一、變電站視頻監控系統需求分析

　　電力行業(yè)變電站遠程圖像監控系統不同于普通工礦企業(yè)、居民小區的本地監控，它是一種網(wǎng)絡(luò )化視頻監控系統。變電站位置分散，而管理與使用相對集中，在系統實(shí)施前需要進(jìn)行統一的規劃，制定一個(gè)系統平臺，充分考慮變電站視頻監控系統的自身特點(diǎn)。

　　1、經(jīng)過(guò)幾年的建設，有些變電站已經(jīng)陸續安裝了純本地的或小范圍聯(lián)網(wǎng)的分散視頻監控系統，這些系統的規模較小，通常是各變電站獨立工作，或幾個(gè)變電站的聯(lián)網(wǎng)監控。由于各系統分別由不同廠(chǎng)家實(shí)施，變電站前端設備種類(lèi)繁多，有嵌入式硬盤(pán)錄像機、工控式硬盤(pán)錄像機、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(wú)法兼容。要想在中心實(shí)現對所有變電站的監控，必須每個(gè)廠(chǎng)家的設備都配置一套，無(wú)法實(shí)行全區域的集中管理和信息共享。

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

　　2、現在變電站大多通過(guò)PCM設備接入電力網(wǎng)，變電站有的為2M接口，單路最大帶寬為2M.而對于有些地區的新建變電站提供10/100M的以太網(wǎng)接口，隨著(zhù)時(shí)間的推移，可能這樣的變電站可能會(huì )越來(lái)越多，在特殊情況下還可能將多個(gè)2M進(jìn)行復合，提供更高的傳輸帶寬。在現階段的系統平臺設計中要充分考慮到網(wǎng)絡(luò )情況，既要能夠在以前的2M帶寬下傳輸圖像，也能在現在的10/100M帶寬下傳輸圖像。系統應該具有較強的帶寬調節性，能夠根據不同的帶寬自動(dòng)進(jìn)行調節，用有限的帶寬傳輸盡量多的圖像。

　　3、隨著(zhù)電力設備的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，目前110kV及以下變電站多為無(wú)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(lèi)型的變電站前端使用的設備應該有所不同。無(wú)人值守變電站使用的設備應該能夠長(cháng)期在無(wú)人看護的情況下正常工作，便于遠程管理，斷電后來(lái)電自動(dòng)重啟，具有故障報警等功能；有人值守變電站交通較為方便，設備有人看護，可以進(jìn)行日常維護，出現故障能夠及時(shí)排除，更換設備也相對容易，此類(lèi)設備應該更多的考慮使用的便捷性、功能的完整性。

　　4、由于整個(gè)區域內變電站數量眾多，分布在各地，全部集中在一個(gè)地方進(jìn)行監控是不現實(shí)的，效率也不高。目前通常實(shí)行分級監控，在系統內設置若干個(gè)分控中心，通過(guò)授權管理轄區內的各變電站，進(jìn)行統一設備配置、用戶(hù)管理。實(shí)現管理與監控的分離，使系統的配置更加靈活。

　　5、隨著(zhù)電力使用的不斷發(fā)展，將來(lái)會(huì )有越來(lái)越多的新建變電站需要加入系統中來(lái)，因此系統應具有很強的擴展性，支持盡量多的變電站接入，系統的擴展應該盡量簡(jiǎn)單，充分利用原有設備。

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

　　7、變電站是遭受雷擊較多的場(chǎng)所，雖然變電站都有很好的避雷設備、措施，但是根據我們多年的經(jīng)驗，變電站內視頻監控系統遭受雷電破壞的情況還是很多。主要是室外攝像機和室內設備的通信接口，經(jīng)常是一場(chǎng)雷雨過(guò)后許多攝像機無(wú)法控制了。同時(shí)變電站內存在高強度的電磁場(chǎng)，對模擬圖像的影響很大，如果不采取必要的措施會(huì )嚴重影響圖像質(zhì)量。

