电力变电站远程图像监控系统解决方案

　　针对电力行业远程图像监控系统的特点，根据 缔盟视迅D&M 系列网络视频服务器在电力行业工程应用实施的经验，参考上海广电集团公司就电力远程图像监控系统应用制订的《广电集团电力远程图像监控系统技术标准》，特提出基于缔盟视迅D&M 网络视频服务器的电力变电站远程图像监控系统解决方案。

　　系统综述

　　随着无人值守变电站管理模式的推广，变电站巡检制度的建立，在巡检中心、集控中心(集控站)等相关部门通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时图像监控、远程故障和意外情况告警接收处理，可提高变电站运行和维护的安全性和可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。在电力系统，这种监控系统也被称为“遥视系统”。

　　基于缔盟视迅D&M 网络视频服务器的电力变电站远程图像监控系统解决方案针对变电站内的如下目标实施实时监控：

　　● 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运行状态;

　　● 监视变电站内CT、PT、电缆接头和绝缘子等高压设备的外观状态;

　　● 监视变电站内隔离开关和接地刀闸的分合状态;

　　● 监视变电站内其他充油设备、易燃设备的外观状态;

　　● 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;

　　● 实现变电站站内关键部位防火、防盗自动监视，可进行周边报警联动。

　　系统设计依据和原则

　　主要依据电力行业对电力远程监控系统的需求，以及本产品在电力系统多次应用过程中实际经验，电力远程监控系统招标文件技术部分中所提出的整体建设目标、系统功能、技术性能指标等，在设计时着重参考《工业电视系统工程设计规范》、《MPEG4视音频编解码标准-视听对象的编码(6部分)》、《100BASE-TX快速以太网接口标准》、《广电集团电力远程图像监控系统技术标准》等标准。

　　本解决方案以满足实际应用为出发点，在视频传输方面尽量利用电力现有的通讯网络以求最大程度降低系统造价。系统设计原则如下：

　　● 系统稳定性、可靠性;所选硬件均选用先进、成熟、可靠的产品，且具备良好运行业绩。

　　● 系统先进性;采用目前最先进的软硬件组合，使系统兼容性、升级、扩展更容易，并采取模块结构维护简单化。

　　● 系统易操作性和实时性;所有操作均采用WINDOWS标准窗口操作，并使信号实时上传，真正做到实时性。

　　● 免维护性;通过模块化、层次化的设计可基本实现系统的免维护。

　　● 可扩容性;可根据需要方便地进行网络逐级汇接，增减各类站级前端设备等。

　　系统网络结构

　　基于缔盟视迅D&M 网络视频服务器的电力变电站远程图像监控系统，对于纳入遥视监控范围的变电站的数量没有限制，主要视其应用环境的网络状况，因此基本上系统规模可根据电网区域范围大小和变电站数量自由组合定义。同时系统可按多级组网的方式，形成大规模的监控网络。

　　根据电力行业的应用特点及管理模式，其电力变电站远程图像监控系统基本上分为主控中心、区域监控中心和站端系统的三级网络结构方式。系统在各变电站站端装备一台或多台缔盟视迅D&M 网络视频服务器(具体数量视变电站内配置的监控摄像机数量)执行视频处理单元RVU功能，完成对视音频信号的数字化及编码压缩处理，将其和报警等数据信息一起打包成IP数据包在IP网络上传输;各集控中心(包括巡检中心)设区域监控中心，利用中心与变电站之间的10/100Mb/s (10/100BASE)光/电接口通道或2Mb/s(G.703)电路通道，接收各变电站站端网络视频服务器上传的视音频、报警信息，同时通过“量子网络视频集中监控系统管理软件”进行远程实时监控;在条件成熟的前提下可在调度中心设立主控中心。系统的分级拓扑简图如图一所示。

　　此外，可将监控网络单独划为一个VLAN子网，只通过FE或GE与中心交换机或路由器建立连接，这样，变电站内的设备运行信息可直接进入电力单位的MIS网络，即将图像、语音、报警信息送到MIS系统，使得MIS上的被赋予权限的工作台式电脑都可获得图像、报警等信息而无需额外建设投资。

