无人值守变电站监控技术研究及应用.docx
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无人值守变电站监控技术研究及应用
电子科技大学
毕业设计（论文）
论文题目：
无人值守变电站监控技术的研究及引用
学习中心（或办学单位）：
指导老师：
职称：
学生姓名：
学号:
专业：
电子科技大学
继续教育学院
制
网络教育学院
年月日
电子科技大学
毕业设计（论文）任务书
题目：
无人值守变电站监控技术的研究及应用
任务与要求：
时间：
2015年4月20日至2016年9月20日共12周
学习中心：
（或办学单位）
学生姓名：
学号：
专业：
指导单位或教研室：
指导教师：
职称：
电子科技大学
继续教育学院
制
网络教育学院
年月日
摘要
随着智能电网的建设，建设坚强电网架构越来越受到电力行业的关注。
当前，我国正在开展智能电网示范工程的建设与应用，并取得了一定成就。
随着通讯技术、物联网传感技术的蓬勃发展，环境监控、电力安防等在变电站得到了大量的应用。
但是各个系统自成体系独立运行，如夜间执行视频拍摄前，站内无法自动开启灯光系统进行补光操作等。
同时也缺乏相应的集中处置管理，无法进行信号分析及处理,为管理层提供决策支撑,大大降低了变电站运行的安全性与可靠性。
本论文所描述的系统从实际业务需求出发，开展了国内外的发展现状研究,分析了本项目的建设目的及建设的主要内容。
利用了软件工程思想，分需求、设计、实现和测试阶段对系统的整体功能进行了定义和实现。
变电站视频联动处置管理系统主要采用当前最新的通信技术,利用J2EE、B/S架构、Oracle数据库管理系统等技术手段进行框架搭建。
采用报警服务主机完成前端子系统、设备的数据采集；利用企业内部已建的光纤网络完成数据的上传；企业处置中心完成数据的收集、实时展时、报警信息的任务创建、工单生成、现场处理等流程记录。
从而进一步优化变电站的设备安全保障、运行可靠性，提升供电企业的工作效率与管理水平。
关键词：
智能电网、变电站视频联动、B/S架构、管理系统
ABSTRACT
Withtheconstructionofsmartgrid,theconstructionofastronggridstructurehasbecomemoreandmoreconcernedbythepowerindustry.Atpresent,ourcountryiscarryingouttheconstructionandapplicationofsmartgriddemonstrationproject,andhasmadesomeachievements.WiththerapiddevelopmentofcommunicationtechnologyandInternetofthingssensingtechnology,environmentalmonitoring,powersecurityandsooninthesubstationhasbeenalotofapplications.Buteachsystemfromasystemindependentoperation,suchastheimplementationofnightvideobeforeshootingstationfailedtoautomaticallyopenlightingsystemtofilloperation.Atthesametime,italsolacksthecorrespondingcentralizeddisposalmanagement,cannotcarryonthesignalanalysisandprocessing,andprovidesthedecisionsupportforthemanagement,whichgreatlyreducesthesafetyandreliabilityofthesubstationoperation.
Thispaperdescribesthesystemfromtheactualbusinessneeds,tocarryoutthedevelopmentofdomesticandforeignresearch,analysisoftheproject'sconstructionpurposesandthemaincontentsoftheconstruction.Byusingthesoftwareengineeringidea,theoverallfunctionofthesystemisdefinedandimplementedbytherequirement,design,implementationandtestingstage.Substationvideolinkagemanagementsystemmainlyusesthelatestcommunicationtechnology,theuseofJ2EE,B/Sarchitecture,Oracledatabasemanagementsystemandothertechnicalmeanstobuildtheframework.Withalarmhostservicesystemofthefrontterminalequipment,dataacquisitioniscomplete.Theenterprisehasalreadybuiltfiberopticnetworkdataupload;enterprisedisposalcentertocompletethedatacollection,real-timeshow,alarminformationtaskcreate,generateaworkorder,on-siteprocessingetc.theprocessofrecordingtheflow.Tofurtheroptimizethesubstationequipmentsecurity,operationalreliability,andenhancetheefficiencyandmanagementofpowersupplyenterprises.