　　二、系統解決方案

　�。ㄒ唬┛傮w規劃

　　網(wǎng)絡(luò )流媒體軟件平臺是南自憑借數年的監控行業(yè)經(jīng)驗和領(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(hù)提供圖像遠程采集、傳輸、儲存、處理的一種網(wǎng)絡(luò )監控模式。

　　我公司的網(wǎng)絡(luò )流媒體軟件平臺，將多個(gè)監控現場(chǎng)的視音頻碼流數字化，集中上傳至網(wǎng)絡(luò )，由《南自信息ObserverMerge網(wǎng)絡(luò )流媒體監控系統軟件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)監控現場(chǎng)的個(gè)體化差異，而由管理中心集中管理軟件調用大型數據庫，通過(guò)預先對各個(gè)廠(chǎng)家、各種不同編碼方式SDK包的調用，從而實(shí)現同一客戶(hù)端，瀏覽不同監控現場(chǎng)、不同廠(chǎng)家、不同編碼方式的視訊信息，真正做到無(wú)區域，無(wú)差異，純網(wǎng)絡(luò )的“一網(wǎng)打盡”網(wǎng)絡(luò )監控。系統平臺能將1、不同類(lèi)型的產(chǎn)品：硬盤(pán)錄像機、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)現同一網(wǎng)絡(luò )客戶(hù)端，瀏覽不同站端現場(chǎng)，不同廠(chǎng)家，不同編碼方式的視訊信息。

　　考慮到今后中長(cháng)期的發(fā)展需求，電力系統的視頻監控系統采用集中管理，分散控制的網(wǎng)絡(luò )結構，系統主要分為三級：三級分別是變電站站端、管理中心、監控中心，監控中心還包括電力網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò )客戶(hù)端，如圖1所示。

　　各變電站通過(guò)2M數字通道與管理中心連接，在管理中心對系統集中管理。系統中的各監控中心通過(guò)電力網(wǎng)與管理中心連接，監控中心設置監控主機，通過(guò)授權實(shí)現對全部或部分變電站的監控。

　　遠程圖像監控系統由各變電站站端、供電公司監控中心以及局MIS網(wǎng)上的終端用戶(hù)組成。

　　系統內可根據區域劃分設置多個(gè)監控中心，各監控中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與管理中心連接，每個(gè)監控中心可以采用監控主機軟解壓或數字矩陣硬解壓實(shí)現單畫(huà)面、多畫(huà)面（根據工作站的配置可實(shí)現4、9、16）顯示。通過(guò)大屏幕顯示器可以很輕松的實(shí)現4～64個(gè)圖像同時(shí)顯示，能夠滿(mǎn)足對轄區內所有變電站的監控，可以觀(guān)看每個(gè)變電站某個(gè)攝像機的畫(huà)面或每個(gè)變電站的16畫(huà)面同屏顯示。

　�。ǘ�）變電站遠程圖像監控系統的實(shí)現

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

　　現場(chǎng)監控機柜的RS485總線(xiàn)信號接到視頻處理單元的RS485控制口中，實(shí)現實(shí)時(shí)監控所有的監控點(diǎn)，通過(guò)RS485總線(xiàn)控制高速智能球機等。視頻監控主機通過(guò)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警系統。我們在變電站的圍墻設置二/四光束紅外對射探測器，在變電站大門(mén)設置紅外三鑒探測器，能夠有效防止人員的鉆入、跨越。系統監測到非法闖入后輸出報警信號至視頻處理單元，及時(shí)上傳信息到遠程監控中心，軟件自動(dòng)彈出電子地圖，提示報警具體地點(diǎn)。同時(shí)能夠聯(lián)動(dòng)前端相關(guān)設備，如啟動(dòng)照明燈光、警笛、語(yǔ)音報警提示等。

