配电房开闭所物联网综合监控系统.doc

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电力配电站所物联网综合监控系统安徽电科恒钛智能科技有限公司

配电站所物联网综合监控系统

技

术

方

案

--基于Tip3000核心平台的智能环网柜、高压开关柜、保护开关、母线电缆无线测温、环境、有害气体以及腐蚀电缆气体、安防、消防火灾、灯光、风机、除湿机控制以及图像监控的开闭所综合监控系统

目录

1概述 2

2系统总体设计 4

2.1系统总体架构 4

2.2软件架构设计 5

2.3网络拓扑设计 6

3系统功能设计 8

3.1功能结构图 8

3.2智能环境监测子系统 8

3.3电缆无线测温监测子系统 8

3.4环网柜远动子系统 9

3.5高压开关柜监测子系统 9

3.6继保开关（刀闸）监测子系统 10

3.7设备控制子系统 10

3.8安全防护子系统 10

3.9视频监控子系统 11

3.10火灾报警及消防子系统 14

3.11门禁控制子系统 15

3.12联动配置子系统 16

3.13巡检管理子系统（可扩展） 16

4系统功能特点 18

5系统主要设备及参数 19

5.1HT510智能配电房一体化监控装置 19

5.2HT501站端监控主机（机架式设备） 21

5.3有线红外测温仪 23

5.4无线测温传感器 24

5.5高速高清网络摄像球机 25

5.6环境传感器（大气压力、雨量传感器等不再介绍） 26

5.7智能空调遥控器 29

5.8红外双鉴探测器 30

1概述

供电公司配电房开闭所由于数量较多、分布较广等原因，具有分散、地理环境情况变化多端、覆盖面广、用户众多，容易受用户增容和城市建设影响等特点。

开闭所的监控对配电自动化管理、线损分析、负荷预测、电力需求管理具有重大意义。

传统的解决方案就是分别安装环网柜、开关柜、变压器等监测设置，以及报警、视频以及环境监控等系统等，但是这些系统具有如下问题：

1、很多装置没有联网，只是在本地监测和控制；

2、联网的各系统之间独立运行，形成监控“孤岛”现象，无法有效的进行管理，也达不到安全管理的效果。

3、目前配电站内所有门锁都采用机械锁，也就是说随便配一把钥匙可将各设备室的门全部打开，从而存在很大的安全隐患，一方面，外来人员用借到的钥匙就可随心所欲开启任何房门，也无法记录开启时间，这不仅可能出现物品被盗，甚至可能开错设备室的门而误入带电间隔，出现人员伤亡的事故。

另方面，当钥匙丢失了时，更是存在前面所述的安全隐患。

4、目前配电站的巡视都是通过手工记录的方式进行，会出现代签、统计费时费力，无法做到实时监控和管理。

5、多系统并存不但增加了投资成本，后期的维护成本也大大增加，并且多个厂家的设备同时运行，也会产生扯皮现象，浪费业主的时间和精力。

电科恒钛根据开闭所实际情况，结合多年的变电站和开闭所的运行管理的经验，采用Tip3000核心技术平台和HT500系列智能监控终端，实现了智能环网柜DTU运行监控、高压开关柜带电显示、电流电压等负载运行监控、母线测温检测，电缆测温监控、环境监控、安防监控、采暖通风、灯光、风机、除湿机控制等功能，并可以通过增加设备扩展智能门禁、SF6、02、H2S,O3等有害气体在线监测等功能。

实现动力环境各数据的检测与设备控制，实现动力环境最优化，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，减少配电房粗放式管理导致成本过高，同样实现配电动力环境的分布式远程管理。

1.开闭所智能环境监控平台以“智能控制”为核心，通过物联网技术的集成应用，实现开闭所内环境的全天候状态监视和智能控制。

2.平台以网络通信为核心，完成站端音视频、环境数据以及安全防范等数据的采集和监控，并将以上信息远传到监控中心。

3.平台把环境、视频、通风、照明、安全防范、消防、一次设备辅助监控等所有监控量在监控系统主界面上进行一体化显示和控制，不得分系统孤立显示和控制。

系统监控应提供视频监控和图表监控两种监控模式。

4.平台可以设置系统内的环境监测、视频监控、空调及设备联动等各子系统之间进行联动，还可以通过硬件和软件的方式和站内自动化系统进行联动，应能实现用户自定义的设备联动，包括现场设备操作联动视频、综合自动化系统告警联动门禁视频等。