Keyword:
Intelligentpowergrid,substationvideolinkage,B/Sarchitecture,managementsystem
目录
第一章绪论3
第一节论文背景及研究意义3
1.1论文背景3
1.2研究意义3
第二节国内外现状与发展趋势4
第二章系统需求分析5
第一节系统现状分析5
第二节系统功能需求分析5
2.1数据采集子系统5
2.2基础数据管理7
2.3数据联动管理8
2.4数据处置管理10
2.5系统管理11
第三节系统非功能性需求分析12
第三章系统的详细设计13
第一节系统总体设计13
1.1系统软件架构13
1.2系统网络设计14
1.3系统的业务功能14
第二节功能详细设计15
2.1数据采集管理15
2.2基础数据管理21
2.3数据联动管理28
2.4数据处置管理31
2.5系统管理33
第三节数据库设计35
3.1数据库设计35
3.2数据库逻辑37
3.3物理设计37
结束语42
致谢43
参考文献44
第一章绪论
第一节论文背景及研究意义
1.1论文背景
电力行业是关系国计民生的国家重要产业[1]，变电站作为电力传输的中转站，在安全性方面不仅影响企业加工生产，也会影响全国居民生活的质量乃至社会稳定，其运行安全的重要性不言而喻。
现实中的变电站遍布全国城市及乡郊各处，尤其是不发达地区，涉及数量大,较多变电站的分布偏远,交通不便。
目前国内经济欠发达地区的变电站管理主要是采用有人值守，即各单位驻派相关的专业人员实时坚守在变电站，完成相关设备的查看与维保。
随着计算机技术、视频技术、通信技术的蓬勃发展[2]，以及远距离传输技术已相当成熟，对数字化处理要求也越来越高。
利用这些成熟的技术已在变电站完成了视频监控系统。
在传统“四遥”的基础增加了“遥视”功能，能实时查看变电站的运行情况以及根据配置策略完成变电站的录像操作，为后期的事件取证奠定基础[3]。
近年来，随着计算机的快速发展，各类安防系统也逐渐面世，在国内经济较发达地区变电站都已安装了门禁系统、广播系统、语音系统、灯光系统、采集系统等，但是各个系统自成体系独立运行，如无法当夜间执行视频拍摄前，自动开启灯光系统进行补光操作。
同时也缺乏相应的集中处置管理，无法为管理层提供决策支撑[4]。
基于上述原因提出建设变电站视频联动处置管理系统，该系统主要是利用最新的计算机编程技术、物联网技术、通讯技术、传感技术完成各安防系统的集中接入。
当有任意设备报警后都可根据预先设置的参数信息完成各子系统的联动操作，从而震摄非法人员以及完成相应的违规记录。
通过Internet浏览器即可实时监控系统设备、传感器的运行情况，分析设备的运行质量。
利用处置中心可对报警信息进行分析，同时可指派相应的作业人员完成各类故障的处置以用记录分析[5]。
1.2研究意义
针对目前变电站现用视频监控系统的不足，为了更好的配合变电站内各安防系统、设备、远程开关的监视，确保变电站各类设备的安全稳定运行，主要通过系统实现对各子系统的集中接入与数据整合，达到数据联动处置的目的，其研究本系统的意义与价值如下：
1）开展视频联动建设，可将设备运行现场的人工查看方式转移到现代化的智能化方式，实现子系统的联动操作，完成报警取证的目的。
2）通过系统的建立，可实时收集变电站类内各类设备的异常信息，为变电站日常报修管理提供决策支撑。
从而提高设备运行维护的有效性，也是设备从计划检修到状态检修的必然发展趋势。
3）通过系统建立，实时获取变电站内设备的运行监测，从而减少设备的停电次数，提升电网安全管理水平[6]。
4）通过系统的建立，可集中处置报警信息，根据作业工单完成报警任务的现场处置与流程记录。
第二节国内外现状与发展趋势
视频监控技术于20世纪70年代产生，在最近的几十年发生了翻天覆地的变化[7]。
从最早的模拟监控系统到数字化、网络化，智能化越来越受到人们的关注。
早在80年代欧美国家就开始研究视频监控系统[8]，那时的视频监控相对简单，主要采用同轴电缆将现场的图像信息上传到视频显示设备上。
