摘要： 介绍了无人值守变电站远程图像监控系统的结构和功能，对河北唐山供电局下属10个110kV变电站远程图像监控系统的新增功能进行了介绍， 给出了解决窄带宽图像传输的措施，并指出了在工程设计中应注意的问题。
关键词： 无人值守变电站；远程图像监控系统；编解码算法；流媒体
0 引言
变电站是电力系统中的重要组成部分。对变电站进行集中监控，实施无人值班是一项涉及电网电气设备、调度自动化系统、通信方式、防火、防盗和运行管理等方面的系统工程［1］。无人值守变电站远程图像监控技术是20
世纪90 年代后期在计算机技术、通信技术和超大规模集成电路技术的基础上发展起来的一项综合性技术［2］。
变电站现有的遥测、遥调、遥信、遥控系统虽然能提高变电站的自动化水平，但由于管理和技术等方面的原因，还难以真正实现变电站无人值班。在变电站中安装上远程图像监控系统,增加在线遥视功能后，不但就能监视、记录变电站的安全及设备运行情况,
为事后分析事故提供有关图像资料, 而且能起防火、防盗等作用。
1 变电站远程图像监控系统的作用和监控对象
1.1 监控系统的作用
（1） 生产运行管理：①生产管理部门领导根据监控系统可了解变电站的运行现场的情况，以及事故处理与检修情况。②控制中心及巡检人员根据监控系统可了解设备运行和操作情况。如隔离开关的开合是否到位,变压器是否有漏油发生等。
（2） 变电站安全运行管理：①安全保卫。防止他人的非法进入。②对控制室、配电室等进行消防监视。③监控设备的状态。如设备的运行与备用,断路器的开断与闭合等。
1.2 监控对象
（1） 图像监控：①主变压器、断路器节点、户外隔离开关的关合状态。②变压油枕、油位情况。③主控室监控表盘的指示。④10kV机械室开关柜。
（2） 环境监测。①非法入侵信号（红外探测信号，包括控制楼内大门、院大门、院墙、周届等）监测。②烟雾告警，温度、湿度告警，以及实时数据采集。
2 远程图像监控系统的结构及功能
2.1 结构
远程图像监控系统一般可分为变电站前端(现场)子系统、通信系统设备和控制中心设备3 部分。系统拓扑结构如图1所示。
图1 远程图像监控系统拓扑结构图
2.1.1 变电站子系统
变电站子系统是远程图像监控系统的基本组成单位, 也是该系统的关键设备。变电站子系统主要硬件组成如下:
（1） 视频采集设备。摄像机、云台、快球、解码器等。
（2） 告警信号采集设备。烟感、红外对射、双鉴探测器、温湿度传感器等。
（3） 控制室设备。视频服务器、告警信息控制模块、RS－232/RS－485 转换模块、交换机、语音对讲设备、逆变器、配电设备等。
变电站子系统完成视频信号和环境监测信号的采集。视频服务器将压缩后的视频、报警等数据复合后, 通过信道发送到监控接收主机。同时,视频服务器也接收来自监控中心控制主机的控制信号,
实现云台、镜头和灯光等控制, 以及进行报警的布防和撤防。
2.1.2 通信系统设备
通信通道起到连接变电站和主站的桥梁作用，也它是远程图像监控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数据的质量。目前，在电力系统中采用的传输方式主要是E1(2.048
M 的链路)线路传输方式。系统设备配置如图2所示。
图2 通信系统设备配置图
2.1.3 控制中心设备
控制中心设备由管理服务器和若干监控计算机组成,来自不同前端的数据通过通信接口输入管理服务器,由管理服务器将其转发到以太网上,采用TCP/ IP协议和组(Multicast)技术及流媒体技术。在以太网上的计算机均可配置成监控主机,具有很大的灵活性,多个用户可同时进行监控,每个用户可同时监控多个前端,不同用户可同时监控同一前端。管理服务器除转发视频、音频数据外,还完成对整个监控系统的管理,如优先权、用户权限、日志、控制协调、报警记录等。后台监控主机可以是以太网上的普通PC
机,用监控软件或因特网浏览器实现图像监控功能。
同时也可以与数据采集和监控系统(SCADA)及管理信息系统（MIS）网互通，实现电网调度和维护的可视化。
2.2 功能
2.2.1 基本功能
(1) 图像监控功能。包括远程图像监视、硬盘录像、事故记录与回放、摄像机预置等功能。
(2) 报警功能。包括安防报警、视频丢失报警、移动侦测报警、越限报警和报警联动等功能。
(3) 系统管理功能。包括用户管理、网络管理、系统日志、控制权协商、信息查询和系统自检等功能。
2.2.2 新增功能
最近，在河北唐山供电局完成了其下属10个110kV变电站远程图像监控系统，在原有功能的基础上，通过对监控系统软硬件的开发，新增加了如下功能：
（1） 自动开启辅助照明系统。场区或变电站室内辅助灯光跟随相应的告警信号自动开启，并可延时关闭，保障照明设备的使用寿命。厂区灯光现场人工控制与远程遥控功能相互不影响。
（2） 温度、湿度监视及越线报警。由温度、湿度探测器实现并完成对温湿度数据的采集，将数据准确地上传到监控中心软件，在集控中心应显示温湿度的实际采集数据，并且做出详尽的统计。数据统计均保存6个月以上，并可随时调看。温度显示软件还可以按照安全要求设定温湿度安全警戒数值。一旦越界，会立即发出报警提示，应有声光告警。