并可以根据现场需求，完成自动的闭环控制和告警，如自动启动/关闭空调、自动启动/关闭风机、自动启动/关闭排水系统等。

5.系统所有操作以及报警确认，都需要保留详细的日志并生成相应报表

2系统总体设计

2.1系统总体架构

根据《开闭所管理制度》、《开闭所操作规程》以及《电力安全生产条例》等文件精神，结合我公司实际应用案例，采用分布式和模块化架构，把开闭所综合监控系统分为站端设备和软件系统两部分。

站端设备以HT500系列站端监控主机为核心，能够接入开关柜、环网柜、变压器传感器或智能设备，温湿度等环境传感器，在线式红外母线温度传感器，电缆无线测温设备，SF6和O2传感器，H2S传感器以及O3传感器。

对射/红外等安防设备、消防主机设备，一路门禁、8-24路灯光/空调以及风机的控制等功能。

并可以通过扩展实现图像抓拍、SF6泄露报警、消防报警等功能。

HT500监控主机采用TCP/IP有线方式或者3G（4G）/CDMA/GPRS等无线方式和中心进行联网。

2.2软件架构设计

根据国网相关文件精神，结合我公司实际应用案例，现把开闭所综合监控系统分为三级中心、五大功能子系统。

一、三级中心

开闭所综合监控系统（以下简称“系统”）为分层、分区的分布式结构，按开闭所综合监控地区级主站系统（以下简称“地区级主站”）、开闭所综合监控集控站级主站系统（以下简称“集控站级主站”）和开闭所综合监控站端系统（以下简称“站端系统”）三级构建，如下图所示。

说明：

目前实际使用情况一般采用市级中心和集控站两级监控模式。

二、系统功能结构设计

2.3网络拓扑设计

目前，对于开闭所监控系统通常有以下几种传输方式：

1、已有以太网的开闭所：

每个开闭所主机需要一个RJ45网口和一个IP地址即可。

2、仅有2M光纤接口：

配置一台2M--以太网桥，通过光电转换，提供以太网接口。

3、没有以太网和光纤的开闭所：

可以选择如下两种方式：

1）就近租用电信运营商的以太网或者光纤：

适合于小区内运营商网络连接较为方便的地方。

2）租用电信运营商的无线网络：

采用3G、4G路由器接入的方式，可以使用公网或者组成VPN专网。

本方案需要向运营商缴纳网络使用费用和购买VPN服务器。

总之，通过各种技术手段，配备以太网为最优化和成本最低的传输方式。

3系统功能设计

3.1功能结构图

3.2智能环境监测子系统

环境数据采集设备安装在开闭所内，通过采集和传输技术，可以实时监测开闭所内的工作环境（如：

温度、湿度、漏水、水位、有害气体（SF6,H2S,O3）等）；当检测到环境量出现异常时，可及时显示、报警，并可通过通信网络将数据上传至系统平台。

站端设备包含各种传感器（温度、湿度、漏水、水位、有害气体等）。

系统平台可以直观的显示出被监测量的大小或状态，以及被监测量的实时值或各种故障发生的情况。

3.3电缆无线测温监测子系统

电力系统正向着大电网高可靠性、高自动化水平的方向迅猛发展。

随着社会用电量的日益增加，电网中众多高压电气设备本身、设备之间的联接点，随着负荷的增大，氧化、电阻增大、再度升温直至酿成事故。

因此，电力系统不惜人力、财力，采取多种措施监测高压联接点的温升。

实现温度监测主要有以下几种方式：

1）光纤温度监测：

光纤温度监测系统采用光导纤维传输温度信号，可准确测量高压触点的运行温度，然而，用于光纤表面可能受到污染，将导致光纤沿面放电，直接影响电力系统的安全运行，至今无法解决。