此类监控技术只适应于少量的视频采集点，如果采集点越多，将不适应企业扩展应用。
近年来，西方发达国家已将传统意义上的模拟监控系统提升到数字化监控系统[9]。
逐渐对数字化监控进行了更深层次的应用，如果在2000后，美国科研级利用视频技术研究人脸识别项目，IBM公司开发出视频实时分析监控系统，能根据视频画面分析设备的缺陷因素以及整改方案等。
之后各国外大学逐渐对安防系统进行了深入研究，研究出各类安防系统并得到了应用。
就目前发展来看，国外的视频监控系统任然占据主流地位[10]。
国内变电站智能监控系统最早引用的是电子围栏，主要是用于安防设施的防护[11]。
在国内变电站早期主要是采用单一的围栏，随着国内技术的不断发展，逐渐研究出多一围栏，即一个防区可以由多边拼接而成，在产品设备方面主要由围界防区、脉冲主机和报警系统等构成。
随着国内计算机各项技术的发展，视频监控系统、门禁系统、环境监控系统、语音广播等系统陆续引入到变电站内。
但是各个子系统数据不一，相互独立，在需要完成相关集群操作时任采用人工方式操作，这样不仅增加了人力成本，而且降低了操作的实用性，难以满足智能电网对实时数据的要求[12]。
目前，国内随有一些变电站研究了视频联动系统，实现了子系统或者传感设备触发报警动作后，立即启用视频监控系统完成拍照操作，取得了一定的成果[13]。
但是这类系统只能适应于一个独立的变电站，尚未建立处置中心，根据报警信息完成报警信息的接警与现场处置等流程管理。
第二章系统需求分析
第一节系统现状分析
随着无人值守变电站的逐渐应用，辅助系统也越来越多，但是各个辅助系统相互分散、独立[15]。
随着智能变电站的全面建设，传统的辅助系统已不能满足现代化建设的需要，现阶段主要是将各子系统进行全面整合，需要解决早期存在的以下问题：
1）标准不统一
在系统规划和建设中，相关工作都需要标准（包括建设规范、互联接口标准）来规范，而标准的制订和完善是一个漫长的过程[16]。
2）综合监控难
早期的辅助系统，大多各自独立运行，每套系统有独立的数据通讯通道，且各子系统有可能属于不同的管理部门，无形成增加了设备运行的成本。
3）人为干预多
传统的子系统，采用系统独立、分散监控的管理模式，并未建立有效的联动机制，事件处理需要各部门的沟通、配合。
随着智能变电站的推广，对子系统协议提出了更高的技术要求，更多子系统将采用协议通信[17]。
4）运维难度大
虽然公司安装了视频监控系统，增加了企业对变电站的实时监控能力，但是在管理方面也带来了诸多不便，面对数量庞大的视频监控设备，也增加了运维的难度[18]。
第二节系统功能需求分析
2.1数据采集子系统
数据采集子系统主要是完成变电站视频联动处置管理系统系统的数据采集以及完成采集数据的参数设置，同时也完成视频监控系统的接入、设置、实时监控与云台控制等主要操作。
其主要功能有报警服务器管理、报警异常信息管理、视频监控管理。
2.1.1报警设备管理
报警设备管理主要是指传感器管理，传感器是一种检测装置，能对变电站内二次设备（继电保护、消防、灯光、语音、门标等）按一定规律变换成信号输出，以满足实时获取变电站内二次设备的信息。
由于变电站内设备众多，为满足设备的不断增加、变更以及结合新型传感器的不断涌入、故传感器的接入应采取配置方式来实现，通过对传感器的接入后，应能对传感器的参数进行配置，如常用的环境量、报警方式、联动、上传周期等信息进行自定义配置。
2.1.2报警/异常信息
本模块主要是完成变电站设备报警、异常信息的管理，通过本模块可以查看设备出现的报警信息、异常信息的查看与操作。
其报警级别可以分为高、中、低等三种模式。
由于站内使用的设备众多，其报警类型也可以分为多种方式进行数据提醒。
在报警、异常信息展示过程中其主要功能可以分为条件搜索、颜色区分、自动提醒：
1）条件搜索主要是按照报警、异常异常的关键字进行数据查找、且支持模糊搜索。
2）以颜色区分，主要是根据报警的时长，以颜色进行展示，超过10天未处理的可以用蓝色展示，超过20天未处理的以红色展示，10天以内的以绿色展示。
