变电站图像监控系统技术解决方案.docx

变电站图像监控系统技术解决方案.docx

《变电站图像监控系统技术解决方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变电站图像监控系统技术解决方案.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

变电站图像监控系统技术解决方案

变电站图像监控系统技术解决方案

1总论

1.1概述

　　近年来，随着电力系统管理体制的深化改革，变电站的自动化技术也不断进步。

目前，很多变电站，特别是110KVA以下变电站已逐步实现无人值守。

对于变电站，除了常规的自动化系统之外，视频监控系统已逐步成为为无人值守变电站新增的而且是一个十分必要的自动化项目，是其他自动化手段不可替代的。

各地供电公司的信息网络，在近两年内有了长足的发展，利用信息网络平台，实现变电站的视频监控成为电力系统探索这一新课题的出发点。

随着电脑网络技术和数字视频通讯技术的发展，建立一个统一信息平台的集中管理式变电站视频监控系统，将在电力行业日常工作和生产管理上发挥着越来越大的作用。

实践证明，基于统一信息平台视频监控技术已日臻成熟，产品在功能、性能和价格上已经进入到普及应用阶段。

　　图像监控一直是人们关注的热点应用技术，以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。

随着数字视频压缩技术的日益成熟及电脑网络技术的发展，为远程图像监控技术提供了条件。

就图像监控发展的过程而言，大致可分为三个阶段：

模拟图像监视、数字化图像监控、网络化多媒体监控。

　　先进的多媒体监控系统应具备以下特点：

　　高清晰度的图像压缩方式：

要求图像解晰度能到达720×576〔这是图像信息量，采用压缩方式越先进，同样带宽以下图像解晰度越高〕，并能在电脑显示器上以满屏1024×768分辨率、32位真彩色复原出逼真图像。

　　全速动态的显示效果：

在通道允许的情况下，图像能以25帧/秒速率显示，图像没有动画感，流畅生动。

传输接口符合国际标准，与国内外通信厂家生产的通信设备和网络传输链路相兼容，便于监控走向更广域的范围，不受地理条件的限制。

　　高效、可靠的视音频信息存储功能：

影音信息可以用硬盘、光盘等方式记录，并与各种回放介质〔如DVD、VCD等〕兼容，便于在不同设备上进行检索和播放。

　　人工智能图像报警，可以在任意现场画面中对任何物体设防，并可与传统的报警控制系统实现无缝连接。

系统建设具有可扩展性，便于不同系统之间互联，也能灵活、方便地增加监控点数目和摄像机数目；在地区内各县级监控中心之间，省内各地级监控中心之间，各地级监控中心与省级监控中心之间，能通过网络互联互通。

　　我公司所设计的系统，根据当前系统技术的发展趋势--开放系统结构和在这个大趋势下产生的系统设计思想而开发的。

它是一个性能可靠、技术成熟、功能完善的分布式网络结构和面向对象的软件设计系统，能方便的与其他网络系统，如综合自动化系统、RTU、门禁系统及信息管理系统〔MIS〕互联互动。

具有良好的标准性、开放性、集成性、安全性、可扩充性及可维护性。

1.2实现变电站视频监控必要性

　　常规意义上的三或四遥系统，是调度自动化的主要内容；它们是实现变电站无人值守的必要条件。

但仅仅依靠调度自动化的现有技术手段，实现变电站的无人值守是不完善的，这是因为变电站是重点电力生产场所，安全要求非常高，为了保证安全，应对环境状况、设备运行、文明生产等各类情况加以监视。

特别是要防范火灾、爆炸、泄露、失窃以及恶意破坏等，对安全生产构成极大威胁的情况加以监视。

只有这样，才能切实提高实行无人值守之后的变电站的安全水平。

以视频监控为核心的环境监控系统，它可以包含各类报警信号〔如红外、运动、门磁、声音、震动、微波、温度、湿度等〕，经中央单元的处理，进行视频录像，并联动各类行动输出〔如警号、锁具、消防设备等〕，经过进一步开发，可以较好地应用于无人值班变电站。

对于常规的视频监控系统或者叫工业电视系统，不具备上述功能，使得它不适用于变电站的视频监控；此外，它的信号传输范围有限〔通常为一公里范围内〕，并且需要有专人负责操作和管理；而变电站数量多、分布广，每个变电站安装一套工业电视系统并安排专人值守有悖于无人值守的初衷。