2）红外温度监测：

红外测温监测采用红外测温方式，但极易受环境灰尘及周围的电磁场影响，另外开关柜内的空间非常狭小，受开关柜体结构的限制，无法安装红外测温探头，制约了红外测温的应用。

3）无线温度监测：

无线测温系统采用频率为2.4G电磁波传输信号，直接安装在高压设备上，温度测量准确，可以彻底解决电气绝缘问题，可以测量室内外任何高压带电体有温度事故隐患点的温度。

3.4环网柜远动子系统

3.4.1系统接入

该系统可集成智能环网柜DTU在线监测系统功能，可支持环网柜的实时状态监测与运动控制

3.5高压开关柜监测子系统

3.5.1功能概述

通过开关柜数据采集系统或模块单元输出RS485采集信号，与HT502监控主机通信，后端数据采集服务器实时采集各种信号量状态遥测遥信数据，中心软件集成该开关柜实时监测子系统，主要完成开闭所动力配电柜、高压开关柜的运行状态、负载参数等数据采集与监测预警，包括电压、电流、触点温度等，以及各种设备的供电情况的监视。

3.6继保开关（刀闸）监测子系统

3.6.1功能概述

刀闸（保护开关）断开与闭合状态作为输变电生成运行过程中重要监护参数，需要实时监控其当前的状态，以便掌控相关设备的运作是否正常

1）、接入刀闸（保护开关）的断开与闭合的状态信号，有助于实时了解站内所有相关刀闸开关的当前状态；

2）、结合系统中集成站内各个角落视频画面，可更加直观的观察到实际室内外刀闸（保护开关）的断开与闭合动作发生时当前设备的实际状态是否与操作一致，减少存在的潜在安全隐患；

3）、系统中集成的一系列联动响应功能，还能在夜间视线不清晰的情况下，在接受到刀闸开关动作信号时，主动打开相应位置的照明灯光，自动弹出视频，响应实时画面监控。

3.7设备控制子系统

3.7.1功能概述

系统平台可以实现对任意指定的监控场所，在任意时间计划内，对任何发生的事件/组合事件（传感设备探测、视频监控图像分析等事件），制定出详细的站端设备、语音、灯光、摄像头等任意设备的关联动作计划，进行智能设备联动。

3.8安全防护子系统

防盗报警系统通过灵活配置，实时反映探测器的布、设防、报警及各种状态，对报警信息进行及时提示。

在设定的布防时间内，实行入侵监控。

并且报警系统可以同时联动该区域的照明系统、闭路电视监控以及门禁等系统。

u可手动布撤防和自动布撤防（每个防区可设置5个时间段）

u结合硬件可控制报警主机每个子系统（用户）的布撤防。

u可按需求设置分区图、防区图、子防区图

u可按需要设置报警后弹出相关地图

u地图上还可设置联动摄像机、门禁等，并直接在地图上控制

u可自定义的报警后语音提示

u完善的事件记录，供事后查询

3.9视频监控子系统

视频监控子系统分为两种方案，第一种在没有以太网的开闭所，可以采用串口摄像头，平常不录像，当出现报警等情况时进行联动抓拍，抓拍的图片可以传送至中心平台上。

第二种方案是有以太网的配电网，完全可以采用数字监控系统，实现专业监控功能。

一、报警抓拍式监控：

（1）安装安防摄像头，可监视开闭所/开闭所即时情况；

（2）支持帧率、码流、分辨率可通过软件操作界面进行参数设定，也可按预先设置的方案自动调整；

（3）报警联动拍照功能：

支持开闭所/开闭所事故报警、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多种报警类别联动拍照上传功能；当发生报警时，能联动相关设备，如启动警笛等，相关设备启动后，在设定的时间内自动关闭；报警发生后，开闭所/开闭所安防摄像头向客户端和监控中心发送报警信息，并同时启动拍照功能；