3）自动提醒，主要是指当报警、异常信息后，信息将以弹出框的方式进行快速的提醒，以便于操作人员进行快速的处理。
2.1.3视频监控管理
视频监控管理模块主要是监控变电站内各大重点监控区域，以便于实时掌握站内情况，同时通过自动录入功能即时人员未实时监控，也可以通过后期的录像回放功能获取站内动态[19]。
由于本单位管理的站较多，随着每个站的视频监控点也不断增加，故应做相应的关联关系，即一个视频点应属于一个变电站，一个变电站应属于相应的管理单位，其视频监控管理的主要功能有实时预览、录像回放、云台控制等功能。
1）实时预览
主要是本平台上实时监控各个站点的所有图像信息，完成图像的显示、存储以及各个通道信息的展示。
2）录入回放
本子模块主要是完成录入的录制与回放操作，录制过程中应指定相应的时间段、监控区域，在回放操作前，选取相应的录制文件，即可完成视频的加载与图像查看操作。
3）云台控制
本子模块主要是完成视频监控点的操作，可以对视频镜头进行上移、下移、左移、右移等操作。
2.2基础数据管理
基础数据管理主要是完成变电站视频联动处置管理系统的基础档案数据的管理与维护操作，如可完成企业资产信息的登记、出入过程、资资产、资产报废等流程记录；同时也可利用最新的地图技术完成各变电站的平面图绘制，从而实现站端数据的直观显示，其主要功能有资产管理与地图管理。
2.2.1资产管理
资产管理模块主要是完成单位内资产信息的登记与维护操作，通过本模块操作能实时了解单位资产总量、库存信息、资产用途、资产产权信息、资产当前状态等，其资产管理应具备的主要功能如下图2-1所示：
图2-1资产管理功能用例图
1）资产登记
主要是完成资产的登记操作，只有完成资产登记后，才能参与后期的资产出入、资产维护、资产报废等操作，在资产登记过程中应详细的记录资产类型、名称、设备型号、所在经纬度、厂商、工程商、责任人、所属组织机构等信息。
2）资产出入
主要是完成资产的出入库管理，在出入管理过程中应详细的记录资产的出入清单，明确记录资产出至何处等信息。
3）资产维护
主要实现当资产设备出现故障后，使用单位可以申请资产维护，在维护过程中应记录维护相关信息。
4）资产报废
主要实现当资产设备出现故障且无法维修时，便可执行资产报废操作，在处理资产报废过程中应记录相应的报废清单信息。
2.2.2地图管理
本模块主要是完成各个变电站的平面布置，通过本模块的维护功能，能根据现场的实际状况，采用图形化的方式进行直观体现，如变电站的大门、间隔、过道、小室、各变电站内二次设备的安装位置等均能画置。
其地图管理的主要功能有地图初始化、无素添加、监控点维护等功能。
1）地图初始化
以GIS的形式进行各个站端的地图初始化操作，只需要导入即可完成地图的初始化[20]。
2）元素添加
当地图初始化结束后，如果初始化的地图与现场的实际结构不一致时，便可通过手工的方式进行数据元素的填加，数据元素如矩形框、线条、元素描述信息等构成。
3）监控点维护
当地图构置结束后，即可在平面地图中填加相应的危险点、报警点、异常点等信息。
2.3数据联动管理
数据联动管理是变电站视频联动处置管理系统的核心功能模块，主要是完成各子系统与报警传感器的参数配置，当有传感器发生故障或者异常时，立即启用如视频监控等子系统完成相应的联动操作。
由于一个变电站内的监控点众多，为方便记录每个监控点对应不同的子系统或者监控视频，故此模块应也做出相应的参数配置操作，其主要功能有设备管理与监控点管理，最终实现二次设备的注册、资产关联、监控点维护等[21]。
2.3.1设备管理
设备管理模块主要是完成各单位变电站的视频管理，其主要是视频摄像机、录像机、服务器等构成，通过本模块同时也能查看各个设备的状态信息，设备管理的种类可有设备、服务器、监视屏组、解码设备、灯光控制器、门禁模块等。
其设备管理的主要功能如下图2-2所示：
图2-2设备管理主要功能
1）设备填加：
主要是完成设备的新增操作，在设备新增结束应关联相应的资产信息，在设备的新增过程中应录入的主要元素应有如下表2-1所示：
表2-1设备元素信息表
NO.