因此，将一个地区的数个甚至是几十个变电站，通过网络远程视频监控手段统一管理起来，建立一个集中式的视频监控系统是解决变电站视频监控的合理方法。

1.3变电站视频监控系统的主要用途

　　变电站视频监控系统的主要用途：

即用于安全防范、环境状况和对付自然灾害等；视频监控系统与具体的生产设备无关，而监测的只是变电站的环境和图像参量，因此它的应用范围相当广泛。

1.视频监控系统对变电站存在大量的常规仪表、计量设备和室内外设备，在调度或集中监控中心对其进行直观监视。

过去由于没有可视手段，对于常规仪表、计量设备的读数以及设备外观状况无法进行观测、比较以及校验。

有了视频监控系统，上述工作将成为可能。

这些都有助于无人值班变电站的安全生产工作。

2.对于变电站的设备检修工作或事故处理过程，视频监控系统还可以提供视像通信和录像记录手段，对设备检修或事故处理过程可以提供远端指导，并对事后分析事故原因和事故处理过程，提供可靠的依据。

3.对于每一次大型的设备检修标准化作业，其过程都是一部很好的生产培训资料。

有了变电站网络远程视频监控系统，培训工作可以在任何一个远程终端实时收看以及进行研讨，增强了生产培训效果，提高培训工作效率。

并可将其录像保存，制成多媒体培训教材。

1.4变电站视频监控系统的组成

　　变电站视频监控系统主要由三个互相衔接的部分组成：

变电站现场设备〔或简称分站设备〕、通道传输设备和调度/集控站、供电公司集中监控终端〔或简称主站设备〕。

现分别加以介绍。

1.4.1分站设备

　　主要由前端设备和视频编码压缩服务器组成。

前端设备，如监控摄像机〔彩色或黑白、固定或活动云台、定焦或变焦〕、各类报警输入/输出装置与传统工业电视所使用的设备完全一致。

因此分站设备的核心是视频编码压缩服务器，它主要完成将变电站摄像机摄取的视频信号数字化并压缩，经通信通道传输到主站端。

同时它还完成对摄像机控制信号的输出、报警信号的采集、处理和对行动输出的控制。

1.4.2通道传输设备

　　远距离传输起到连接变电站和监控中心的桥梁作用，也是系统最关键的组成部分，传输系统的性能直接决定着系统监控中心图像和数据的质量。

这部分设备要根据通信通道选取。

众所周知，现场摄象机采集到的模拟信号是不能直接在网络上传输的，必须先数字化；而每秒25帧的彩色活动图象在数字化后约需67Mbps的传输带宽，目前只有在光纤上才能实现传输，其浪费是显而易见的。

在有限的带宽下〔通常为2M〕实现远程图象实时监控，就必须对图象进行压缩。

现对常用的数字传输方式和在网络上的传输作简单介绍。

　　目前，远程图象监控领域的传输方式有三种：

　　1.局方提供由各监控站到监控中心的直接光纤接口，1条光纤对应1个监控站

　　2.局方提供由各监控站到监控中心的2ME1〔G.703〕接口，1个2M接口对应1个监控站

　　3.局方提供各监控站到监控中心的TCP/IP网络连接前两种对线路都有独占性，随着网络的发展，城域网、宽带网等建设步伐的加快，TCP/IP网络将以其高速、共享、资源丰富等特征成为未来各行各业信息传输的介质。