（4）可设定非法闯入应用：

设定监控范围，当有可疑人物闯入时，联动报警、拍照等并向主站告警；

二、专业级监控：

专业级视频监控系统基于数字硬盘录象机硬件设备，并以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。

（一）、视频监控

1）实时监控、分布监控，报警时的刷卡人员姓名、环境数据字符叠加等功能。

2）以按照地区->区域监控中心->监控区域->摄像机（可为多个摄像机，按监控目标分为一主多辅）树形方式展开选择所需监控的视频，可实时监视本地区所有视频信息，可实时监视同一区域多路（1、4、9、16）实时视频并实现一机同屏同时监视；可同时监视一次设备的多角度视频；

3）不同的区域巡检中心仅可监视其所辖视频；

4）可在以电子地图承载的平面布置图或一次设备连接示意图点击一次设备同时监视一次设备的多个摄像机的多角度实时视频（简称多角度视频）；

5）可根据平面布置图上布防、撤防、告警状态直接查看相关视频；

6）多台监控工作站及Web用户可同时监控任一视频；

7）具备视频自动复位功能，即可对摄像机设定默认监视位置，正常状态下摄像机保持默认位置；在控制完成后设定的时间段内恢复默认监视位置；

8）具备视频自动巡视功能，对系统的监控点进行视频巡检，参与轮巡的对象可以任意设定，包括不同视频、同一不同摄像机、同一摄像机的不同预置位等，轮巡间隔时间可设置，完成轮巡任务的摄像机可自动复位；

9）可对任意视频进行手动录像，对任一帧实时视频以JPEG、JPG或BMP的图片进行抓拍和存放。

（二）、录像管理

1）远程设置前端系统录像规则，实现前端系统的手动录像、定时录像、告警触发录像、画面异动检测录像等；

2）具备集中存储功能，实现将严重告警时的视频和事故视频集中存储到地区级主站IPSAN中，采用以秒为单位的视频流方式存储策略；

3）同时显示、存储、检索各所选摄像机的多个视频；

4）以人机界面方式统一管理本地和历史视频和图片，可按告警事件、时间段、摄像机、存储位置等组合条件检索；可从站端系统上传任意一段历史录像，删除本地和各历史视频；

5）远程回放任一摄像机的历史视频（时间可选）、告警录像和本地录像；回放方式有逐帧、慢放、常速、快速、进度条拖放等方式；

6）具备回放视频单帧抓拍和连续抓拍能力，并可对图片进行标注方便查找。

（三）、数据转发

1）具备对视频流、站端录像、控制信息、告警信息、语音对讲流等数据的转发；

2）支持IP单播、转发组播等多种通信方式。

（四）、语音对讲功能

1）前端场景录音播放、保存、回放语音；

2）实现中心与前端的实时双向语音对讲和语音广播；

3）实现报警广播功能；

（五）、远程控制

1）远程控制前端系统视频监控设备；

2）对摄像机视角、方位、焦距、光圈、景深进行调整及控制；

3）对于有预置位的摄像机，能直接进行预置和操作；

4）对摄像机的控制操作完成后，立刻释放控制权限；

5）设置和查询摄像机的预置位；

6）具备对前端任何一个门的开、关及解除报警等控制功能。

7）可进行前端的布防/撤防控制，布防/撤防可按照可事先制定的策略由系统自动进行，也可以通过平面布置图进行布防或者撤防控制；

8）控制按照用户优先级划分，优先级高的用户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；

（六）、告警管理

1）视频遮挡：

当有人或物体移动到摄像头附近并引起遮挡时，系统会自动做出处理，按已经设定好的灵敏度，布防撤防响应时间，遮挡报警区域等规则，触发联动报警输出，声音告警，报警上传中心.。

2）视频遮盖：

在监控过程中为保护他人的隐私合法权益，可将视频监控范围内不需要或禁止观看到的区域设置成隐私区域用遮挡区块进行遮蔽。

3）视频丢失或异常：

在监控过程中无可避免会出现视频丢失或异常的情况，当出现上述情况时，按已经设定好的报警处理方式，触发报警输出，声音告警，报警上传中心。

4）前端设备异常告警：

当前端设备出现硬盘满，硬盘出错，网线断，IP地址冲突,非法访问，视频输入输出视频格式不匹配问题时，系统会自动做出处理，按已经设定好的报价处理方式，联动声音报警，报警上传中心，联动报警输出。