　　系统组成及各部分配置要求

　　4. 1 电力变电站远程图像监控系统的组成

　　如前所述，根据电力行业的应用特点及管理模式，其电力变电站远程图像监控系统由主控中心(调度中心)、区域监控(巡检)中心和前端变电站站端部分(监控前端)以及传输网络设备构成。

　　其中，主控中心和区域监控中心的功能基本一致，主要包括监控管理服务器、中心值班员工作站、录像资料存储设备以及量子网络视频集中监控系统应用软件。变电站监控前端部分包括摄像机及配件、语音设备、网络视频服务器(视频处理单元RVU)、矩阵控制器(可选)、告警处理单元等。

　　视频、音频、告警信息，由网络视频服务器压缩编码后，通过通信网络，上传到监控中心，完成实时监控，掌握站内设备运行情况。监控中心可实施对变电站监控设备的管理、告警信息的查询、图像浏览和控制等功能。

　　考虑到电力系统建设的阶段性特点，基于缔盟视迅D&M 网络视频服务器的电力变电站远程图像监控系统具备良好的可扩展性。各功能部分采用模块化结构，非常易于扩容、组网方便、配置灵活，并具有良好的用户接口。

　　● 在系统加入新的变电站时，只须建立站端监控前端系统并建立和监控中心的连接即可;

　　● 系统各项功能和运行状态不受扩建影响;

　　● 系统具备多级组网能力以组建全省的监控网络。

　　其基本三级组网结构图如图二所示：

　　4.2 变电站监控前端部分

　　变电站监控前端部分设备安装在变电站现场，完成变电站现场各种信息采集、处理、上传，主要可分为网络视频服务器(视频处理单元RVU)和外围监控设备两大部分。设备应符合变电站自动化设备设计要求及有关标准，各部分的配置和要求如下：

　　4.2.1 网络视频服务器

　　网络视频服务器是电力变电站远程图像监控系统中的核心设备，执行电力有关标准规范中所谓的站端视频处理单元的功能，主要包括：

　　● 采集变电站各监控对象的视频图像和背景声音，经过压缩编码后上传到监控中心;

　　● 在需要时，通过现场网络连接解码器，根据本地或监控中心操作发出来的命令控制视频切换、控制镜头聚焦、近景/远景、光圈调节，控制云台上下、左右和自动巡视动作;

　　● 根据告警处理单元、报警探测器采集到的各种状态信息和报警信息，实现警视联动录像功能，自动启动告警照明灯、警铃等受控设备，自动以字幕、声光提示报警加以说明;

　　● 与变电站相关自动化系统(即综合自动化系统或RTU、门禁系统等)互联互动，根据预先设定信息实现和所连接的自动化系统之间的联动;

　　需要特别指出的是，由于量子网络视频服务器的独特性能和强大功能，在变电站站端和监控中心之间网络带宽允许的情况下，它可以将变电站站端所有监控对象的视频图像实时上传到监控中心并同时显示。而采用工控机加视频压缩卡或采用数字硬盘录像机执行站端视频处理单元功能的电力变电站远程图像监控系统模式，由于其自身架构原因，就无法实现这一功能。出于变通考虑，通常在摄像机和监控站端视频处理单元之间接入矩阵控制器(如十六路入四路出)，减少输入到站端视频处理单元的视频路数，达到准实时监控的目的。

　　4.2.2 外围监控设备

　　由于各变电站规模、电压等级、变电站形式(室内、室外)的不同，外围监控设备的类型、构成和组织结构，尤其是摄像点的布置和摄像机的类型数量差异较大，总体上以满足图像监控基本目标和要求为原则进行配置。

