无人值守变电站监控系统架构之深度剖析

一、引言——无人值班变电站模式应用日益广泛

电力行业是一切经济活动的支柱。随着国家经济的快速发展，能源需求大幅增长，国家加大了电网建设的投资力度。

近几年，电力设施、通信电缆等被偷盗、遭破坏现象频频出现，在网站上输入“电力设施遭破坏”、“电缆被盗”等关键词进行搜索，结果显示共有数以万篇相关新闻和网页。因此电力部门变电站对安全防范系统的需求更为强烈。

随着电力系统不断发展，无人值守变电站逐渐增多，为保障电网安全运行，并解决无人值守变电站的安全防范问题，非常有必要进行变电站远程图像监控系统的建设。图像监控系统将变电站的各被监视点，如主控制室全貌、设备情况、断路器、隔离刀闸现场实际状态等通过远程图像监控系统传输到电力局巡检中心和调度所，对重要变电站，局领导及调度人员可通过图像监控系统对变电站的环境进行监视；对无人值班站可减少巡检人员工作强度，弥补变电站取消运行人员直观性不强的弱点，同时加强对变电站的安全、保卫工作、火警进行监视，以提高变电站运行水平。

二、需求——监控技术从“四遥”到“五遥”

随着变电站自动化建设和改造不断发展完善，电网企业大多已经实现了对远方变电站的遥测、遥信、遥控、遥调，即“四遥”功能。当前，各企业为了提高劳动生产率，增加经济效益，开始实施变电站/所的实现无人值守模式，图像监控系统是对“四遥”的进一步补充和完善，被行业称为“第五遥”－遥视。

同时，一些变电站已部分实施了视频监控或环境监测或防盗报警和消防系统，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、维护成本。因此急需一套系统，做到既可以远程的监视、遥控和图像的传输，又具备环境的整体监测，并且具有通常联网报警的功能，能够更加有效地预防事故发生、打击犯罪、保障财产安全，确保系统运行稳定。

三、问题——传统监控无法实现变电站的“五遥”

目前，市场上常见的电力变电站的远程视频监控解决方案主要有三类。

第一类为基于模拟矩阵级联解决方案

这类解决方案的优势在于图像无损传输，切换、控制简单、方便，适合于监控点数较多且较集中的大型变电站。

这种解决方案的劣势在于视频的传输、多用户共享以及存储等方面不够灵活。

第二类为基于嵌入式DVR的联网解决方案

这类方案的优势在于解决了集中监控、数字化传输、存储等几方面的问题，适合于各子站基中监控，总站集中管理且网络条件较好的变电站。

这种解决方案的缺点是只能达到半数字化的程度，系统的扩容、升级都有一定的局限性。

第三类为基于网络视频服务器的全数字化解决方案

完全基于网络的数字化解决方案优势很明显，系统架构更为简便，完全数字化的视频流无论在存储、传输、多用户共享，还是系统的扩容、升级方面都变得异常简单、容易。

但是，电力行业中普遍采用2M网络，由于带宽受限，就注定了不能同时挂接过多的网络终端，系统扩展性受到了一定程度的制约。

四、解决——整合多系统的无人值守解决方案

经过多年的建设，目前，电力行业无人值守系统普遍存在的问题是：用户在各自的变电站等已实施了部分视频监控、动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。

根据电力行业用户的实际需求，有一些企业开始提供整合多系统的无人值守解决方案。以天津天地伟业数码科技为例，无人值守变电站应该是以视频监控为主，辅以动力环境监测、综合报警处理和门禁控制信息等。因为，既然前端是无人或少人值守，那么，在后端管理中心就必然要对前端的所有状况、所有信息全盘掌控，才能真正做到无人或少人值守。

天地伟业的无人值守解决方案以图像监控为主、数据监控为辅，结合多种报警功能，正适应了电力部门无人值守变电站的需要。采用了先进的图像识别技术，能够对各变电站的电路短/断、环境参量、现场状况进行监控和报警，能够实时、直接地了解和掌握各个变电站的情况，及时对发生的事件做出反应，并且操作简单方便，适合电力部门维护使用。

