变电站图像监控系统的应用与探讨
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[摘 要] 介绍了图像监控系统的构成及其在电力系统中的重要作用以及用于变电站远程监控时应具备的功能，给出图像监控系统的基本构成和设计方法，并且在基于电力系统远动信息提取系统的基础上，提出了远动信息提取系统与图像监控系统的联动控制的理念与方法，即以自动化信息中系统状态的变化产生图像监控系统控制的触发信号，实现当电力系统设备状态改变时自动启动相应摄像机进行特定地点的监控及录像功能，使图像监控系统更好的为电力系统服务一
[关键词] 变电站 电力系统自动化 图像监控系统联动控制
随着无人值班变电站技术改造的不断发展，电力系统自动化程度已有了很大提高，已实现了对远方变电站遥测、遥信、遥控、遥调即“四遥”功能。远程图像监控系统是对“四遥”的进一步补充――“遥视”，它能监视并记录变电站的安全以及设备的运行情况，监测电力设备发热程度，及时发现、处理事故情况，有助于提高电力系统自动化的安全性和可靠性，并提供事后分析事故的有关图像资料，同时它还具有防火、防盗等功能。因此越来越多的供电公司把远程图像监控系统作为自动化变电站管理的新手段。
1 图像监控系统的发展过程和趋势
图像监控一直是人们关注的应用技术热点之一，它以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。随着电子技术与通信技术的发展，图像监控系统的发展大致经历了3个发展阶段：
(1)在20世纪90年代初及其以前，主要是以模拟设备为主的闭路系统，称之为第一代视频监控系统，即模拟视频监控系统。
(2)20世纪90年代中期。随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，从而大大提高了图像质量，增强了视频监控的功能。这种基于多媒体计算机的系统称之为第二代视频监控系统，即模拟输入与数字压缩、显示和控制系统。因为核心设备是数字设备，因此称之为数字视频监控系统。
(3)到了20世纪90年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种实用视频信息处理技术的出现，视频监控系统进入了全数字化的网络时代，称之为第三代视频监控系统，即全数字视频监控系统或网络数字视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以职能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命。
随着网络的发展和数字图像处理技术的提高，图像监控系统也在朝着多媒体化、网络化、智能化的方向发展。
多媒体化：随着数字信号处理技术和运算能力的提高，使得进行实时的复杂数据处理成为可能，从而为消除了不同信号之间的本质差异和多媒体技术的发展扫清了道路，也为监控系统向多媒体化的方向发展提供了保证。
网络化：随着计算机网络尤其是基于TCP/IP的internet、intranet的飞速发展，基于IP的多媒体通信技术也日趋成熟。随着网络设备带宽的增加，监控系统所要求的实时性也已经能够较好的满足，利用已有的网络资源，实现远距离实时监控以成为现在监控系统发展的热点。
智能化：由于现在许多监控环境都是在无人值守的环境下，特别在电力系统的特殊领域，在监视终端发生异常时，能够自动的报警，并且在和远动信息提取系统联系起来后，当有开关量发生变化时能自动的触发其监控和录像功能这些都要求监视系统具有一定的智能处理能力。
基于变电站的监控的实际情况，开发具有网络化、智能化的多媒体图像监控系统，才能符合变电站综合自动化发展的要求。
2 图像监控系统在电力系统自动化中的重要地位和意义
