电力系统图像监控技术的开发和应用

电力系统图像监控技术的开发和应用

摘要：图像监控技术在电力系统中的应用正在逐步展开，本文对

这一技术在无人值班变电所的应用特点作了分析，介绍了图像监控系

统中的摄像机、视频监视器、编解码器、画面分割器、视频监视器等

主要部件，对信息处理、传输及外围系统的接入等有关方式作了选择

比较，根据实践中的经验，指出了在工程设计施工中应注意的问题。

关键词：图像监控电力系统开发应用

1概述

图像监控系统在工业、邮电、银行等部门应用较多，在电力系统

的应用尚处于初期和推广阶段。该系统将现场摄像机摄得的图像通过

一定的通讯通道传到监视中心，即可以清晰地看到现场的实际情况。

图像监控在电力系统中有以下功能和特点：

(1)适用于无人值班变电所，监视变电所的设备运行和操作状

况、发热情况，解决防火、防盗问题，并逐渐与操作人员现场操作的

远方监视相结合，必要时各监控中心的图像信息数据要上局计算机网

络，供网络用户察看。

(2)由于变电所之间距离较远，通常几十公里，甚至上百公里，

通讯是用光纤、微波或电话线等方式进行连接，图像信号传到监控中

心必须经过压缩和解压缩，因此图像质量较之现场的模拟信号稍有损

失，必须选择好的压缩和解压缩的方式以尽量减少图像的损失。

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（3）变电所设备的图像监视以静态物体为主，

动态物体为辅（如操作、防盗等）；监视平时需登高或带电位置

的设备情况，如渗油、发热、冒烟等状况；电力大楼的各管理、监视

用户通过MIS网的终端进行监控。

（4）要有撤防和布防功能。当变电所有人工作时，要撤防，以

免误报警。当变电所位于无人状态时，要布防。

（5）控制功能的主要对象是云台和镜头，包括云台的左右旋转、

上下俯仰、镜头聚焦、光圈调整和变焦变倍功能。对于多个云台和镜

头的控制，一般采用诸如89c51,8031等单片机加以选择和控制。

2电力系统图像监控的组成

无人值班变电所的图像监控主要由摄像机、云台、编码器、解码

器、画面分割器、视频监视器等部分组成。另外，还需与照明系统和

防火、防盗系统相结合，成为一个完整的监控系统。

2.1摄像机（包括云台）

摄像机可分为：黑白、彩色、广角、调焦、一体化等多种，适用

于不同情况，技术参数也各不相同，黑白摄像机适用于光线不充足地

区及夜间无法安装照明设备的地区，可选的分辨率通常高于彩色摄像

机。彩色摄像机可以观察设备的红绿灯等情况。一般在变电所采用彩

色摄像机，经费紧张或摄像机数目较多时，在电容器室、电缆层等地

可采用黑白摄像机；门厅可采用广角镜头的摄像机；控制室、开关室

宜采用连带镜头、自动光圈的摄像机，对准目标后能迅速自动调整,

不会因支架的抖动或人工因素造成调整困难；球型一体化摄像机是将

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摄像机、光学镜头、全方位云台、解码驱动器以及附属的底座和防护

