变电站视频及环境监控系统技术方案.docx

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变电站视频及环境监控系统技术方案

变电站视频及环境监控

系

统

技

术

方

案

2012年11月

第一章项目概述

随着计算机技术、网络通讯技术以及电力系统保护及自控技术的发展,变电站的自动化运行水平不断提高，大大减少了人为操作事故,使变电站的无人值守逐步变成了可能，并已成为电业系统的发展趋势。

目前已实现了将生产现场的设备运行数据、状态传送到远方的调度中心，同时调度中心也可对远程的现场设备进行控制和调节，这就是常称的“遥测、遥信、遥控和遥调”.作为无人值守的变电站如只具备四遥是不够的，因为调度中心无法了解现场情况致使一些安全防范如“防火、防盗"等无法实现，因此变电站仍需要有人昼夜守护。

随着计算机技术、多媒体技术及通讯技术的迅猛发展，对于图像、声音等多媒体信号的数字化处理以及远距离传输的技术已相当成熟，将这一成熟的技术引入电力调度自动化系统,在四遥基础上增加第五遥-遥视，并且实现防盗、防火及出入口管理，将实现真正意义上的“无人值守”。

随着无人值守变电站管理模式的推广，变电站遥视警戒系统正适应了电力部门的这一需要，在调度中心、集控中心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。

对前端视频数据和监控数据采集编码，并将编码后的数据通过TCP/IP网络传输到网络可以到达的客户端.网络客户端接收编码后的音视频数据和监控数据，并进行监控、存储、管理。

变电站遥视警戒系统为实现变电站/所的无人或少人值守，从而为推动电力网的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的技术保障。

目前我省共已建设近千座110kV以上等级的变电站，其中部分变电站未能及时安装视频及环境监控系统，而已安装视频及环境监控系统的变电站主要采用嵌入网络视频服务器+模拟摄像机结构,还存在几下几点不足之处：

1、传统模拟摄像机的清晰度不能满足变电站对设备遥视的高要求

当前电力监控系统视频图像数据的采集采用一般的传统工业30万以内像数的CCD摄像机配标准光学镜头器件，图像的清晰度彩色不高于480线，黑白不高于500线。

2、环境对摄像机的干扰

传统模拟摄像机需要铺设视频线、电源线和控制线，在变电站这样的特殊环境中,各种传输线会受到变电站的交变电场引起的电源或磁场的干扰，使监控系统受到干扰.

3、铺设线路繁多，施工复杂

当前的传统监控系统主要由摄像机、嵌入式网络视频服务器、监视器、录像机等组成，他们之间由视频线、控制线缆等连接.本地图像监控系统一般采用模拟方式传输，采用视频电缆（少数采用光纤）,传输距离不能太远，需要实现系统需要铺设大量的视频线、控制线和电源线,使系统施工复杂,带来了人力和物力上的巨大开销.

4、系统扩充复杂

系统监控点位和存储容量的扩充都较为复杂。

传统监控系统使用多台NVS作为视频存储的设备，逐台操作NVS是一件很麻烦的事。

且NVS构成的系统其功能简单已经不能满足电力系统监控的复杂需求.随着监控系统在电力生产广泛应用，建成后需要增加监控点位时，需要考虑新增NVS和存储空间。

5、系统不能实现自动冗余

当前的嵌入式网络视频服务器采用模拟摄像机硬件接入，不具备硬件冗余功能，当嵌入式网络视频服务器故障后,相应变电站视频及环境监控系统所有视频图像不能上传到集控站，导致集控站不能正常监控变电站设备运行情况，无人值守后，存在变电站安全运行隐患。

6、存储硬盘故障后,录像文件不能自动修复

当前的系统录像功能主要是由嵌入式网络视频服务器实现,而嵌入式网络视频服务器不能配置RAID控制器，不支持RAID0、1、3、5等冗余功能，当其自带的8块存储硬盘损坏后，存储的视频录像文件不能自动恢复，也不支持硬盘热插拔功能，如果一个硬盘出现故障，则往往需要中断系统才能更换，视频数据存在安全隐患.