随着电网管理的逐步现代化，保证供电系统的安全运行已经成为电力管理部门的首要任务。在“四遥”的基础上增加“遥视”功能，实现无人值守变电所的远程图像集中监控，使领导和值班员可以在计算机上实时监控远程变电所设备的运行情况、操作的执行情况，预期故障发生、迅速排除故障、处理突发事件。同时可避免传统“四遥”系统误发信号引起的误判断，提高了故障诊断信息冗余度，这种先进的管理手段是对传统变电所自动化技术的有机补充，是自动化集成技术的新成员。目前，国内许多地区电力通信网的建设取得了很大的进展，基本上实现了数字化通信。采用光纤、数字微波、网络或无线扩频等通信方式，信道带宽和信道质量明显提高，为变电站远程数字图像监控系统提供了必要的通信传输条件。而且目前广泛采用的基于广域网的网络传授，各变电站之间、变电站与主控站之间的距离不受限制，可以进行远程监控，并且根据权限分配，各站可以相互监控，共享图像数据资源。比如远程图像监控在变电站中实施，它具体上可以实现：
(1)直观地监视并记录变电站的设备运行情况，如变压器油位、风机运行情况、检查刀闸、压板位置等；
(2)部分代替运行人员的日常巡视工作；
(3)在工作人员无法接近设备或恶劣天气情况下，对设备及环境进行监视；
(4)监控变电站操作、检修员作业情况，配合“五防”系统，便于预防人为事故和提供事故后分析的有关图像资料；
(5)若配备红外摄像机，还可监测开关刀闸、变压器等一次设备及接线桩头的发热程度，提前发现故障；
(6)具有防范功能，防止外人非法闯入，火灾告警；
(7)为远端生产管理者提供现场作业情况的实时图像资料。
随着电力系统自动化水平的提高，作为“四遥”重要补充的远程图像监控系统必定会发挥出越来越重要的作用，为保证电力系统安全、稳定、经济的运行，从真正意思上实现变电站的综合管理提供了必要的途径。
3 图像监控系统的构成及主要功能
3.1 图像监控系统的基本构成
图像监控系统主要是运用多媒体数字压缩和多路复用技术，通过摄像机扫描现场图像，利用光电信号转换和多媒体技术，使图像视频信号压缩转换为数字信号，通过点对点和多点对一点的网络拓扑方式，以各站间与公司总部现有的光纤信道为传输介质，将远方图像信号以多路复用的方式传送到各站的监控计算机及局监控终端。
3.1.1 无人值班变电站子系统
这是图像监控的终端系统，基本组成由安装在变电所终端的设备主要由摄像机、双向音视频采集终端、报警探头、音频设备、输出控制设备以及必要的网络设备等组成，主要完成对图像信息的采集、压缩编码及发送。
3.1.2 变电站监控子系统
该系统主要安装无人变电站站端，由双向音视频监控终端、音频设备、可视对讲设备、报警提示录像设备及相应的辅助设备等组成，完成对图像信息的解压接收，实现在站内进行设备远方操作时对设备状态的实时监控。
3.1.3 主监控子系统
该系统由系统主站端、监控中心、局领导办公室以及相关处室等组成，主要实现对所有变电所的总体监控。其中的配置分别为：
(1)主站端：图像系统服务器、双向音视频监控主机、可视电话对讲设备、路由设备及一些必要的网络组件等。
(2)监控中心：双向音视频监控主机、可视电话对讲设备、报警录像设备以及报警语音提示设备等。
(3)公司领导办公室以及相关科室：在领导及相关科室计算机上，安装相应的图像软件、图像解压卡以及可视电话对讲设备等。
3.2 图像监控系统可实现的功能
3.2.1 监控功能
在监控主站上能灵活、方便、清晰、实时地监视任一路摄像机的画面，并对其云台和镜头进行控制，还能对现场进行监视。
3.2.2 远程指挥与双向通信功能
监控中心和公司领导能方便的同远方变电站实现双向通信工程，方便监控中心和公司领导对站内现场作业的监督或指挥，特别在应急事故抢修过程中，现场人员向公司领导汇报现场情况等。
3.2.3 报警功能
当接收到前端点传来的报警图像时，发出声光警报，提醒值班人员注意；并将画面自动切换到报警区域。