名称
说明
1
添加方式
主要是指设备的通讯连接方式
2
IP地址
主要是指该设备的唯一IP地址
3
端口
主要是指该设备的网络端口号
4
用户名
主要是指访问该设备的登陆账号
5
密码
主要是指访问该设备的登陆密码
6
设备编号
主要是设备的唯一编号，可由系统按照指定格式进行自动生成。
7
类型
主要是指设备的所属类型
8
组播地址
主要是指设备的组播地址
9
设备名称
设备的简要名称
10
序列号
设备的序列号
11
模拟通道数
主要是指设备的模拟通道数
12
数字通道数
主要是指设备的数字通道数
13
报警输入数
主要是指设备的报警输入数
14
报警输出数
主要是指设备的报警输出数
15
对讲通道数
主要是指设备的对讲通道数
16
备注
记录设备的相关附属信息。
2.3.2监控点管理
本模块主查完成变电站内的监控点维护，监控点的取名可以按照日常通俗易懂的语言表示，如前大门、后大门等，同时应为相应的监控点绑定所应关联的传感器，同时也绑定相应的视频设备，其监控点维护的主要操作功能有如下图2-3所示：
图2-3监控点管理主要功能
1）监控点维护
主要是对变电站的重点区域进行布防，通过不同的布防区域构建不同的监控点，本模块主要是完成监控点的新建、修改、删除等操作。
在监控点的构建过程中，需指定相应的区域、资产、报警设备等。
2）报警服务器关联
主要是完成对该监控点进行传感器的选取与配置操作，通过关联后，能方便后期的数据联动操作。
3）设备关联
主要是完成该监控点与视频设备的联动操作，当传感器发生报警或者异常信息后，则视频监控设备便可执行相应的联动操作。
2.4数据处置管理
数据处置管理主要是指各个站端发生报警信息后做出的事件处置工作，在单位监控中心可以实时了解各个站端的报警信息、同时报警报警后取得的联动信息，以及该报警任务的处置方法等，主要包括报警联运和任务管理两个子功能。
2.4.1报警联动管理
主要是指对传感器设备监视到出现异常后，发出报警或者异常信息后，则应启动相应的联动操作，为后期的取证操作奠定基础，其数据联动操作主要有如下表2-2所示：
表2-2数据联动操作功能说明
NO.
联动方式
说明
1
录像联动
用于在出现报警、异常信息时，启用视频录像操作。
2
灯光联动
在视频动过程中开启灯光用于辅助补光操作
3
自动开门
出现重大事情时门禁系统可动开启达到远程开门的目的
4
语音广播
有危险人员闯入时可开启相应的语音广播功能，用于广播提醒
5
短信服务
服务端可以发送短信信息，以便于以手机进行及时提醒操作。
6
邮件服务
服务端可以发送邮件信息，以便于以邮件方式进行及时提醒操作。
2.4.2任务管理
主要是对报警任务生成相应的工作任务，根据任务生成详细的工单，由运维人员到作业现场根据工单即可查看相应的报警信息，检查各类设备是否出现异常。
2.5系统管理
系统管理模块主要是完成变电站视频联动处置管理的档案数据配置，可自助力管理与维护，如自助配置本单位的单位组织结构，人员配置、权限配置以及系统使用的相关参数等信息。
其系统管理模块能维护的主要子功能项有如下图2-4所示：
图2-4系统管理主要功能
2.5.1部门管理
主要是完成系统单位内的单位组织结构树创建，通过对部门的有序管理，能快速的体现出企业各部门的层次关系，上下级关系。
部门管理一般是以树形的方式进行进行展现，一个部门只能所属一个上级部门，可以对应多个子部门，通过部门创建后，可为用户管理在创建用户时指定相应的部门结构，为用户管理模块奠定一定的数据基础。
2.5.2用户管理
主要是完成系统的用户注册，用户可以指使用本系统的用户，也可以是非操作系统的用户，如企业的其它人员以及现场处置人员等，一个用户只能所属
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