7、围墙入侵报警系统误报率高，可靠性差

当前系统围墙入侵报警系统主要采用红外对射被动式探测器，红外对射探测器全名叫“光束遮断式感应器”（PhotoelectricBeamDetector）,其基本的构造包括瞄准孔`光束强度指示灯`球面镜片`LED指示灯等,其侦测原理乃是利用红外线经LED红外光发射二极体，再经光学镜面做聚焦处理使光线传至很远距离,由受光器接受.当光线被遮断时就会发出警报。

红外线是一种不可见光，而且会扩散，投射出去会形成圆锥体光束.红外光不间歇一秒发1000光束，所以是脉动式红外光束，利用光束遮断方式的探测器当有人横跨过监控防护区时，遮断不可见的红外线光束而引发警报。

常用于室外围墙报警，它总是成对使用：

一个发射，一个接收。

发射机发出一束或多束人眼无法看到的红外光，形成警戒线，有物体通过,光线被遮挡，接收机信号发生变化，放大处理后报警，故当小鸟飞过、小动物穿过、地面震动或风吹动树叶遮挡等等都将引起报警，所以系统误报率极高，可靠性差.

第二章项目需求分析和建设目标

在变电站撤人实现无人值守后，变电站中一二次设备的实时运行状态、数据采集以及远程的监控成为必需,SCADA系统虽然可以实现部分的数据采集以及控制，但它对整个变电站的设备的外观监视以及站区的防火防盗却无法监控，因此，视频及环境监控系统在变电站的应用就弥补了无人值守变电站的防火和防盗问题。

使变电站的运行生产更加稳定和可靠.下面是对变电站监控系统的主要需求:

一、实时监视

对重点变电站和重要机房做全方位视频监控。

实现对变电站区域内区内情况的远程实时监视、监听及语音对讲；

摄像机可昼夜监视、清晰度高，能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及（主控室、高压室、电容器室、通信室、蓄电池室、电缆夹层等）的刀闸、开关分合、重要仪表、储电池状态等。

具有全天候防护，云台和镜头可控.

设站端监控工作站，中文Windows操作界面，多方式画面显示，并可将数字信号还原为模拟信号上电视墙及DLP大屏幕显示。

电子地图多级监控，可方便的在地图上增加镜头.可实现基于地图形式的对前端设备的控制。

录像：

事故发生后,提供事后分析事故的有关图像资料.对监控图像的多种控制方式的实时录像、历史及报警图像的检索回放，各种控制参数的设定等.

用户操作/控制的日志记录、查询、统计等。

密码控制、上下级别权限控制机制等,对重要的系统操作有记录功能.

图像字符时间叠加，可单独设置叠加年﹑月﹑日﹑时﹑分﹑摄像机编号﹑区域名。

二、事后查询

能方便的进行事故事后查询，用于帮助技术人员查看事故发生时变电站的状况，从而尽可能地避免事故再次发生。

三、现场操作指示

变电站的各种操作要严格遵守操作规程，如果操作不当，将会造成危害.但是变电站的各种操作比较繁琐，因此必须结合相应的保证措施，将误操作的可能性降低到最小。

视频及环境监控系统的远程实时监视功能，可以实现值班人员对远方变电站操作人员的操作进行指导,如果发现不正确的操作，并能通过监控或电话、手机及时提醒操作人员,从而确保操作的万无一失.

四、安全防范

通过使用各种传感器，如烟感传感器、红外微波探头、门禁传感器、水浸传感器、温湿度传感器、电压电流传感器等，在感应到有安全隐患时,将收到报警信号及时传给调度中心，以做出相应处理。

五、远程监控和管理的要求

电力系统内各种生产设备类型复杂,地域分布广，人工维护困难.同时，为适应减员增效和现代化管理的要求,对监控系统在可靠性、易用性及易维护性上，尤其对远程监控方面提出了更高的要求。

六、多功能监控的要求

电力行业的遥视要求能够在现有的电力信息网如：

LAN、Internet、Intranet网络上对各变电站的实时图像、照度、温度、声音等进行监控，可进行调用录像同时应包含声音，同时对监控内容的事件进行有效的报警处理，以实现变电站真正的无人值守提供了安全技术保障。