　　上述第一种做法虽然可以获得失真度最低的图象效果，但必将因资源浪费而被淘汰。

针对2〕、3〕两种传输方式，普遍采用的系统解决方法是：

　　采用会议电视用压缩及传输卡，由于其通常用于双向通信，且开会时时间不会太长。

在用于24小时监控时往往不稳定。

　　采用一体化压缩传输主机，体积较小，安装方便，但是在传输上局限于点对点，在多级控制中配置较为复杂。

　　视音频实时压缩部分选一款用于制作VCD的编辑卡，传输部分则利用编辑卡提供的开发包将压缩的信号流在网络上传输并进行流量控制。

VCD编辑卡通常面向普通用户，用于实时监控质量不佳，且外加传输软件，影响系统稳定。

　　网络上传输的方式主要有以下几种：

　　点对点：

采用TCP/IP或UDP网络协议，实现两台电脑之间视音频传输，同时提供两个透明串口〔RS232或RS485〕，用于摄象机、画面分割器控制和其他信息传递。

　　广播：

采用UDP网络协议及网络广播技术〔IPBroadcast〕，服务器将采集到的视音频信号实时向网络上广播，凡安装有回放软件电脑均能实时接收视音频流，并能实施控制。

　　组播：

采用UDP网络协议及组播技术〔IPMulticast〕，服务器将采集到的视音频信号以设定好的组播地址实时向网络上广播，凡在同一组内安装有回放软件电脑均能实时接收视音频流，并能实施控制。

此方案能有效降低网络流量，防止广播风暴，对网络上其他数据传输不产生影响；同时可有多个不同分组在同一网络进行广播交流。

　　但在电力系统主要的传输方式是E1线路传输方式：

E1〔2M速率〕组网适用于要求图像传输的大型局站监控，而且局方有丰富的传输资源。

各个远端被控局的图像和数据通过一条各自独立的E1线路进入到分控中心和集中监控中心构成的TCP/IP网络〔可以是电力公司的MIS业务网络〕。

在远端变电站的图像压缩设备将监控图像编码压缩，并打包为IP数据包，透过E1线路进入电力公司的IP以太网，在分监控中心和集中监控中心由图像处理设备〔PC机〕选择变电站的图像进行解码输出，送到监控中心进行处理。

这种方式的优点在于传输的可靠性高、实时性好、图像质量高。

可以用光传输SDH/PDH中的E1接口，节省资源。

由于监控网络全部采用TCP/IP协议，故在E1线路两端还必须安装线路终端设备将E1接口转换为10BAST或100BAST接口设备。

采用TCP/IP网络传输时，当需要增加监测变电站时，只需要增加变电站的前端设备，在监控中心不需要增加相应的图像处理设备，增加了扩展的余地。

1.4.3主站设备

　　简单的主站仅仅由一个或数个监控终端组成，它们往往以分时形式完成一对一或一对多的视频监控任务。

复杂的主站设备包括报警数据库服务器、数字录像数据库服务器以及多个监控终端和大量的辅助监控终端，这种构造更符合集中式〔对于变电站来说〕和分布式〔对于监控终端来讲〕的原理并且可以方便地建立分级监控体系，是变电站视频监控系统未来的主流发展方向。

2系统设计

2.1范围

　　本次方案所设计的远程图像监控系统，是以一定数量的可相对独立的变电站图像监控系统为基础，采用逐级汇接的树型网络拓扑结构的多等级的图像监控系统，其等级的设置适合于无人值守变电站设备运行、维护和管理的要求。

　　远程图像监控系统是为配合变电站实现无人值守而增设的电网辅助监控系统。

　　技术标准书规定的电力远程图像监控系统的技术要求，是设计和实施电力远程图像监控系统的技术依据。

2.2引用标准

　　以下标准所包含的条文，通过在本技术解决方案书中引用而构成为本技术解决方案书的条文。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用以下标准最新版本的可能性。

GBJ115-87工业电视系统工程设计标准

GB50198-94民用闭路监视电视系统工程技术标准

GB12322-90通用性应用电视设备可靠性试验方法

GB12663-90防盗报警控制器通用技术条件

GB4798.4-90电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用

GB2423.10-89电工电子产品基本环境试验规程

IEC364-4-41保护接地和防雷接地标准

GB8254-88信息技术设备无线电干扰极度限值和测量方法

GB/T13926.n-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性

ITU-TH.320窄带电视系统和终端设备标准

ITU-TH.323网络电视系统和终端设备标准

CCITTG.703脉冲编码调制通信系统网路数字接口参数标准

YD610-93PCM基群信令接口设备技术要求和测试方法

IOS/IECII172MPEG-1视频编解码标准

IOS/IEC13818MPEG-2视频编解码标准

ISO/IEC14486MPEG-3视频编解码标准

ITUH.261关于p×64kbit/s视听业务的视频编解码标准

ITUH.263视频编解码标准

DL476-92电力系统实时数据通信应用层协议

IEC60870-5-101基本远动任务配套标准

IEC60870-5-103继电保护设备信息接口配套标准

IEC60870-5-104远动网络传输规约

DNP3.0分布式网络传输规约

IEEE802.310BASE-T以太网接口标准

IEEE802.3U100BASE-TX快速以太网接口标准

2.3总则

2.3.1公司资格

　　我公司具有设计、制造相关产品资格，产品具有型式试验报告，并经过实际工程运行考验，证明我公司产品运行可靠并正确动作。

　　我公司具有ISO9001:

