一、變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求分析

　　電力行業(yè)變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)不同于普通工礦企業(yè)、居民小區(qū)的本地監(jiān)控，它是一種網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。變電站位置分散，而管理與使用相對集中，在系統(tǒng)實(shí)施前需要進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃，制定一個(gè)系統(tǒng)平臺，充分考慮變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自身特點(diǎn)。

　　1、經(jīng)過幾年的建設(shè)，有些變電站已經(jīng)陸續(xù)安裝了純本地的或小范圍聯(lián)網(wǎng)的分散視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的規(guī)模較小，通常是各變電站獨(dú)立工作，或幾個(gè)變電站的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。由于各系統(tǒng)分別由不同廠家實(shí)施，變電站前端設(shè)備種類繁多，有嵌入式硬盤錄像機(jī)、工控式硬盤錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器等，壓縮方式有MPEG2、MPEG4等，通信協(xié)議、圖像編碼方式各相同，相互無法兼容。要想在中心實(shí)現(xiàn)對所有變電站的監(jiān)控，必須每個(gè)廠家的設(shè)備都配置一套，無法實(shí)行全區(qū)域的集中管理和信息共享。

　　新建的系統(tǒng)必須具有很強(qiáng)的兼容性，能夠支持盡量多的前端設(shè)備，使采用不同廠家、不同種類、不同編碼方式設(shè)備的變電站都能方便的接入系統(tǒng)，盡量減少對前端設(shè)備的改造、更換。如必須要更換，則盡量減少更換設(shè)備的數(shù)量，避免對前端攝像機(jī)、報(bào)警器的的更換。

　　2、現(xiàn)在變電站大多通過PCM設(shè)備接入電力網(wǎng)，變電站有的為2M接口，單路最大帶寬為2M.而對于有些地區(qū)的新建變電站提供10/100M的以太網(wǎng)接口，隨著時(shí)間的推移，可能這樣的變電站可能會越來越多，在特殊情況下還可能將多個(gè)2M進(jìn)行復(fù)合，提供更高的傳輸帶寬。在現(xiàn)階段的系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)中要充分考慮到網(wǎng)絡(luò)情況，既要能夠在以前的2M帶寬下傳輸圖像，也能在現(xiàn)在的10/100M帶寬下傳輸圖像。系統(tǒng)應(yīng)該具有較強(qiáng)的帶寬調(diào)節(jié)性，能夠根據(jù)不同的帶寬自動進(jìn)行調(diào)節(jié)，用有限的帶寬傳輸盡量多的圖像。

　　3、隨著電力設(shè)備的自動化程度越來越高，目前110kV及以下變電站多為無人值守變電站，而220kV及以上變電站多為有人值守變電站，對于這兩種類型的變電站前端使用的設(shè)備應(yīng)該有所不同。無人值守變電站使用的設(shè)備應(yīng)該能夠長期在無人看護(hù)的情況下正常工作，便于遠(yuǎn)程管理，斷電后來電自動重啟，具有故障報(bào)警等功能；有人值守變電站交通較為方便，設(shè)備有人看護(hù)，可以進(jìn)行日常維護(hù)，出現(xiàn)故障能夠及時(shí)排除，更換設(shè)備也相對容易，此類設(shè)備應(yīng)該更多的考慮使用的便捷性、功能的完整性。

　　4、由于整個(gè)區(qū)域內(nèi)變電站數(shù)量眾多，分布在各地，全部集中在一個(gè)地方進(jìn)行監(jiān)控是不現(xiàn)實(shí)的，效率也不高。目前通常實(shí)行分級監(jiān)控，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置若干個(gè)分控中心，通過授權(quán)管理轄區(qū)內(nèi)的各變電站，進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)備配置、用戶管理。實(shí)現(xiàn)管理與監(jiān)控的分離，使系統(tǒng)的配置更加靈活。

　　5、隨著電力使用的不斷發(fā)展，將來會有越來越多的新建變電站需要加入系統(tǒng)中來，因此系統(tǒng)應(yīng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，支持盡量多的變電站接入，系統(tǒng)的擴(kuò)展應(yīng)該盡量簡單，充分利用原有設(shè)備。