5）所有告警信息均在告警窗实时显示，显示内容包括日期时间、地区及厂站名、关联的一次设备或监控设备、告警内容及其它信息；不同级别的告警信息分色显示，其色可设置；可按分层分区分类选择显示，以卡片方式分类提示和选择；

6）实现告警联动，可根据告警信号位置切换指定摄像机视频，操作指定设备（照明等），并自动录像（录像时间可设定）；

7）实现严重告警的自动手机短信告警功能；

8）应提供灵活的告警信息过滤和分类手段，对不同区域、用户和工作站设置相应的过滤条件和分类方法；

9）具备告警信息的管理员、监控员确认功能；应按权限和区域确认，不同区域的事件及告警确认和处理相对独立；

10）所有告警信息及确认信息（包括确认时间、确认节点、确认用户等）应自动保存，可打印输出；

11）宜具备警铃警笛联动告警功能；

12）按照时间、地点、告警类型组合方式综合查询历史告警信息。

（七）、视频识别及移动侦测

实现视频识别、边界告警（包括视频丢失、警戒线、警戒区、入侵检测等）等功能，并实现相应告警联动。

（八）、视频分析与互动功能

1）智能视频分析：

穿越警戒面、进入区域、离开区域、区域入侵、物品拿取放置、徘徊、人员聚集、非法停车、快速移动。

（需要配置视频分析专用DVR）；

2）在线修改联动规则；

3）依据联动信息，启动录像，并具有预录像功能，预录时间可设置；

说明：

本子系统支持海康、大华等主流硬盘录像机和数字搞清摄像机系列产品。

因此产品不再另外介绍。

3.10火灾报警及消防子系统

Ø烟雾、明火、主变消防等火灾状态的实时监控。

Ø报警联动功能：

本地声光报警，监控中心计算机报警，以及手机短信告警功能。

并且可设置联动视频、门禁、灯光等子系统。

Ø系统可以直接接入烟雾探测器，也可以通过智能接口集成主流消防厂家设备。

Ø目前支持海湾、依爱、赋安、利达华信、互易、安吉斯、泛海三江、泰和安、TX3607、NOTIFIER等消防主机协议。

3.11门禁控制子系统

一、系统概述

门禁系统是指基于现代电子与信息技术，在配电所的出入口安装自动识别系统，通过对人（或物）的进出实施放行、拒绝、记录等操作的智能化管理系统。

它是利用非接触式智能卡或指纹代替传统的人工查验证件放行、用钥匙开门的落后方式，系统自动识别智能卡上的身份信息和门禁权限信息，持卡人只有在规定的时间和在有权限的门禁点刷卡后，门禁点才能自动开门放行允许出入，否则对非法入侵拒绝开门并输出报警信号。

由于门禁权限可以随时更改，因此，无论人员怎样变化和流动，都可及时更新门禁权限，不存在钥匙开门方式时的盗用风险。

同时，门禁出入记录被及时保存，可以为调查安全事件提供直接依据。

HT502站端监控主机包含一路门禁，直接接入读卡器、电锁、按钮即可实现门禁功能。

二、系统详细功能

1）支持多人授权、多门授权以及复合授权三种模式

2）支持36个可编程时间组，每个时间组包括5个时间段，每个时间段的起始值任意定义。

3）系统支持实时监控和脱机运行双模式运行。

4）系统支持人员进入出去时间人员记录。

5）系统提供设备或网络故障报警、非法闯入报警、门开超时报警、非法刷卡报警以及胁迫报警等。

所有的报警都会在总控制电脑上实时显示红色闪动记录，驱动计算机音箱提醒管理者注意，并且和监控等系统进行联动。

6）系统支持卡、密码、卡＋密码等多种开门方式。

7）系统提供通过中心软件进行强制关门和紧急开门功能。

8）系统支持对所有门或单个门设定门常开时间等。

9）系统支持多卡认证开门。

10）系统支持锁开超时报警功能

11）系统支持电子地图实时监控

12）系统具备考勤、密码开门、IC卡开门、出门按钮开门、锁开超时告警、开门超时告警、断线告警、非法开门告警以及胁迫告警等多种记录。

3.12联动配置子系统

1、安防报警联动：

中心站及子站的安防子系统，通过监控主机接入安防信号（电子围栏、红外对射，小动物探测器等），一旦有警情发生，系统可以联动图像监控系统，并发送报警信号给中心管理系统，同时，可以根据联动方案自动调用摄像机进行抓拍与录像，并可实时播放告警语音、发送提醒短信等。