◆ 1、监控系统示意图

图四、系统整体拓扑图

图五、变电站/所系统详图

◆ 2、系统组成

按功能共分三个子系统：前端信号采集处理子系统、信号传输子系统、远程监控子系统，其中：

前端信号采集处理子系统主要包括：1~4路网络视频服务器、网络动环主机、半球、快球及一体化摄像机、各种报警探测器、动环门禁系统等。

信号传输子系统主要包括：各种传输线缆、10/100M交换机等通信传输模块。

远程监控子系统包括：集控站监控中心和调度局监控中心部分。

◆ 3、系统实现

前端监控设备

在变电站设置球机以观察整个站的总体状况，在大门出入口设置摄像机观察整个通道人员的进出情况，在楼通道处设置摄像机以观察整个通道人员的进出情况，在开关室内设置摄像机观察各路开关的通断状态，通讯及监控室设计球机以观测直流屏等重要设施，在电容室内设置摄像机以观察主要电容设备，在高压室内设置球机以观察高压开关情况，并安装门禁、烟雾探测、红外报警等探测、报警装置。

部分监控场所需要安装数据采集模块，采集温湿度、电压电流等数据。

通常从变电站到监控中心都有2Mbps的E1通道，将视频服务器或者交换机通过2M网桥连到光端机等E1通道上，把图像及相关数据传送到监控中心。

监控中心

监控中心分为集控站分控中心和调度局监控中心。

集控站监控中心主要负责管理前端各个变电站设备，相应权限由调度局监控中心的密码验证服务器统一分配。根据实际情况选择录像或者将视频信号解码输出至电视墙。

调度局监控中心配置数据库服务器、密码验证服务器、视频管理服务器、流媒体服务器，负责管理前端所有摄像机、视频编码设备、报警设备，并联动报警和数字录像，同时管理后端所有上网监控用户。

调度局监控中心拥有最高权限，负责系统里所有设备的权限认证和分配管理工作。

监控人员通过综合监控平台，用指定的用户名和密码登陆监控服务器，就可以进行远程监控、调度、录像、报警、电子地图等一系列功能。

远程监控点

在电力系统网络内的其他远程监控点安装若干监控主机，监控人员通过IE浏览器，用指定的用户名和密码登陆监控服务器，就可以进行远程调度、监控。

五、系统特点

1、 实施方便快捷：充分利用电力行业现有网络环境，易于日后系统扩展。

2、 适合构建大型系统：系统支持三级/四级网络架构，支持大系统联网平台。

3、 高度兼容性：系统可以支持多种系统兼容，持PC式监控主机，支持嵌入式硬盘录像机，支持矩阵级联，支持网络视频服务器解决方案。

4、 平滑过渡，节省资金：系统既可以一次投资搭建统一平台，终身受益；也可以系统逐次添加，节省资金。

5、 安全性能高，性价比高：分布式存储同集中时存储相结合，图像资源分布式存储，集中管理，提升存储的稳定可靠性，并降低存储造价，极高的性价比。

6、 调度中心大屏幕图文显示系统（DLP无缝拼接大屏+监视器+LED），实时显示、切换丰富的图文信息，适合指挥中心监控、指挥、调度。

7、 功能丰富全面：强大的综合软件管理系统提供了一个广阔的控制平台。不仅可以实现电力行业客户现有的需求，天地伟业强大的研发队伍可以保证针对电力行业的特殊要求及时定制相关功能模块。一套专用平台软件统一管理所有设备，电子地图双屏显示，报警联动多路视频，有效布控追踪。

8、 优势特色显著：电力行业系统复杂，需要监控的点数量比较多，位置比较分散，而又要实现统一的管理。天地伟业无人值守综合监控系统，成功解决了分散监控，集中管理的难题。通过网络将所有的监控点连成一个系统，在监控中心通过若干台中心服务器实现统一管理。