　　1、监控摄像机及配件

　　按照《广电集团电力远程图像监控系统技术标准》参考摄像机配置如下：

　　应用于变电站监控的摄像机类型有一体化球形摄像机、彩色摄像机、黑白摄像机等，加上配套的云台、防护罩、支架和云镜解码器等，一般要求指标如下：

　　● 一体化球形摄像机，可预设64个以上位置，视频输出VBS1.0Vp-p/75欧，20倍光学焦距，8倍数字焦距，清晰度480线，逆光补偿功能，自动/手动聚焦，遥摄全景旋转(360度连续)，倾斜旋转-5°～90°，环境温度：-10°～+50°，最小照度1LUX，RS485/232接口，功耗≤50w，信噪比≥40db。

　　● 彩色摄像机，光灵敏度值<2Lux, 清晰度>470线。

　　● 黑白摄像机，光灵敏度值<0.5Lux, 清晰度>400线,背光补偿功能。

　　● 云台、防护罩、支架，室内型云台、防护罩、支架要求具备防锈防腐功能;室外型云台、防护罩、支架应具备防雨、防尘、防锈、防腐能力，对高低温环境条件特别恶劣的摄像点，应采用具备高低温防护能力和雨刮器的防护罩以保护摄像设备。

　　● 云镜解码器，具备RS485/232接口，通过网络线和网络视频服务器透明通道相连接，直接受控于网络视频服务器(视频处理单元RVU)，按预定程序或监控中心工作人员的操作指令，执行对云台和镜头等控制对象的控制。

　　2、警探测器和告警处理单元

　　报警探测器包括烟感探头、温湿度感应探头、微波双鉴探头、红外线光束对射探头等，用于监测变电站设备和环境的异动情况。所有报警探测器的告警限值可以通过软件设定。

　　报警探测器采集的干节点告警状态最先经过告警处理单元的处理，并完成一些逻辑关系，以数据的形式通过RS232/485串口上传到网络视频服务器并最终到达监控中心。在监控中心，监控管理系统软件根据事先的设定程序，执行一系列关联操作，如对指定监控点图像进行录像，通过网络视频服务器启动变电站相关位点照明、控制一体化球形摄像机到相关预置位点等等。

　　此外，变电站综合自动化系统也可以和变电站远程图像监控系统建立链接，将有关告警数据发送到监控中心，并由监控中心执行如上所述的处理程序。

　　3、其它设备

　　变电站监控前端可根据系统需要，配备变电站专用标准机柜放置站端设备，配备麦克风、喇叭等语音设备通过系统软件实施广播、对讲等功能，配备防雷设施、直流供电电源、不间断供电电源等等。

　　4.3 远程监控中心

　　远程监控中心的概念包括主控中心(调度中心)和区域监控(巡检)中心。主控中心以权限管理的方式管理监控各区域监控中心，主控中心的功能和区域监控中心的功能基本相同，所以在此以区域监控中心为例一并叙述。

　　远程监控中心的基本功能是完成所辖变电站图像的实时显示、控制、存储、管理等功能，其硬件系统主要由系统服务器、值班员工作站、网络接口设备、存储打印设备等组成，其核心是“量子网络视频集中监控系统管理软件”。

　　4.3.1 远程监控中心网络接口

　　根据电力通信网络的具体现状，为使监控中心和变电站站端建立IP网络连接，网络接口可采用下列三种接口方式：E1接口：G.703信号收发(ITU-T G.703建议);10BASE-T标准LAN接口,符合IEEEE802.3/ETHERNET标准;100BASE-TX标准LAN接口, 符合IEEEE802.3U/ETHERNET标准。

　　4.3.2 系统服务器

　　监控中心设系统服务器，安装Windows操作系统以及量子网络视频集中监控系统管理软件，并根据需要配备大容量硬盘或外置存储设备。系统服务器硬件要求P4 2G以上CPU，256M以上内存，自带32M显存显卡的工控式PC。

　　系统服务器作为监控中心的系统操作平台，主要负责接收、存储、分析、统计和查询远端变电站上传的视音频、告警、数据信号，同时执行强大的系统管理功能，包括管理系统用户和设定用户权限、管理和配置系统设备、对报警信息进行联动处理、作为网络服务器管理网络用户和网络设备等等。而这一切功能都是以量子网络视频集中监控系统管理软件为核心实施的。