　　6、由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于變電站的日常安全起著重要的作用，因此整個(gè)系統(tǒng)的安全性要進(jìn)行充分的考慮。一是硬件安全，由于采用集中管理，系統(tǒng)的管理中心成為系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，中心的管理服務(wù)器、交換機(jī)等核心設(shè)備都應(yīng)該進(jìn)行硬件備份，主備設(shè)備之間應(yīng)該能夠自動切換；二是網(wǎng)絡(luò)安全，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)與電力局域網(wǎng)需要進(jìn)行連接，這樣就是視頻監(jiān)控系統(tǒng)面臨著病毒、網(wǎng)絡(luò)攻擊的嚴(yán)重威脅，系統(tǒng)采取必要的隔離措施，保證視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全。

　　7、變電站是遭受雷擊較多的場所，雖然變電站都有很好的避雷設(shè)備、措施，但是根據(jù)我們多年的經(jīng)驗(yàn)，變電站內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷電破壞的情況還是很多。主要是室外攝像機(jī)和室內(nèi)設(shè)備的通信接口，經(jīng)常是一場雷雨過后許多攝像機(jī)無法控制了。同時(shí)變電站內(nèi)存在高強(qiáng)度的電磁場，對模擬圖像的影響很大，如果不采取必要的措施會嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。

　　二、系統(tǒng)解決方案

　�。ㄒ唬┛傮w規(guī)劃

　　網(wǎng)絡(luò)流媒體軟件平臺是南自憑借數(shù)年的監(jiān)控行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和領(lǐng)先的行業(yè)技術(shù)致力研發(fā)而成的，一種完全依托于寬帶網(wǎng)絡(luò)，為客戶提供圖像遠(yuǎn)程采集、傳輸、儲存、處理的一種網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模式。

　　我公司的網(wǎng)絡(luò)流媒體軟件平臺，將多個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場的視音頻碼流數(shù)字化，集中上傳至網(wǎng)絡(luò)，由《南自信息ObserverMerge網(wǎng)絡(luò)流媒體監(jiān)控系統(tǒng)軟件V2.1》之中心管理服務(wù)軟件OBMERGE-S進(jìn)行集中管理。完全拋棄各個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場的個(gè)體化差異，而由管理中心集中管理軟件調(diào)用大型數(shù)據(jù)庫，通過預(yù)先對各個(gè)廠家、各種不同編碼方式SDK包的調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)同一客戶端，瀏覽不同監(jiān)控現(xiàn)場、不同廠家、不同編碼方式的視訊信息，真正做到無區(qū)域，無差異，純網(wǎng)絡(luò)的“一網(wǎng)打盡”網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。系統(tǒng)平臺能將1、不同類型的產(chǎn)品：硬盤錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器；2、不同視音頻編碼方式：MPEG4、MPEG2；3、不同通訊協(xié)議的視頻處理單元集中兼容處理，能實(shí)現(xiàn)同一網(wǎng)絡(luò)客戶端，瀏覽不同站端現(xiàn)場，不同廠家，不同編碼方式的視訊信息。

　　考慮到今后中長期的發(fā)展需求，電力系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用集中管理，分散控制的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)主要分為三級：三級分別是變電站站端、管理中心、監(jiān)控中心，監(jiān)控中心還包括電力網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)客戶端，如圖1所示。

　　各變電站通過2M數(shù)字通道與管理中心連接，在管理中心對系統(tǒng)集中管理。系統(tǒng)中的各監(jiān)控中心通過電力網(wǎng)與管理中心連接，監(jiān)控中心設(shè)置監(jiān)控主機(jī)，通過授權(quán)實(shí)現(xiàn)對全部或部分變電站的監(jiān)控。

　　遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)由各變電站站端、供電公司監(jiān)控中心以及局MIS網(wǎng)上的終端用戶組成。