　　系統還可以兼容現場(chǎng)的消防系統、綜合自動(dòng)化系統等接入。

　　供電公司的集控中心已建成，變電站視頻監控系統接入該中心。

　　從站端壓縮編碼到監控中心端解壓回顯，中間過(guò)程不再有其它任何形式的壓縮編碼，確保圖像質(zhì)量達到MPEG-4標準，幀率25幀。同時(shí)，前端監控主機可以通過(guò)采用TCP/IP、UDP或者組播方式（確保系統對網(wǎng)絡(luò )資源的最低占用）將視音頻數據傳輸至供電局網(wǎng)絡(luò )中，實(shí)現與MIS系統的資源共享。

　　系統實(shí)行分級控制，根據業(yè)務(wù)的需要可以實(shí)現合理和安全的優(yōu)先等級管理。除了監控中心外，MIS網(wǎng)上的相關(guān)管理部門(mén)領(lǐng)導及工作人員，可采用網(wǎng)絡(luò )客戶(hù)端或者Web方式（即利用原有MIS網(wǎng)用戶(hù)計算機的Internet瀏覽器），同時(shí)監控管理多個(gè)變電站的多個(gè)實(shí)時(shí)圖像。

　　本系統具有良好的可擴充能力和升級能力，當新的變電站需納入系統時(shí)，以積木方式擴充，系統能確保未來(lái)多個(gè)變電站的擴展能力。

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

　�。ㄈ�）避雷措施根據我公司多年從事視頻監控系統的經(jīng)驗，現場(chǎng)均采用抗高壓芯片的高可靠性通訊芯片，能夠長(cháng)時(shí)間穩定工作并具有自診斷、故障自恢復功能，適應各類(lèi)環(huán)境下惡劣的強電磁工作環(huán)境。

　　本系統采取了如下完善的防雷擊和過(guò)電壓措施：

　　系統的電源和變電站避雷設備相連，保護攝像機和重要設備免遭雷擊或過(guò)電壓的損壞，有效地保證監控系統設備能安全可靠地運行。

　　所有設備的金屬外殼、支架、配線(xiàn)管、電纜保護套管及其配件、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有防松裝置，接地線(xiàn)安裝前，在接地處表面不應有油漆等絕緣物，應涂有電力復合脂或導電性防銹脂。

　　防強磁電的接地裝置可與防雷設備的接地裝置共同設置，其每一處接地電阻應符合防雷和設備接地的規定。

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

　�。ㄋ模┛垢蓴_措施

　　變電站內存在強烈的電磁場(chǎng)，視頻監控系統的視頻信號、控制信號容易受到電磁場(chǎng)的干擾，造成圖像出現雪花、波紋甚至扭曲變形，根據我們長(cháng)期在大型變電站的工程設計施工經(jīng)驗，我們采取以下措施防止變電站內電磁場(chǎng)的干擾：

　　系統采用的設備全部通過(guò)國家相關(guān)部門(mén)的檢驗，具有生產(chǎn)、銷(xiāo)售許可證，全部經(jīng)過(guò)抗電磁能力檢測，能夠適應變電站的強電磁場(chǎng)。

　　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。

　　前端攝像機等進(jìn)行良好接地，避免感應電對設備的運行產(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(chǎng)對系統的干擾。

　　報警設備均采用雙絞線(xiàn)方式進(jìn)行組網(wǎng)，不但可以節省線(xiàn)纜成本并可以有效屏蔽環(huán)境的干擾。

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　　為保證前端和中心設備的安全運行，杜絕瞬間掉電對設備的沖擊和損壞，控制室應提供長(cháng)期穩定交流電源AC220V/50Hz，所有設備供電均取自站內不停電交流電源。由柜內配電器集中配送，機柜中安裝配電接線(xiàn)端子，每路電源都有標簽詳細說(shuō)明，便于維護、檢修。另外，本系統設備對瞬間過(guò)電壓具有保護措施，如電壓波動(dòng)在A(yíng)C180～250V范圍內，設備各項性能和技術(shù)指標均能滿(mǎn)足系統要求。