　　4.3.3 值班员工作站

　　值班员工作站可根据需要集中或分散地设在运行班组、保卫部门、安监部门或值班领导处，对于监控变电站数量较少的系统可将系统服务器兼做值班员工作站。值班员工作站硬件要求P4 1G以上CPU，256M以上内存，自带32M显存显卡的工控式PC。

　　值班员工作站安装Windows操作系统，通过IE浏览器(如需要也可安装量子网络视频集中监控系统管理软件)对下辖各变电站进行实时监控，包括：

　　● 启停录像功能，控制摄像机动作，控制雨刷、照明开关和变电站其他控制操作动作;

　　● 显示系统和各变电站电子地图，显示布防和撤防状况和进行布防和撤防;

　　● 对监控画面进行各种分割显示、轮巡显示、全屏及缩放显示;

　　● 监控设备工作状态，自动生成运行日志，自动进行维护管理;

　　● 查询报警状况和记录，历史录像记录和管理;

　　● 打印输出实时的和历史的各种数据、报表、图像。

　　4.3.4 量子网络视频集中监控系统管理软件

　　量子网络视频集中监控系统管理软件作为监控中心对下辖变电站远程管理和值班运行的核心，对系统的监控设备进行统一的管理和维护。该应用软件能提供标准软件接口，即二次开发手段，使得其他网络用户能对图像信息进行二次开发应用。同时，该应用软件能够很好地支持系统的扩充，当系统改造或扩充时，不必修改程序和重新组装软件就能实现功能的具体要求。其具体功能在下一章详细论述。

　　4.3.5 其它设备

　　监控中心可根据系统需要增设图像打印机、光盘刻录机、不间断供电电源等设备以及避雷器、隔离变压器等防雷抗干扰设备。

　　系统总体功能、性能指标和特点

　　电力变电站远程图像监控系统基于缔盟视迅D&M 网络视频服务器硬件设备，并以量子网络视频集中监控系统管理软件为核心，执行强大的系统功能。

　　5.1 系统总体功能

　　由于在电力变电站远程图像监控系统中，前端的视音频信号通过缔盟视迅D&M 网络视频服务器编码压缩成IP数据包，会同前端数据信号经网络视频服务器网络接口进入IP网络，因此，包括监控中心的系统服务器、值班员工作站、变电站本地工作站，网络上的任一台计算机终端，通过权限控制的方式可以实现对前端变电站的无级监控。

　　5.1.1 实时图像监视

　　包括监控中心、电力MIS网上的任意监控终端，通过量子网络视频集中监控系统管理软件或标准IE浏览器，可实时监视同一变电站或多个变电站的所有图像信息，可以同屏显示多路(1、4、9、16路)实时图像信息。多台监控终端可同时监视某一点图像信息，通信方式为IP单播、组播方式。

　　监控终端可以轮巡监视多路实时图像信息，在设定的间隔时间内对系统内的所有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。

　　5.1.2 语音功能

　　本地变电站和监控中心值班员工作站之间，不同的监控终端用户之间，可以实现基于IP的语音功能，包括：实时的语音半双工对讲及语音广播功能;采用IP语音系统内单方呼叫，被呼叫方应自动应答(指系统IP应答);不同的用户之间进行在线工作交流;向低等级的用户发出工作指令;变电站端场景录音;与站内的维护操作人员对讲机进行远程对讲。

　　5.1.3 本地及远程控制

　　本地变电站或远程的任意监控终端，通过量子网络视频集中监控系统管理软件或标准IE浏览器，可控制变电站的云台、镜头等监控设备，布防/撤防设置，变电站现场照明等设备控制;也可以按照事先软件设置的联动策略，对变电站报警触发执行一系列的控制程序。

　　自动复位功能，对于受控的前端设备，包括云台、镜头、灯光等，按照事先软件设置，在控制完成后的可设定的时间段后恢复到默认状态。

　　控制权级别，监控中心的系统服务器可以设置不同终端用户的控制权等级，高优先级的用户根据等级优先的原则可无条件获得低优先级用户的控制权，同级别用户根据时间优先的原则获得控制权。