七、数字化的要求

现在随着网络技术和计算机技术的发展，基于TCP/IP协议的IP网的应用得到广泛普及。

高速宽带主干网的建成和各地区高速接入系统的迅速发展，促进了基于IP技术的各种视频通信应用，对于已经实现数字化应用的电力系统来说，其计算机网络资源相对较丰富，结合当前视频监控数字化发展的趋势，建设基于网络的数字化监控系统。

在电力安全监控系统中将是一种趋势。

因此方案设计应保障建成后的视频及环境监控系统将是一个易于扩充、升级和管理使用的远程网络综合信息平台。

可实现视频/报警信号采集、系统实时控制、智能联动、图像数字存储、智能检索录像资料、信号远程传输和远程控制等功能相结合的安全防范和分级管理系统。

设备控制采用区域巡检中心集中式管理和局各领导办公室或相关职能部门分散式管理相结合模式，整个监控系统的设计原则,使监控中心和各子系统都互不干扰、独立运行并实现其控制功能。

系统采用先集中后分散的设计思路，可根据变电站实际需要不断扩充、升级，既有效的保护了项目的投资，又使系统不会落后.本期监控系统的具体建设目标为：

1、以视频及环境监控系统为主，对变电站内开关场地、高压室、主控室、电容器室、主变、蓄电池室等视频监控、语音对讲及环境监控,与安保、消防、门禁等系统互联，并与调度自动化系统和变电站自动化系统联动。

实现现场工作行为远程监督、倒闸操作辅助监视、事故及故障辅助分析、辅助安防等功能，同时为我局进行事故处理、反事故演习、应急指挥等提供灵活统一的综合应用支持。

2、以环境监控系统为主，在变电站开关场、电缆沟、控制机房、围墙等安装各类探测器，形成一道电子防范墙，可根据变电站的实际情况和具体要求灵活进行布防和撤防，也可设置全天候布防报警监测状态。

一旦探测到非法入侵、火灾、水浸等报警信号将立即传输到监控中心,以声光形式告警，同时启动录像系统。

3、视频监控系统配合报警监测系统，实现以多种防范手段，提高安全监测系数和监控效果。

在重要部位安装网络型高速智能球形摄像机系统，可灵活设置图像监视模式，如连续录像模式、动态感知录像模式（即当图像上出现移动物体时才启动录像）和报警联动录像模式（即当报警探测器被触发后录像机自动转到报警方位并启动录像），并且监控中心可任意操作控制前端智能球形摄像机的转动和镜头的拉伸，以捕捉最佳图像和画面效果.

4、区域集控中心作为整个系统的二级管理中心。

整个系统的运行、设备的控制全由安装在集控中心的智能数字控制系统（包括IP存储管理器、图像管理服务器、WEB服务器、流媒体服务器等）完成。

集控中心将对区域变电站进行集中管理,同时,远传到我局通信机房图像监控系统统一平台上，可将相关职能部门办公室作为监控系统的分控端,这样足不出户即可了解各监控点的情况，大大节省了管理者的时间,提高了管理效率。

5、建设多媒体网络安防系统。

集控中心的数字智能型主控设备具有强大网络功能，不仅可在我局的局域网上进行分控管理,还可远传至省电网公司、南方电网总部视频及环境监控系统平台,实现远程监控。

该功能使监控信号的传输跨越了地域的限制，不论在哪个地方只要能上网络，就可看到电站监控现场的图像信号。

6、系统采用多方位冗余配置，具备极高的可靠性、稳定性，存储编码及网络传输设备损坏不影响系统的正常运行.

