e l e c t ri c a l s u b s t a t i o n d i s t a n c e v i d e o m o n i t o r s y s t e m 叨 J o u r n a l o f T i a n j i n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 4 ) ：5 7 - 5 9 5 】罗祖玲 ，李健生 基于I P 技 术和 宽带网络的远程视频监控 系统【 J 】 广西轻 工业 ， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 9 ) ： 8 0 - 8 2 L UO Z u l i n g， L I J i a n s h e n g T h e r e mo t e v i d e o mo n i t o ri n g s y s t e m b a s e d o n I P t e c h n o l o g y a n d b r o a d b a n d n e t w o r k s J Gu a n g x i J o u rna l o f L i g h t I n d u s t ， 2 0 0 9， 2 5( 9) ： 8 0 - 8 2 6 】 季明丽 数 字视频监控 系统在 变电站 中的应 用【 J 1 无锡职 业技 术学院学报 ， 2 0 0 4 ， 3 ( 3 ) ： 2 8 3 0 J I Mi n g - l i T h e a p p l i c a t i o n o f d i g i t a l v i d e o f r e q u e n c y s u p e rvi s o n i n s u b s t a t i o n J 1 J o u