　　系統(tǒng)內(nèi)可根據(jù)區(qū)域劃分設(shè)置多個(gè)監(jiān)控中心，各監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)與管理中心連接，每個(gè)監(jiān)控中心可以采用監(jiān)控主機(jī)軟解壓或數(shù)字矩陣硬解壓實(shí)現(xiàn)單畫面、多畫面（根據(jù)工作站的配置可實(shí)現(xiàn)4、9、16）顯示。通過大屏幕顯示器可以很輕松的實(shí)現(xiàn)4～64個(gè)圖像同時(shí)顯示，能夠滿足對轄區(qū)內(nèi)所有變電站的監(jiān)控，可以觀看每個(gè)變電站某個(gè)攝像機(jī)的畫面或每個(gè)變電站的16畫面同屏顯示。

　　（二）變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　針對本次變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求，我公司選用以下設(shè)備：嵌入式硬盤錄像機(jī)、視頻橋接器、各種攝像機(jī)（站端設(shè)有室內(nèi)/外球型攝像機(jī)）、燈光/報(bào)警控制單元、紅外對射探測器、紅外三鑒探測器、聲光報(bào)警器等設(shè)備構(gòu)成變電站監(jiān)控點(diǎn)視頻信號全部直接接入現(xiàn)場視頻監(jiān)控主機(jī)，不使用視頻切換矩陣或畫面分割器，保證圖像質(zhì)量。具有前端所有監(jiān)控點(diǎn)高清晰（D1）錄像儲存功能。

　　現(xiàn)場監(jiān)控機(jī)柜的RS485總線信號接到視頻處理單元的RS485控制口中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控所有的監(jiān)控點(diǎn)，通過RS485總線控制高速智能球機(jī)等。視頻監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行傳輸，接入管理中心。

　　變電站配置紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)。我們在變電站的圍墻設(shè)置二/四光束紅外對射探測器，在變電站大門設(shè)置紅外三鑒探測器，能夠有效防止人員的鉆入、跨越。系統(tǒng)監(jiān)測到非法闖入后輸出報(bào)警信號至視頻處理單元，及時(shí)上傳信息到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，軟件自動彈出電子地圖，提示報(bào)警具體地點(diǎn)。同時(shí)能夠聯(lián)動前端相關(guān)設(shè)備，如啟動照明燈光、警笛、語音報(bào)警提示等。

　　系統(tǒng)還可以兼容現(xiàn)場的消防系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)等接入。

　　供電公司的集控中心已建成，變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入該中心。

　　從站端壓縮編碼到監(jiān)控中心端解壓回顯，中間過程不再有其它任何形式的壓縮編碼，確保圖像質(zhì)量達(dá)到MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)，幀率25幀。同時(shí)，前端監(jiān)控主機(jī)可以通過采用TCP/IP、UDP或者組播方式（確保系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)資源的最低占用）將視音頻數(shù)據(jù)傳輸至供電局網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)與MIS系統(tǒng)的資源共享。

　　系統(tǒng)實(shí)行分級控制，根據(jù)業(yè)務(wù)的需要可以實(shí)現(xiàn)合理和安全的優(yōu)先等級管理。除了監(jiān)控中心外，MIS網(wǎng)上的相關(guān)管理部門領(lǐng)導(dǎo)及工作人員，可采用網(wǎng)絡(luò)客戶端或者Web方式（即利用原有MIS網(wǎng)用戶計(jì)算機(jī)的Internet瀏覽器），同時(shí)監(jiān)控管理多個(gè)變電站的多個(gè)實(shí)時(shí)圖像。

　　本系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)充能力和升級能力，當(dāng)新的變電站需納入系統(tǒng)時(shí)，以積木方式擴(kuò)充，系統(tǒng)能確保未來多個(gè)變電站的擴(kuò)展能力。

　　各變電站與管理中心之間的數(shù)據(jù)通訊采用E1網(wǎng)絡(luò)，站端通過視頻處理單元將前端視頻、音頻和數(shù)據(jù)信息壓縮成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，由視頻橋接器上傳至2M數(shù)字通道。站端的核心設(shè)備是視頻處理單元，目前市場上的視頻處理單元種類繁多，主要有硬盤錄像機(jī)、嵌入式硬盤錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器三大類。