第三章系统性能要求

变电站视频及环境监控系统按管理权限划分主要有主站系统和变电站站端系统,主站系统又可分为局大楼通信机房图像监控系统统一平台和区域巡检中心集控站。

3。

1主站系统

主站系统是整个系统的管理、维护中心，具备完整的系统功能,系统应为分布式结构，由若干台服务器、工作站、网络设备及配套设备构成，选用符合国际标准的、通用的、先进可靠的计算机硬件,必须功能完善、性能稳定、维护方便；系统在结构和功能上都要实现分布式。

系统应考虑容量、结构和功能设计的可扩性，应实现硬件配置随时扩充而不需要修改任何软件。

主要应用服务冗余配备且分布部署，主要性能要求如下：

系统支持最大变电站数≥500;

系统支持最大摄像机数≥10000；

系统支持同时登录最大用户数≥100;

工作站计算机显示分辨率≥1024×768；

服务端平均CPU资源占有率≤30%；

单画面视频浏览分辨率≥702×576；

画面视频浏览帧率≥25/s；

单台工作站最大视频浏览数量≥16；

同屏同时可监视的变电站数目≥16；

系统时钟精度≤0.5s；

图像控制切换响应时间≤1s；

数据转发延时≤1s；

前端设备控制延时≤1s；

监控画面显示与实际事件发生时间差≤2s；

操作记录数据保存时间≥1个月；

系统登录时间≤3s；

电子地图支持最大图层数≥32；

3。

2站端系统

站端系统主要对变电站内开关场地、高压室、主控室、电容器室、主变、蓄电池室等视频监控、语音对讲及环境监控，与安保、消防、门禁等系统互联，并与调度自动化系统和变电站自动化系统联动。

实现现场工作行为远程监督、倒闸操作辅助监视、事故及故障辅助分析、辅助安防等功能，主要由各类摄像机、探测器及传输设备组成,网络编码、存储及传输设备冗余配置分布部署，主要性能要求如下：

系统可用率>99％;

视频数据保存时间≥1个月；

系统平均无故障工作时间MTBF>100000小时；

平均故障修复时间MTTR<0.5小时;

视频控制切换响应时间<1秒;

控制响应时间：

〈1秒；

站端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<1秒；

各报警探头报警到后台信息显示时间差<0。

5秒；

各报警探头报警到监控中心显示时间差〈1秒；

系统时钟精度〈1秒；

系统的使用不能影响被监控设备的正常运行;

系统的局部故障不能影响整个监控系统的正常工作;

系统设备应具有自诊断功能，对各种程序出错、干扰等可自动恢复,软硬件故障等要能够诊断出故障并及时告警；

系统应有具备处理同时发生的多事件的能力；

系统设备应具备防雷和抗强电干扰能力.

3。

3系统设备环境条件要求

3。

3。

1室内环境条件：

（a）温度：

—5～55°C

（b）相对湿度：

〈95%

（c）接地电阻：

≤1欧姆（可根据需求设定）

3.3.2室外环境条件：

（a）温度:

-15~65°C

（b）相对湿度：

〈95％

（c）接地电阻：

≤1欧姆

（d）周围噪声：

〈50dBASPL

3.3。

3耐受地震能力:

（a）地震烈度：

7度

（b）地面水平加速度：

0。

2g

（c）地面垂直加速度：

0.1g

3.4系统设备可靠性要求

为保证系统正常运行，系统设备必须具备如下可靠性保证：

（a）系统的使用不能影响被监视设备的正常运行。

（b）系统的局部故障不能影响整个监视系统的正常工作。

（c）系统主要设备存在结构和功能冗余，系统不能存在瓶颈问题。

（d）系统设备采用模块化结构,便于故障排除和替换.

（e）系统设备应具有自诊断功能，对各种程序出错、干扰等可自动恢复，软硬件故障等要能够诊断出故障并及时告警。

（f）系统应有具备处理同时发生多事件的能力。

（g）系统设备应具有防雷和抗强电干扰能力。

3.5系统软件要求

（a）图像监视系统必须采用标准化、网络化、免维护式的结构,具有高度的可靠性和安全性，同时符合ISO/OSI开放系统互联标准。

（b）图像监视系统应为其它系统提供标准图像接口，以利于其它系统调用及二次开发。

（c）图像监视系统所提供的支撑软件能支持用户进一步开发应用软件。

3.6视音频编解码标准

3。

6。

1图像监视系统选用的视音频编解码标准,直接影响系统的整体性能，所以应采用低误码率、符合电力远程实时图像监视需求的国际标准进行视频流解码和图像存储记录。

3.6。

2视频编解码标准采用H.264。

3。

6.3语音对讲音频压缩标准

音频压缩标准采用G。

723.1或G.729标准。

3.7系统抗干扰措施要求

3。

7.1系统应具有完善的防雷措施，系统应按照需要装设视频信号避雷器、数据信号避雷器和电源避雷器。

3.7。

2在系统与外部接口处应按照需要装设隔离变压器或光电隔离器件,防止外部干扰信号侵入。

3。

7。

3采用具有屏蔽层的各种铠装阻燃电缆，所有电缆屏蔽层汇集在控制室单端接地.