　　5.1.4 录像功能

　　系统默认的录像速率为25 帧/秒(PAL制式)，但用户可对录像速率进行调整，以减轻硬盘与系统的负荷。每一路视频数据录像参数均可以独立设定，相互之间不会有任何干扰。录像的磁盘容量空间可设置，并具备自动覆盖功能，即设定的磁盘容量空间被录像资料用完后，新的录像资料将逐渐覆盖最旧的录像资料以循环利用磁盘空间。系统录像功能包括实时录像、定时录像、运动检测预触发录像及报警预触发录像。

　　5.1.5 报警功能

　　电力变电站远程图像监控系统的报警种类可分为外围报警和内部报警两类。

　　外围报警包括变电站事故报警、电力设备状态变化及故障报警、消防报警、防盗报警、防火报警、电力设备水浸报警、门禁报警、非法闯入及画面异动报警等，主要通过告警处理单元或变电站综合自动化系统到达监控中心。报警事件发生后，监控终端将发出声光提示并显示报警位置和类型。监控中心将人工或按预定程序发出控制指令，联动相应报警目标的图像监视，指定相应摄像机进行录像，启动现场照明、警笛等。相关设备启动后，应在设定的时间内自动关闭，且现场照明在白天(时间段可设)可不打开。

　　内部报警主要包括前端视频信号中断报警和系统服务器磁盘容量空间报警。一旦因摄像机与网络视频服务器之间线路故障、网络故障、设备故障等原因，导致视频信号中断丢失，或系统服务器的录像存储空间超过预定值，系统能够立即检测到并做出声光报警提示和日志记录等相应动作。

　　报警级别可根据需要设定为严重报警、一般报警两级。报警信号、报警内容可在任何画面自动显示。所有报警信息均自动保存，可由报警信息检索回放相应的图像录像，有需要时可打印输出。发生多点报警时，按报警级别高低优先和时间优先的原则显示存贮。

　　5.1.6 系统管理功能

　　电力变电站远程图像监控系统的系统管理功能包括历史图像管理、安全管理、日志管理等。

　　1、历史图像管理

　　监控中心值班员工作站、电力MIS网上的任意授权终端用户均可通过访问系统服务器，远程检索回放站端的任一摄像头的历史图像及报警录像。系统提供了智能化快速检索回放录像资料的功能，可按时间、地点、摄像机、报警事件等要素进行检索，大大降低了检索时间和复杂程度，使用户可以迅速地查找到需要的录像资料。

　　回放有逐帧、慢放、常速、快速及放大/缩小等多种方式，并可以将任意一副回放图像存放成JPEG或BMP格式的图像，供数据交换使用或打印输出。

　　2、安全管理

　　本系统提供了多种安全措施保证系统的正常运行及相关信息的保密性。

　　● 实行操作权限分级管理，按工作性质对每个用户赋予不同权限等级，系统登录、操作均进行权限查验;

　　● 使用图像掩码技术，在压缩后的每帧图像中加入了特定的文字或图像数据，防止原始录像资料被人为篡改;

　　● 防死机看门狗(WATCHDOG)功能，当网络视频服务器硬件设备出现异常死机时，看门狗功能可以自动重新引导设备恢复正常工作，保障设备的持续正常运行。

　　● 备份功能，当系统发出磁盘容量空间报警，或者用户有重要的监控录像需要备份时，可以使用系统的备份功能，将所需的监控录像资料转储至其他指定的存贮介质。系统支持如可擦写光驱、外接磁盘阵列等可以热插拔的存贮设备，用户无需中断系统的工作就可以完成备份操作。

　　● 日志功能，详见下一节日志管理。

　　3、日志管理

　　系统的每个重要的操作和事件都有详细的日志记录。日志可分为报警日志、录像日志及用户操作日志。日志记录仅供拥有系统管理员级权限的用户查看，以保证系统的安全性。

　　4、其它

　　本系统具有较强的容错性和故障自诊断功能，不会因误操作或设备故障等原因导致系统出错和崩溃。

　　系统的核心硬件设备—- 缔盟视迅D&M 网络视频服务器作为嵌入式设备，采用了目前最新的闪存技术来保存OS和系统参数，即使设备掉电也不会丢失数据。而且设备内置WEB服务器，需要升级或更改配置参数时，可以远程通过IE浏览器实现。