2000质量认证证书

　　投标时随同投标书提供所要求的资格文件、保护供货纪录、运行报告及型式试验报告供买方审查。

2.3.2工作范围

1.范围和界限

　　我公司的工作范围是负责本标书内所提供设备的设计、制造、装配、出厂试验、包装运输、现场调试及设备投运工作。

　　运输：

设备由我公司运到工地现场。

　　现场安装和试验在买方的技术指导和监督下由我公司完成。

　　需求说明书未说明，但又与设计、制造、装配、试验、运输、包装、保管、安装和运行维护有关的技术要求，按指定的有关标准执行。

2.工作范围

　　我公司按甲方的要求提供本工程所需的设备及备品备件、专用工具和实验仪器等。

　　工厂试验由我公司在生产厂内完成，但应有甲方代表参加见证。

　　现场安装和试验，我公司派出专家进行指导和监督。

　　联络会议地点在生产厂家，甲方派出专家参加。

2.3.3工厂图纸

1.概述

　　“工厂图纸”包括制造、装配、安装和布置图，接线图、控制图、材料和设备的清单和表格，标准图，设计预算书，说明书，样本，小册子，特性图表，试验报告，照片以及涉及到与材料、设备和设计有关的图纸和说明等。

　　我公司按照要求将“工厂图纸”提交给甲方审查认可。

未经审查认可，不得进行备料和工厂生产。

　　我公司提交的图纸、文件、资料全部采用中文。

　　提交日期为合同生效后的10个工作日。

2.我公司提供的图纸、文件和资料

　　我公司提供设备的详细技术资料及图纸，以供买方设计、运行维护之用。

我公司在合同生效后，按以下时间提供以下图纸及资料：

原理和技术说明书10天

平面布置图〔初步〕10天

内部逻辑接线原理图〔初步〕10天

端子原理接线图10天

反面接线图10天

整定计算说明10天

运行、调试和维护手册10天

最终图纸20天

3.图纸确认程序

〔1〕“工厂图纸”确认程序如下：

我公司将“工厂图纸”一式4份送设计院；

设计院将修改意见一式1份返送我公司；

我公司将修改后图纸一式4份送设计院；

设计院将最终确认意见一式1份返送我公司；

该图纸可作为厂家最终图纸进行备料和工厂生产。

如果我公司还有修改补充，则再一次将图纸送设计院审查确认，直道设计院最终确认为止。

〔2〕我公司还应该将提交一份磁盘给设计院。

4.图纸规格

〔1〕工厂图纸的蓝图和底图的尺寸如下：

584×840mm

420×584mm

287×420mm

210×287mm

〔2〕图纸的标注尺寸采用公制

〔3〕图纸文字说明采用中文

2.3.4质量保证措施

　　质量保证措施包括设计、制造、工厂监制、检验和试验、安装和运行、现场试验和验收等。

我公司提供ISO9001质量认证文件供买方审查。

质量保证按照ISO90001质量管理及质量保证系列标准进行。

2.3.5屏柜

1.结构

　　屏正面为带玻璃的防护门，反面也设防护门，还包括有安装所必需的槽钢底座、支架、顶板和侧板。

2.材料

　　屏是用厚度为3.2毫米的钢版制作的。

3.屏设计为封闭的、带有开启门的、垂直自立式，并且要安装容易，控制电缆的进出连接、检查和维护要方便。

为了提高运行的可靠性，设备采用成套插入式结构。

屏的尺寸：

宽800mm、深600mm、高2260mm

屏的颜色：

电脑灰〔标准卡号：

RAL7035〕

4.低压回路的布线

〔1〕布线

　　电流引入线为截面积大于2.5平方毫米的1000伏聚氯乙烯绝缘〔多股胶线〕，其他回路为截面积大于1.5平方毫米的1000伏耐热聚氯乙烯绝缘线〔多股胶线〕，引入线由我公司提供。