2、环境量告警联动：

温度量程告警，前端监控主机可通过接入的空调控制器，自动联动对应的空调，进行开机制冷或者制热；湿度探点告警可配置联动相应区域的风机或者除湿器进行除湿联动。

3、有害气体联动：

根据现场检测的SF6，H2S,O3,CO等有害气体，可配置联动风机，进行通风，以及联动声光报警器进行报警。

4、告警短信语音联动配置：

支持配置各类型告警点报警时的短信提示、语音播报、声光警示以及现场广播威慑等。

5、联动抓拍录像及查询功能：

可以根据抓拍类型、记录类型、联动类型、触警条件、抓拍区域以及时间等各种条件，对抓拍录像进行查询。

抓拍录像实时存储在中心服务器上，可避免前端被破坏而造成的录像丢失。

6、刀闸动作视频联动：

通过智能监控主机，后台监测中心，在监测到刀闸开关动作信号时，主动打开相应位置的照明灯光，自动弹出关联的视频，响应实时画面监控，可观看保护开关的实时闭合状态。

3.13巡检管理子系统（可扩展）

所有的门禁读卡器都可以作为巡视读卡点使用，门禁控制器能记录刷卡信息，连PC后数据下载到电脑上保存。

电脑上的巡视软件可以根据这些读卡数据按部门、个人、日期统计各种巡视报表，方便快捷。

任意的读卡门禁点都可以设成巡视点，即方便实用，又经济省钱。

可以在已使用门禁系统的基础上，不用增加硬件成本，而只需增加一套巡视软件就能实现巡视计算机管理功能，避免了类似于打卡钟等巡视设施带来的人工处理的大量工作量，节约了劳动力资源，更提高了电站管理效率。

l利用门禁系统现有设备和网络，对电站工作人员对无人职守的变电站进行巡查管理和监督。

l结合对施工单位工作票管理制度，实现定时、定点、定位、定人以及远程授权操作管理，可以有效的防止无授权人员进入非工作站、非授权作业区，避免复制开门钥匙和领取钥匙者随意进入变电站的安全隐患。

4系统功能特点

1、开放性

开闭所环境监控系统系统能够对下接入不同厂家/品牌的站端设备、传感器、控制器、摄像头等。

2、统一性

开闭所环境监控系统需要包括通信规约（485/422/232/61850/开关量等）的转换，带有自动对时功能，可以实现不同站端设备的集中和管理，包括环境监测、音视频、照明、安防等的完整集中统一

3、智能性

开闭所环境监控系统可实现针对不同监测场景（开关室、设备室、控制室、地上、地下所等），设定不同监控策略，不同的监控职能部门，任意配置，满足不同的监测需求。

4、易扩展性

开闭所环境监控系统在未来监测场所\设备增加、系统升级扩容时，仅需要完成软件的配置即可。

5、易用性

Ø开闭所环境监控系统系统采用B/S架构设计；

Ø从应用角度出发，系统平台的功能应符合实际需要，有良好的可操作性，运维人员通过简单的培训就能掌握系统的操作要领，能够在实际工作中运用系统。

6、高可靠性

开闭所是配网结构中的重要基础场所，智能环境监控系统也是长期处于运行状态，系统的稳定性显得尤为重要。

因此：

Ø站端设备可以脱网独立运行；

Ø局部所故障不影响整个系统平台的正常工作。

Ø站端设备采用模块化结构，便于故障排除和替换；

Ø系统平台有具备处理同时发生的多个事件的能力；

5系统主要设备及参数

5.1HT510智能配电房一体化监控装置

HT510智能配电房一体化监控装置是针对电力配电房的电缆温度以及母线温度无