　�。ㄈ�）避雷措施根據(jù)我公司多年從事視頻監(jiān)控系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場均采用抗高壓芯片的高可靠性通訊芯片，能夠長時(shí)間穩(wěn)定工作并具有自診斷、故障自恢復(fù)功能，適應(yīng)各類環(huán)境下惡劣的強(qiáng)電磁工作環(huán)境。

　　本系統(tǒng)采取了如下完善的防雷擊和過電壓措施：

　　系統(tǒng)的電源和變電站避雷設(shè)備相連，保護(hù)攝像機(jī)和重要設(shè)備免遭雷擊或過電壓的損壞，有效地保證監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備能安全可靠地運(yùn)行。

　　所有設(shè)備的金屬外殼、支架、配線管、電纜保護(hù)套管及其配件、電纜的屏蔽層等外帶電的裸露金屬部分，均可靠接地。

　　接地或接零用的螺栓應(yīng)有防松裝置，接地線安裝前，在接地處表面不應(yīng)有油漆等絕緣物，應(yīng)涂有電力復(fù)合脂或?qū)щ娦苑冷P脂。

　　防強(qiáng)磁電的接地裝置可與防雷設(shè)備的接地裝置共同設(shè)置，其每一處接地電阻應(yīng)符合防雷和設(shè)備接地的規(guī)定。

　　室外設(shè)備接入系統(tǒng)的所有信號回路、控制回路、視頻回路安裝避雷器，具備有效的防雷和保護(hù)措施。

　�。ㄋ模┛垢蓴_措施

　　變電站內(nèi)存在強(qiáng)烈的電磁場，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信號、控制信號容易受到電磁場的干擾，造成圖像出現(xiàn)雪花、波紋甚至扭曲變形，根據(jù)我們長期在大型變電站的工程設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，我們采取以下措施防止變電站內(nèi)電磁場的干擾：

　　系統(tǒng)采用的設(shè)備全部通過國家相關(guān)部門的檢驗(yàn)，具有生產(chǎn)、銷售許可證，全部經(jīng)過抗電磁能力檢測，能夠適應(yīng)變電站的強(qiáng)電磁場。

　　所有視頻電纜采用特制室外電纜，具有屏蔽層，能夠有效屏蔽電磁干擾。

　　前端攝像機(jī)等進(jìn)行良好接地，避免感應(yīng)電對設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生干擾。

　　視頻電纜的屏蔽層進(jìn)行良好接地處理，徹底排除電磁場對系統(tǒng)的干擾。

　　報(bào)警設(shè)備均采用雙絞線方式進(jìn)行組網(wǎng)，不但可以節(jié)省線纜成本并可以有效屏蔽環(huán)境的干擾。

　　（五）供電方案

　　為保證前端和中心設(shè)備的安全運(yùn)行，杜絕瞬間掉電對設(shè)備的沖擊和損壞，控制室應(yīng)提供長期穩(wěn)定交流電源AC220V/50Hz，所有設(shè)備供電均取自站內(nèi)不停電交流電源。由柜內(nèi)配電器集中配送，機(jī)柜中安裝配電接線端子，每路電源都有標(biāo)簽詳細(xì)說明，便于維護(hù)、檢修。另外，本系統(tǒng)設(shè)備對瞬間過電壓具有保護(hù)措施，如電壓波動在AC180～250V范圍內(nèi)，設(shè)備各項(xiàng)性能和技術(shù)指標(biāo)均能滿足系統(tǒng)要求。

　　（六）網(wǎng)絡(luò)要求

　　供電公司需要為每個(gè)變電站提供至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通道，同時(shí)為變電站的視頻處理單元分配一個(gè)IP地址。變電站通過網(wǎng)絡(luò)與管理中心相連，管理中心作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中心，變電站、監(jiān)控中心均與之相連。各監(jiān)控中心與管理中心的網(wǎng)絡(luò)帶寬建議采用100M，因?yàn)閭鬏斠宦犯咔逦�的D1圖像傳輸需要1M左右的帶寬，100M帶寬能夠支持每個(gè)監(jiān)控中心同時(shí)連接30個(gè)左右的變電站圖像，基本能夠滿足日常監(jiān)控的要求。

　　三、系統(tǒng)主要特點(diǎn)