　　在采用捆扎布线和采用管道布线时，把外观整体和防止导线发热结合起来考虑。

在那些使用屏蔽线、多股软绞线或耐热导线的地方要给予特别的考虑。

　　假设屏内具有加热器，端子和电加热器或电阻器之间的连接引线不能使用非耐热绝缘铜线。

由于电加热器或电阻器附近的温度高，因此，应该采用瓷管套着的裸导线，或使用耐热的导线。

　　在进行屏的内部布线时，布置得使结点处于有利的角度或者温度升高的地方。

〔2〕接线端子

　　端子采用凤凰或魏德米勒端子，端子型号的选择应与回路性质相匹配，端子应有明显的编号，各回路之间、电源回路与其他端子之间要设置隔离端子，端子排应留有总端子数10%的空端子，以供设计时作转接或过度用，端子排应牢固固定，使其不致于震动、发热而变松，同时还应能方便地检查和维护。

〔3〕颜色代号

　　导线的颜色代号基本上与制造商的标准一致。

我公司提交制造厂的颜色代码标准，导线颜色在合同签订后由买方最终确定。

　　引线应该加套，这些套的颜色就作为相序的代号：

交流回路中的相序是：

A相黄色

B相绿色

C相红色

中性线淡蓝色

在直流回路中：

+〔正极〕褐色

-〔负极〕蓝色

5.电子回路

　　为了预防外部和/或内部的过电压引起误动作，在电子电路中应该使用金属护套带屏蔽层的电缆或胶合电缆。

电子电路和电气回路之间在路经上应该保持合理的间隙。

电子电路的外部连接应该用连接器进行。

　　应该用电线槽进行布线，如果采用其他的布线系统则应由买方审批这种布线系统。

　　为了防止误动作和/或拒动，在屏内应该有消除过电压发生的电路，交流回路和直流回路都应该有预防外部过电压和电磁干扰或接地的措施。

　　每块印刷电路板应该整个涂上漆以防潮气和灰尘侵入。

6.接地

　　为了消除设备之间的电位差和噪声干扰，每面屏内由足够截面的铜接地母线〔不小于100mm2〕，屏和设备都应该有接地端子，并用截面积不小于4mm2的多股铜线连接到铜接地母线上来接地。