3。

7。

4当摄像设备安装在靠近220kV及以上高压导体附近时（如挂接于母线或线路绝缘子构架上），应考虑系统过电压的影响，必要时可用光缆传输实时图像信息.

3。

7.5设备应有工作接地和外壳接地，并具有明显标识。

3.8系统施工技术要求

3.8.1系统施工应遵循电力系统的各种相关规程、规定,确保对一次设备的带电距离。

3。

8。

2摄像机位置的选取即要便于观察又要便于日后设备的运行维护.

3。

8.3电缆敷设应尽量利用站内电缆沟、架,必要时或可通过镀锌铁管或PVC管等沿变电站外墙敷设，在电缆沟内敷设时，不得与一次电缆同层敷设。

3。

8。

4系统设备应有标牌,标牌的内容至少应包括：

设备名称、生产厂家、生产日期或批次、供电额定值等。

3。

8.5系统各联机端子和引线应以颜色、规格、标示、编号等方法加以标记，以便安装时查找和长期维护。

3.9供电电源要求

根据变电站供电的实际情况,对于变电站端系统的供电电源采用直/交流逆变电源,逆变电源外接1路交流220VAC电源、1路直流48VDC（通信机房）或1路直流220VDC（主控室），两路电源采用变电站现有供电电源。

保证系统的不间断运行.对于监控中心设备采用不间断电源供电,保证在市电或照明断电时，系统能正常工作。

所有设备由柜内配电器集中供电，电源配电器功率根据系统大小确定，具备一定功率冗余.电源配电器必须具备防雷和防过电压能力。

第四章系统设计

4。

1系统设计原则和设计规范

4.1.1设计原则

为确保系统建成后顺利运行及适应未来技术发展的需要，在本次视频及环境监控系统工程设计中，我们坚持长远规划分布实施的原则，将系统建设成为一种具有高起点,易于扩充、升级和管理，易于使用的监控系统。

1、实用性及可靠性原则

在本次视频及环境监控系统工程中，我们首先考虑的是实用性和可靠性，遵循面向应用、注重实效、急用先上、逐步完善的原则,以确保使用的技术及设备成熟可靠.

在系统的设计和实施工程中，充分考虑系统的可靠性。

在整体设计时关键部位必须有充足的备份措施，对于重要的网络部位应当采取先进可靠的容错技术.

2、先进性、成熟性与可扩展性原则

在满足实用性原则的基础上,并结合变电站的实际情况，选用先进的设备、优化的结构、综合布线方式及多媒体控制技术,力争将系统的技术水平定位在一个高层次上，以适应新世纪现代生产管理发展的需要.

系统建设适应行业发展,充分考虑变电系统的特点，在整体设计、设备配置、通信方式、管理方式、维护方式等方面具有一定的先进性,采用国际标准的同时又是成熟的技术。

系统具有良好的可扩展性,充分保证能够将今后增加的新设备和新功能简单方便地与原有系统相结合。

3、开放性和标准化原则

系统中所采用的布线设计、通信协议、系统设备及布线材料都符合国际标准、国家标准、工业标准和各类标准及相关行业标准.充分利用不同网络的优势，将它们有机地结合起来，为信息交换和设备互操作创造有利条件。

系统结构设计及布线材料符合ISO/IEC11801综合布线标准及CECS：

72/97《国家建筑与建筑群综合布线系统设计规范》。

网络系统硬件设备选型、施工、安装符合ISO9002标准.