　　本系統(tǒng)主要采用目前一流的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)，在變電站安全監(jiān)控工程方面達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平�；�于我們對變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的理解與長期的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，我公司設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了許多本公司獨(dú)特的技術(shù)。

　�。ㄒ唬┒嘞到y(tǒng)的統(tǒng)一平臺

　　網(wǎng)絡(luò)流媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)時(shí)就采用了模塊化設(shè)計(jì)，變電站、管理中心、監(jiān)控中心都是系統(tǒng)中的獨(dú)立模塊。各模塊是邏輯劃分，實(shí)際使用時(shí)可以自由組合，如在市級供電公司配置管理中心和監(jiān)控中心，而在負(fù)責(zé)區(qū)域管理的大型變電站配置變電站模塊和監(jiān)控中心模塊。用戶可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行方便的配置，任何一個(gè)模塊均可以單獨(dú)增減，而不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所需費(fèi)用僅僅是所增加的模塊的費(fèi)用。

　　系統(tǒng)平臺不僅適用于電力變電站，還考慮了遠(yuǎn)程營業(yè)站監(jiān)控系統(tǒng)、電力小區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)、電力基地/工作區(qū)/庫房監(jiān)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)之間使用上相互獨(dú)立，對于操作人員來說是多個(gè)不同的系統(tǒng)，共用了同一套系統(tǒng)平臺。

　�。ǘ�）高清晰的D1圖像

　　國內(nèi)大多數(shù)遙視系統(tǒng)圖像分辨率為352×288像素（CIF格式，VCD畫質(zhì)效果），我公司系統(tǒng)從站端壓縮編碼到監(jiān)控中心端解壓回顯，中間過程不再有其它任何形式的壓縮編碼，減少壓縮損失，確保圖像質(zhì)量。在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中采用1～1.6Mbit/s視頻碼流，圖像分辨率可以達(dá)到在D1效果（720×576DVD畫質(zhì)）下25幀全實(shí)時(shí)圖像監(jiān)視效果，同時(shí)通道中的剩余帶寬可滿足雙向音頻、控制、報(bào)警數(shù)據(jù)傳輸需要。

　　（三）靈活的軟硬件解壓縮方式

　　監(jiān)控中心配置簡單靈活，可以采用解碼主機(jī)進(jìn)行硬件解壓，或采用普通配置電腦軟解壓，不需要額外硬件。只要安裝網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控客戶端軟件即可在顯示器上實(shí)現(xiàn)單畫面、多畫面（根據(jù)工作站的配置可實(shí)現(xiàn)4、9、16）顯示，可以很輕松的實(shí)現(xiàn)4～16個(gè)變電站圖像同時(shí)顯示，基本能夠滿足對轄區(qū)內(nèi)所有變電站的監(jiān)控。系統(tǒng)內(nèi)中心管理服務(wù)器與監(jiān)控工作站之間、中心管理服務(wù)器與前端視頻處理單元之間可以通過TCP/IP、UDP或者組播方式（確保系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)資源的最低占用）三種方式連接，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性。

　�。ㄋ模┛刂普緝�(nèi)燈光接口

　　在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中，許多監(jiān)控點(diǎn)是在室內(nèi)，而變電站的房間一般沒有窗戶或者很少，室內(nèi)的光線較暗。為了能清晰地監(jiān)控相關(guān)設(shè)備工作情況，對室內(nèi)攝像機(jī)增加一套獨(dú)立于站內(nèi)照明系統(tǒng)的燈光輔助照明設(shè)備，并通過燈光報(bào)警控制單元進(jìn)行控制開關(guān)。

　　對于室外監(jiān)控點(diǎn)，我方建議采用聯(lián)動控制站內(nèi)原有燈光進(jìn)行照明，通過改造現(xiàn)有的變電站燈光開關(guān)，換成雙控開關(guān)。監(jiān)控中心遠(yuǎn)程可以控制開燈，本地可以關(guān)閉，反之本地開燈，遠(yuǎn)程也可以關(guān)閉。

　　系統(tǒng)可設(shè)定定時(shí)開關(guān)燈、報(bào)警時(shí)自動開燈、延時(shí)關(guān)燈等。