7.铭牌

　　屏的铭牌固定在屏的外表或屏内醒目的地方，铭牌用透明的丙烯酸树脂制成、铭牌为白底，其上为黑色的粗体字，并用中文标注。

8.照明

　　在各屏内的顶板上装有交流220伏、20瓦的荧光灯，门开灯亮，门关灯熄。

2.3.6设计和制造

1.结构

　　所有的设备是新造的、能够经久耐用。

即使在需求书中没有特别地提出这样的要求，一般地说，这些设备满足一个完整的产品所具有的全部要求。

　　所有的设备在结构上应该便于拆装、检查和安装。

　　除了需求说明书中另有规定之外，制造设备用的材料是对其性能经过严格检查后所挑选出的材料。

2.对抗地震、防震动和防撞击的设计

〔1〕抗地震能力的设计

　　所有安装在盘上的设备都应该能承受0.5g的静态水平加速的地震应力。

〔2〕防震动设计

　　当输入电压为额定值，输入电流为零时，如果分别在水平方向和垂直方向上交互地施加如下的震动10分钟：

震动频率16.7赫兹，振幅0.4毫米可保证设备不会失灵。

3.控制电源和站用电源

〔1〕直流控制电源

　　由我公司提供的直流控制电源是由固定的蓄电池组供电的。

当供电电压在0.8~1.15Us的范围变化时，设备能够正常运行。

　　为了防止直流系统对保护的影响，每套保护有独立的DC-DC变换器和具有独立直流保险〔或MCB〕的直流回路。

直流电源在纹波系数不大于5%时，不应对保护正确动作有所影响。

〔2〕交流站用电源

　　站用电源为3相4线，50赫兹，400/230伏的交流电源。

辅助设备的端电压分别为380伏和220伏。

由站用电源供电的所有设备和装置能承受+20%的电压波动和+10%的频率变化。

4.涂漆和防锈

　　除了有色金属零件、镀锌钢件和机械精加工面以外，其他所有的外露金属零部件先经过除锈处理后立即涂上一层底漆。

　　在金属零件的外表涂一道底漆以形成厚度为0.04毫米到0.1毫米的干膜。

在这之后接着涂两道外用调合罩面漆，使干膜的厚度到达0.127毫米到0.178毫米。

底漆和罩面漆是同一家厂家生产的。

　　所有的涂漆能经受得住机械振动以及热和油的作用下不致会出现划痕或者变软。

　　屏上的涂漆使用合成树脂化和物喷涂具有半光泽的外表层。

2.4系统建设目标

系统的建设到达以下目标：

实现对变电站区域内场景情况的远程监视、监听；

监视变电站内变压器、断路器等重要运行设备的外观状态；

辅助监视变电站内CT、PT、避雷器和瓷绝缘子等高压设备的外观状态；

辅助监视变电站内其他充油设备、易燃设备的外观状态；

辅助监视变电站内隔离开关的分合状态；

监视变电站内主要室内环境〔主控室、高压室、电容器室、独立通信室等〕的情况；

实现变电站防盗自动监控，可进行周界、室内、门禁的报警及安全布控；在条件成熟和管理标准允许的前提下，宜和站内消防系统实现报警联动。

监控中心的建设，必须与无人值守变电站设备运行和管理的分级一致；

变电站端图像监控系统具备与变电站综合自动化系统或远动设备〔简称RTU〕互联能力，获取远动报警信息，互联通信协议为IEC870-5-101〔或IEC870-5-104〕传输规约。

在条件成熟和管理标准允许的前提下，监控中心宜与SCADA系统互通，实现电网调度和维护的可视化。

2.5系统网络通信要求

　　通信及通信网络是远程图像监控系统的关键环节，尤其是实时视频图像的远程传输，需要网络提供足够的带宽。

　　系统网络通信采用IP网络技术组网，并可使用网络延伸器、网桥、路由器设备延伸接入站点，且能支持IP组播功能。

　　主控中心网络至区域监控中心网络之间链路，采用双方向10/100Mb/s（10/100BASE）光/电接口或2Mb/s（G.703）电接口两种方法互联，并实现第三层路由隔离。

当采用2Mb/s（G.703）电接口连接方法时，采用可支持反向复接〔用〕的设备；

　　区域监控中心网络至变电站端系统之间链路，可采用10/100Mb/s（10/100BASE）光/电接口连接或2Mb/s（G.703）电路延伸两种方法。

　　变电站端至现场设备之间链路，采用双绞线、光缆、铠装电缆等抗干扰强的介质来实现；

　　IP地址及以太网地址应满足IP网络单播、组播功能等组网要求，IP地址分配应符合买方公司有关标准。

2.6系统功能设计

　　以下所阐述的功能为系统基本功能，给予实现。

对于技术进步产生的新功能，系统自动接纳。

2.6.1监控中心功能设计

1.实时图像监控

　　在监控中心可实时监视各变电站的所有图像信息，即完成远程变电站图像的接收、转发、实时监控、数据存储等功能。

通信方式为TCP/IP下的组播。

　　在监控中心与变电站端监控系统之间的远程图像实时传输的实际带宽不超过1.5Mbps，在保证实时性和图像质量的前提下，应采用新技术减少带宽资源的占用；

　　在监控中心可实时监视同一变电站多路〔1、4、9、16〕实时图像信息并实现一机同屏同时监视；也可同时实时监视多个变电站〔1、4、9〕；监控中心和MIS网图像用户中的多台终端可以同时监控任一变电站；以上方式可混合应用；

　　轮巡，即系统应具备视频自动巡视功能，在可设定的间隔时间内对全站的监控点进行图像巡检，参与轮巡的对象可以任意设定，包括不同变电站的图像、同一变电站的不同摄像机、同一摄像机的不同预置位等，轮巡间隔时间可设置；

　　实时图像自动复位，即可对变电站的摄像机设定默认监视位置，正常状态下摄像机保持默认位置