4、经济性原则

在完成系统建设目标的基础上,力争用最少的投资，取得最大的效益。

在网络设计、设备选型上，采用高性能价格比的方案和设备，不仅使资金的投入、产出比达到最大值，而且要降低整个系统的运行成本，以较低的人员与资金投入来维持系统的正常运行。

5、可维护性、可管理性原则

网络设计和设备选型应具备实施安装方便、配置方便等特点，尽可能采用先进的、直观的管理手段，能够合理配置、均衡和调整网络资源，监控网络运行状态,控制网络运行,还应有一定的故障自检和系统恢复能力。

6、灵活性原则

系统设计方案应具有较强的灵活性，采用了标准化的布线方式及设备,方便地将传感器侦测、报警联动录像等功能接入本系统,便于今后系统扩容和设备的更新。

4。

1。

2系统设计规范及标准

ØGB50198民用闭路电视系统工程技术规范

ØEIA/TIA-569商用建筑布线系统管道及空间位置标准

ØGBJ16-87建筑设计防火规范

ØGB12663—90防盗报警控制器通用技术条件

ØDL409-94电业安全工作消防

ØGA/T75-94安全防范工程程序与要求

ØJGJ/T16—92民用建筑电气设计规范

ØlGBJ42-84建筑结构设计统一标准

ØGBJ115-87工业电视系统设计规范

ØGB8566-88计算机软件开发规范

ØGB50168—92电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范

ØDL—108-91电业安全工作规程

ØGBJ42-81工业企业通信设计规范

ØGB50200-94有线电视系统工程技术规范

ØGY/T121—95CATV行业标准

ØGB/T16677-1996报警图像信号有线传输装置

ØJGJ/46-88施工现场临时用电安全技术规范

ØIEX255/22-1高频干扰试验

ØIEX255/22-3辐射电磁场干扰试验

ØIEX255/22—3静电放电干扰试验

ØGB/T17626.3《视频电磁场辐射抗扰度试验》

ØGB/T17626。

4《电快速瞬变肪冲群抗扰扰度》

ØGB/T17626.5《浪涌（冲击）抗扰度试验》

ØGB/T17626。

6《射频场感应的传导骚扰搞扰度》

ØGB/T17626.8《工频磁场的抗扰度试验》

ØGB50217-94《电力工程电缆设计规范》

ØDL/T621-1997《交流电气装置的接地》

ØGB/T17626-1998《电磁兼容试验和测量技术》

ØGB/T16435。

1—1996《运动设备及系统接口（电气特性）》

ØITU-TH.320窄带电视电话系统和终端设备标准

ØITU—TH。

323网络电视电话系统和终端设备标准

ØCCITTG..703脉冲编码调制通信系统网路数字接口数标准

ØITUH.261关于px64kbit/s视听业务的视频编解码标准

ØITUH.263视频编解标准

ØITUH.264视频编解标准

ØDL476-92电力系统实时数据通信应用层协议

ØDL548-94电力系统通信站防雷运行管理规程

4.2数字视频及环境监控系统设计

数字视频及环境监控系统主要由网络摄像机、IP智能存储设备、解码器、PC工作站、系统服务器以及网络交换机组成，其系统结构如下：

站端系统可以分为五部分：

前端信号采集处理部分、信号传输部分、集控中心、环境数据采集、门禁系统等组成

1、前端信号采集处理部分

采用IP网络摄像机，前端的网络枪机和球机负责将视频信号及控制信号进行编码，转变为网络上传输的TCP／IP包。

为确保每个监控点到主交换机的传输距离不超过100米，数字视频信号可通过接入层接入到主交换机（见系统图）。

采用SVR智能存储器,每台自带2个10/100/1000Mbps以太网口，分别接入到系统的主交换机。

SVR存储器具有视频存储、网络传输、前端摄像机管理、用户管理及云台控制等功能，采用独立硬盘支架,支持硬盘热插拔，支持RAID0、1、3、5数据冗余配置，如系统采用5块硬盘组成RAID5磁盘陈列时，系统将校验位按要求写到了阵列中的某一台驱动器上，将数据和奇偶信息分布在阵列中的全部磁盘上，例如磁盘3中的奇偶校验块是磁盘1、2、4和5上的数据的备份数据映像;磁盘2中的奇偶校验块是磁盘1、3、4和5上的数据的备份数据映