罩，集成在一个单元中，可以嵌入天花板、吸顶安装或支架安装，适

用于室外和主控室墙壁距监控屏较远的地区。室外摄像机还可内置自

动温感排风和自动防霜装置，可进行64点全方位预置，随时对2〜3

台主变油位、中性点闸刀、电容器以及围墙外场景进行监视，总体上

降低成本。

此外由于压缩方式对图像的限制，如果图像传递后清晰度最高只

能做到640X480,则摄像机的只要选择480线水平清晰度即可，不

必选择太高清晰度，以免增加造价。

2.2视频监视器

监视器可分多种：工业监视器、电脑屏幕、电视机、数十台监视

器组成的电视墙等，可以根据实际需求进行选择。一般采用计算机作

为监视器的，易于操作和控制，由于要显示多画面图像，宜采用17

英寸以上的屏幕。采用电视机作为监视器，价格便宜，但图像线数较

低，对图像要求较低的场合比较适用；工业监视器清晰度较好，但控

制和调节参数的灵活度不如计算机，条件允许的情况下可以采用计算

机和工业监视器并用的方式。

2.3画面分割器

使用画面分割器能同时显现前端多个摄像机输出的画面。它分为

固定式的四画面分割器和4个以上的多画面分割器。在监控室用计算

机进行监视时，易采用4画面分割设备，既使每个画面比较清晰，容

易观察，又可以观看多个图像；4个以上的画面比较小，且设备的价

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3图像监控系统方案的比较

3.1监控与通讯

（1）监控方式

1）由调度或监控中心（在局大楼内）统一监视、控制，适用于

变电所数量不多，分布较集中的电力局。

2）由若干监控中心分别监控变电所，再将图像上传到局大楼的

方式，三级结构，适用于变电所数量较多，分布较广的地区。

3）监控中心与MIS网终端应有一定的优先级，一般来说，监控

中心优先控制和操作，MIS终端只能监视和切换画面，两者不能有冲

突.（2）通讯与传输方式

图像视频信号的传输途径有多种：一点多址小微波、音频电缆扩

频通讯传输、光纤2M数据口传输、电话电缆传输等方式。从实际应

用效果来看，光纤传输效果最好。用电话线传输图像容易产生断续现

象，不利于观察防火、防盗现象，但观察静态事物，尚可应用。

图像监控系统的分布与通讯通道的布置有关，有以下几种方式:

变电所与监控中心有直接的通讯连接；变电所与局大楼有直接的光纤

连接，监控中心再与局大楼有通讯连接，两种情况考虑的方案应有所

不同。

信息传输通常采用TCP/IP和网络组波（Multicast）的技术,

最大限度利用了网络的传输性能和网络带宽，避免网络的拥塞.

3.2信息压缩形式

（1）硬件压缩、软件解压的方式

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用一个软件就能解决所有的解压缩问题，且升级换代容易，降低

了成本，MTS网上的计算机只要安装相应的软件并授权，就可以成为

一台功能齐全的监控主机，但稳定性较硬件为差，同一监控中心的变

电所之间兼容性差。

（2）硬件压缩、硬件解压的方式

稳定性好，若采用一对多解码器，成本较低，但兼容性差；若采

用一对一编解码器，只要总体设计原理相同，不受产品限制，但主站

的控制软件也不具备兼容性，且监控中心的解码设备数量繁多，若监

控中心的通讯通过调度中心转发，则电力大楼的硬件设备也很多，且

需要两套编解码设备，上网需要两次压缩解压缩。

3.3控制界面操作

主站软件在控制云台方面的操作有两种方式：

（1）界面提供专业控制面板，用鼠标点击相应的方向进行控制。

（2）直接在图形界面上引导云台的转动方向，鼠标指针向哪个

方向滑动云台就朝相应方向转动。

后种方式对于监控人员来说，非常方便，易于操作。

可以在电子地图上直接用鼠标双击获得远程终端的图像和对应

摄像机切换和控制权。地图可完全模拟相应变电所环境，方便操作人

员寻找摄像机和快速切换。

3.4发热报警装置

变电所设备发热也是比较常见的问题，时间一长，容易造成事故。

可以采用两种方法监视无人值班变电所的发热状况:

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（1）用红外摄像机进行监视报警，成本较高。

（2）用金属片发热变色，摄像机自动巡回检测后自动报警，比

常规的红外测温仪要方便很多。金属片一般装设在开关或变压器的端

头位置。

3.5无线摄像机和尢线对讲设备

采用无线摄像机和无线对讲设备，当变电所有人巡视或操作时,

随身携带以便于远方监视，防止走错间隔或误操作。为今后变电所单

人操作监视的运行方式做好技术准备。

无线摄像机体积小，且通常镜头和发射天线均包含在其中，发射

功率小，传送距离较近，大多在100m之内能接收。因此无线接收接

口必须配置在适当的位置（一般在主控室），以保证信号的畅通。

无线摄像机可以做成帽式或手提式。由实践得知，帽式在头上运

行人员走动时经常发生抖动，难以迅速聚焦，而手提式结构可视角度

大，轻巧便利，比较切合单人操作摄像。

3.6其他设备

（1）升降车。室外一体化摄像机由于架设位置比较高，天长日

久玻璃面罩积灰，摄像质量严重下降，定期安排清扫又受到安全距离

影响，因此可设计为升降机结构，只在第一次安装调试时需要停电,

以后的维护极为方便。

（2）滑轨。开关室的结构一般成行排列，只设一个或少量的摄

像头无法看清每个开关柜的状况，无法对运行提供依据。设多个摄像

机既增加成本，也存在死角。因此设计和开发步进马达式的电动滑轨

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装置，操作人员在远方就能控制摄像机前后左右移动，灵活方便，又

降低造价。

(3)组合电缆。电力系统对电缆有特殊要求：阻燃、防火、防

小动物，目前市场上还无铠装的视频电缆，因此可以设计将控制电缆、

视频电缆、电源电缆三合一，制成铠装阻燃电缆，既对高压电磁场起

到良好的屏蔽作用，又方便安装和施工。

4其他辅助系统的接入

4.1防火、防盗装置

在没有考虑变电所图像监控时，防火、防盗装置也是作为无人值

班变电所的必要条件提出的，它结合综合自动化输出两个综合信号,

存在的缺陷是经常出现误报，由于综合信号无法得知什么区域发生火

警和盗警，工作人员赶到现场，可能为时已晚。

如果能将防火、防盗结合图像监控系统，就可以解决上述问题。

采用警情联动功能，当发生报警时，立即启动摄像机，可以得知是哪

个区域发生报警，是否误报，重要情况还可启动自动录像装置，为事

故分析提供条件。

目前绝大多数厂家生产的火灾、防盗报警控制器不具备报警规约

的输出功能，或只有一个开关量接点输入，因此防火、防盗设备与图

像监控的结合需要合作开发，且火灾报警控制器要经中国消防产品质

量认证，控制器可采用RS232标准接口与上位机通讯。

与防火、防盗设备相连，探测报警信号源有以下几种：烟感探测

器、热感红外线控测器、微波物体移动感知器、开关、玻璃破碎感知

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器等等。一般无人值班变电所大多采用前三种探测器。若经济条件较

好，可采用多种探测器相结合的方式。为减少单一探测原理装置易产

生的误报，可以将红外、微波、超身等探测方法组合成双鉴式，即基

于两种原理的复合式报警器。

4.2变电所照明系统

图像监控装置启动变电所照明有两种方案：

（1）摄像机上安装射灯，可以随着摄像机的转动而转动，远方

控制，灵活性高，但亮度范围有所限制。

（2）启动变电所的照明电源，当有警情或远方控制时，可以开

启变电所相应位置的灯光，亮度范围广、效果好。

4.3长延时录像机

监控中心在采用计算机监控时，可用计算机硬盘录像，必要时采

用双硬盘备份，但硬盘录像时往往计算机运行速度就很慢，不能同时

调用图像或控制。但很多情况下可以在监控中心外接长延时录像机进

行录像°24h的长延时录像机比较理想，每日只需更换一盘录像带。

讯协议对于子站的技术、通讯接入以及MIS的联网都大有影响，因此

一旦主站方案选定后，再采用另一家厂家的产品，很难兼容和接入,

对系统的图像质量也很有影响。如果有多个监控中心，虽然不同主站

各自可以采用不同的系统，但是如果要联入MIS网，又将会互相冲突。

因此在考虑安装图像监控系统时，一定要有一个总体的方案。一般变

电所内需要监视的位置有：

（1）主变：油位，中性点接地闸刀，端头的发热情况。

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