　　5.2 系统的性能指标及主要参数

　　视频制式NTSC或PAL格式

　　视频压缩方式H.264图像压缩编码

　　视频解像度标准352×288像素，可自定义调整，最大704×576像素

　　帧率25帧/秒(PAL制式)，30帧/秒(NTSC制式),向下可调

　　音频压缩标准ISO-MPEG Audio Layer-3

　　系统可用率> 99%

　　同时可监看的变电站个数> 30个

　　视频流占用带宽平均250 kbps(分辨率352×288，25帧)

　　系统平均无故障工作时间MTBF > 30000小时

　　硬件平均无故障工作时间MTBF > 100000小时

　　系统平均维护时间MTTR < 0.5小时

　　监控画面显示与实际事件发生时间差< 0.5秒

　　事件报警到系统自动记录相应画面时间差< 0.8秒

　　各报警探头报警到后台信息显示时间差< 0.5秒

　　5.3 系统特点

　　基于缔盟视迅D&M 网络视频服务器硬件设备和量子网络视频集中监控系统管理软件的电力变电站远程图像监控系统，不仅功能强大，在性能上也超过常规的远程监控系统，主要的系统特点概括如下：

　　5.3.1 优秀的图像品质

　　采用先进的H.264编解码技术，图像清晰、自然。标准分辨率352×288像素，最高达704×576像素，并可自定义。图像无闪烁，连续性好，标准图像帧率25帧/秒(PAL制式)、30帧/秒(NTSC制式)。特别适用于电力行业对变电站运行设备外观进行细节观测的应用。

　　5.3.2 低带宽占用

　　采用独特的自适应P帧及B帧压缩技术，进一步加强了H.264压缩算法的压缩比，配合IP组播功能，大大降低了浏览图像时占用的网络带宽。

　　传输图像在25帧/秒、分辨率352×288像素时，平均占用带宽仅为250kbps，使用户在同样的网络条件下可传输的视频路数提高了数倍，无形中节约了用户的网络资源投入。

　　5.3.3 低延时性

　　H.264加强标准编码技术，远程视频传送延时不到一秒，极大改善了远程实时监控效果。

　　5.3.4 无限制位点远程实时监控录像

　　采用独特流技术，突破了传统方式的局限性(注：传统方式采用硬盘录像机或工控机加视频压缩卡作为站端视频处理单元，无法将多路压缩后的视频信号同时上传到监控中心。为此采取折中手段，在站端视频信号源和视频处理单元之间加装控制矩阵、画面分割器，将多路视频信号转换成比如两路视频信号再进行压缩上传。)，可同时对无限制多个监控位点图像实施远程实时监控录像，而且还避免了用户在控制矩阵、画面分割器设备的投入。

　　5.3.5 系统结构灵活

　　采用标准的组网方式，支持IP单播、组播功能，可以组成点对点的监控系统，又可以组成一个中心对对各站点的系统;在网络上可以设置多个分控图像工作站，满足多个用户的需要，也可以用WEB方式组成多级监控系统。

　　5.3.6 可扩容性强

　　采用模块化设计，能够平滑实现端局扩容、中心扩容和分控台扩容。无论单级扩容或多级扩容都可以充分利用前期资源，降低扩容投入成本。

　　5.3.7 易操作性

　　监控中心量子网络视频集中监控系统管理软件的操作平台是Windows NT/2000中文版，控制界面为图形方式，界面、菜单全为中文，用户可以非常迅速地熟悉操作软件的使用。

　　5.3.8 自主开发

　　系统的核心硬件设备和管理软件均属自主开发，能够及时提供良好的售后服务，响应用户的特殊需求，针对用户的要求进行功能方面的量身定做。