3.2.4 显示功能
监控中心主站可多屏显示，显示方式可自动轮换显示，也可冻结一屏，单独对另一屏进行显示操作。
3.2.5 录像功能
系统应采用大容量硬盘数字录像。所录图像可用视频播放软件回放并要方便查找、管理和处理播放。当系统接收到前端站点传来的警报，能自动启动录像功能，记录报警区域图像。当报警区域不只一个时，能自动分割画面记录。
3.2.6 安全功能
系统设计有严格的操作密码保护机制，防止无关人员对系统的随意操作。
3.2.7 管理功能
系统具有工作日志自动记录功能，可记录系统运行过程中发生的重大事件，如开关合闸与开闸的时间、发生报警的位置和时间、对前端站点进行查看的用户以及其它各项管理等。
3.2.8 打印功能
可设置定点打印相关报表、告警打印、屏幕拷贝打印和其它操作、监测情况的打印等。
3.2.9 数据交换功能
具有开放的数据接口，并能方便地与M1S系统、管理系统、SCADA系统进行数据交换。
4 远动图像监控系统的探讨
4.1 远动图像监控系统的组成
通过一定的通信通道完成对本地或远方终端的数字图像监控，用户可以将远端视频信号压缩编码后，通过信道传送到主控中心，再经过解码后即可显示远方监控现场的图像，通过客户端对现场进行监控。现在变电站的自动化系统已经相当完善，对于站内设备开关量的变化及设备的状态的改变等信号都能够通过自动化系统网络传输到终端计算机供调度人员或远方操作人员判断设备状态的改变，同时这些数据自动存储到终端计算机的数据库中，若利用开关量的变化自动触发相应位置的摄像头，使远动系统与图像监控系统实现“互动”，解决电力系统远动信息与图像监控系统的联动问题，以远动信息中提取的系统变化的关键信号为触发源，实现事故和开关变化的自动画面切换与录像功能，从而更好的为电力系统服务。
4.2 远动图像监控系统的工程设计
为了使系统的能够正确的按要求运行，除了硬件连接外，还需要监控终端软件的控制，在软件部分主要实现：
(1)向图像服务器发送连接请求，并与之建立通信；
(2)实现远动信息映射并进行判断，发出监控触发信号：
(3)向控制台发送控制命令，使之完成相应的动作，如云台镜头状态的改变；
(4)接收成像设备的图像数据，并实时显示或存储，以及多路图像的切换；
(5)接收系统的报警信息，触发报警设备。
远动图像监控系统是为了解决电力系统远动信息与图像监控系统的联动问题，以远动信息提取系统报警功能，从而更好的为电力系统服务。为了实现一次的信号为触发源，实现事故和开关变化的自动录像及设备与图像监控系统的联动控制，需要解决以下几个问题。
(1)建立摄像机与监控地点的对应列表：若一台摄像机对应多个监测点，还需设定云台控制角度与监控地点的位置对应关系表。
(2)建立远动信息与实际设备地点的对应列表；
(3)读取远动信息，分析判断信息，选取开关量及无功装置投切等状态变化信号；
(4)发出录像、监控开始信号，选取相应摄像机进行录像，录像的时间可在服务器端预先设定；
5 结束语
在高效的计算机网络系统的基础上，图像监控系统作为电力系统远动系统的重要补充，可以实时监控远程变电所设备的运行情况、操作的执行情况，预期故障发生、迅速排除故障、处理突发事件，为供电系统的安全运行提供有力保障，从真正意义上实现变电所无人、综合、安全的电网现代化管理。结合电力系统自动化系统，利用自动化控制中心收到的开关数据及报警信息，经过软件处理产生可自动控制远方摄像机动作与监控中心的录像与报警程序，实现图像监控系统与远动系统的联动控制，将更大的发挥图像监控系统在电力系统中的作用。
6 参考文献
1 祝春捷.图像监控系统在变电所中的开发和应用.供用电技术，Vol.18，No，3
2 肖成刚.电力变电站远程图像监控系统.宁夏电力，2002(3)
3 柯小琳，朱金大.遥视系统在无人变电所的应用.农村电气化，2002(2)
4 周纯桥.视频监控系统的现状和发展