（3） 云台定时定期自动巡检功能。可对监控范围某一点的情况实行动态地采集数据，增加在无人操控云台时的监控范围，系统对镜头预置位进行轮巡。
（4） 网络传输通道。将原有2M转换设备升级为2~8M自适应。
3 远程图像监控系统技术要点
3.1 压缩算法
目前，远程图像监控系统的主流视频编码方式有基于ITU－T的H.264及基于IOS/IEC的MPEG4 2种［4］。2种编码方式均具有网路带宽占用低，视频质量好与分辨率高的优点。但也各有其优缺点：
H.264对网络传输具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输。具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量。H.264能适应于不同网络中的视频传输，网络亲和性好。H.264比MPEG－4节约了50%的码率。但H264编码方式存在图像压缩痕迹明显、运动物体边缘有水纹波的现象［5］。
而MPEG－4技术的标准是对运动图像中的内容进行编码，其具体的编码对象就是图像中的音频和视频，术语称为AV对象，而连续的AV对象组合在一起又可以形成AV场景。因此，MPEG－4标准就是围绕着AV对象的编码、存储、传输和组合而制定的，高效率地编码、组织、存储、传输AV对象是MPEG－4标准的基本内容。
3.2 IP组播技术及流媒体技术的应用
流媒体是指在因特网、企业网中使用流式传输技术播放的连续媒体，媒体格式如音频、视频或多媒体文件。流媒体的核心技术之一就是流式传输，网络广播技术。其播放方式包括单播、组播、点播与广播［5］。
在视频点播的发展中，IP 组播技术起到关键推动作用。IP 组播技术构建一种具有组播能力的网络，允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用组播方式，媒体服务器只需要发送一个信息包，而不是多个，路由器将该信息包复制给请求的网络，所有发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上传输的信息包总量，网络利用效率大大提高［6］。IP
组播方式将数据包的单独一个拷贝发送给需要的客户，不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上，没有发出请求的客户端不会收到数据包，该功能由路由器或交换机实现，保证了网络上图像信号的传输占用较小带宽，防止网络传输阻塞，对原有的管理信息系统（MIS）网影响最小。
在变电站远程图像监控系统中应用IP 组播技术及流媒体技术可解决窄带宽图像传输的问题，保证了在较小的带宽条件下获得清晰流畅的图像。
4 应注意的问题
在图像监控系统的工程设计中, 还必须考虑以下因素:
(1) 变电站摄像头的数量和位置选择应合理。 使用较少的摄像头监视较多的目标, 摄像头的位置必须考虑带电安全距离, 防止由于高电压带电设备对图像监控设备放电而带来安全隐患,并且考虑今后维护方便。
(2) 做好接地和过电压保护措施。变电站内有强电磁场干扰, 容易对图像数据等产生影响, 因此要对变电站主机、摄像机、云台、控制器等设备外壳做好接地保护,
并对其视频、控制线路采取良好的接地和过电压保护措施。
(3) 火灾报警和入侵报警探测器布置合理, 防止受干扰和误动作。
(4) 为确保图像监控系统稳定可靠工作, 系统应采用不间断电源供电。
(5) 精心挑选球型摄像机。 在设备巡视、报警联动、预制点巡航中都要使用球型摄像机, 球型摄像机易损坏, 且价格昂贵, 一定要精心挑选。装在户外的球型摄像机很容易进水,
安装时工艺要讲究。
(6) 做好防雷工作。为了防止感应雷的袭击,必须做好户外球型摄像机金属部分的防雷接地,特别是装在控制室楼房高处的球型摄像机更要做好防雷接地, 接地电阻应小于或等于10Ω。监控系统的电源线路,
计算机数据信号接口均要装设电涌防护器。
5 结束语
变电站综合自动化系统可以实现远方的遥测、遥信、遥控、遥调(即“四遥”)功能,由于远程图像监控系统在电力系统中的应用,使变电站综合自动化系统又增加了遥视功能,由“四遥”发展到了“五遥”,进一步加强了对无人值守变电站的运行管理,保证了电力系统的安全。
6 参考文献
［1］ 厉吉文. 220kV 变电站实施无人值班集中监控基本技术条件及管理模式探讨［J］.电网技术,1998（6）：18～21.
［2］ 程明. 无人值守变电站监控技术［M］. 北京: 中国电力出版社,1999.
［3］ 马小虎,张明敏,严华明，等.多媒体数据压缩标准及实现.北京:清华大学出版社,1996.
［4］ 朱秀昌, 胡栋. 数字图像通信［M］. 北京: 人民邮电出版社,1994.
［5］ 梁晋，彭波，梁峰,等. Windows流媒体技术与远程教育小型微型计算机系统. 北京：机械工业出版社.
［6］ 吴国勇,邱学刚，万燕仔,等.网络视频流媒体技术与应用. 北京：北京邮电大学出版社.
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