　�。�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(guò)網(wǎng)絡(luò )與管理中心相連，管理中心作為視頻監控系統的網(wǎng)絡(luò )中心，變電站、監控中心均與之相連。各監控中心與管理中心的網(wǎng)絡(luò )帶寬建議采用100M，因為傳輸一路高清晰的D1圖像傳輸需要1M左右的帶寬，100M帶寬能夠支持每個(gè)監控中心同時(shí)連接30個(gè)左右的變電站圖像，基本能夠滿(mǎn)足日常監控的要求。

　　三、系統主要特點(diǎn)

　　本系統主要采用目前一流的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和視頻監控技術(shù)，在變電站安全監控工程方面達到國內領(lǐng)先水平�；�于我們對變電站視頻監控系統的理解與長(cháng)期的設計施工經(jīng)驗，我公司設計的系統采用了許多本公司獨特的技術(shù)。

　�。ㄒ唬┒嘞到y的統一平臺

　　網(wǎng)絡(luò )流媒體視頻監控系統平臺設計時(shí)就采用了模塊化設計，變電站、管理中心、監控中心都是系統中的獨立模塊。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控中心，而在負責區域管理的大型變電站配置變電站模塊和監控中心模塊。用戶(hù)可根據實(shí)際需要進(jìn)行方便的配置，任何一個(gè)模塊均可以單獨增減，而不影響系統的正常運行，所需費用僅僅是所增加的模塊的費用。

　　系統平臺不僅適用于電力變電站，還考慮了遠程營(yíng)業(yè)站監控系統、電力小區安防監控系統、電力基地/工作區/庫房監控系統。這些系統之間使用上相互獨立，對于操作人員來(lái)說(shuō)是多個(gè)不同的系統，共用了同一套系統平臺。

　�。ǘ�）高清晰的D1圖像

　　國內大多數遙視系統圖像分辨率為352×288像素（CIF格式，VCD畫(huà)質(zhì)效果），我公司系統從站端壓縮編碼到監控中心端解壓回顯，中間過(guò)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)際項目應用中采用1～1.6Mbit/s視頻碼流，圖像分辨率可以達到在D1效果（720×576DVD畫(huà)質(zhì)）下25幀全實(shí)時(shí)圖像監視效果，同時(shí)通道中的剩余帶寬可滿(mǎn)足雙向音頻、控制、報警數據傳輸需要。

　�。ㄈ�）靈活的軟硬件解壓縮方式

　　監控中心配置簡(jiǎn)單靈活，可以采用解碼主機進(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 )監控客戶(hù)端軟件即可在顯示器上實(shí)現單畫(huà)面、多畫(huà)面（根據工作站的配置可實(shí)現4、9、16）顯示，可以很輕松的實(shí)現4～16個(gè)變電站圖像同時(shí)顯示，基本能夠滿(mǎn)足對轄區內所有變電站的監控。系統內中心管理服務(wù)器與監控工作站之間、中心管理服務(wù)器與前端視頻處理單元之間可以通過(guò)TCP/IP、UDP或者組播方式（確保系統對網(wǎng)絡(luò )資源的最低占用）三種方式連接，具有很強的網(wǎng)絡(luò )適應性。

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　　在變電站監控系統中，許多監控點(diǎn)是在室內，而變電站的房間一般沒(méi)有窗戶(hù)或者很少，室內的光線(xiàn)較暗。為了能清晰地監控相關(guān)設備工作情況，對室內攝像機增加一套獨立于站內照明系統的燈光輔助照明設備，并通過(guò)燈光報警控制單元進(jìn)行控制開(kāi)關(guān)。

　　對于室外監控點(diǎn)，我方建議采用聯(lián)動(dòng)控制站內原有燈光進(jìn)行照明，通過(guò)改造現有的變電站燈光開(kāi)關(guān)，換成雙控開(kāi)關(guān)。監控中心遠程可以控制開(kāi)燈，本地可以關(guān)閉，反之本地開(kāi)燈，遠程也可以關(guān)閉。

　　系統可設定定時(shí)開(kāi)關(guān)燈、報警時(shí)自動(dòng)開(kāi)燈、延時(shí)關(guān)燈等。