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        數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在變電站應(yīng)用的故障分析

        2010-06-07 06:24:42羅朝陽(yáng)
        電力工程技術(shù) 2010年4期
        關(guān)鍵詞:預(yù)置遠(yuǎn)程監(jiān)控

        羅朝陽(yáng)

        (鹽城供電公司電力調(diào)度中心,江蘇鹽城 224005)

        隨著電網(wǎng)現(xiàn)代化水平提高,電力通信日益顯示出其重要性。創(chuàng)建無(wú)人值班通信站,是深化電力體制改革、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的一項(xiàng)重要舉措,是電力通信事業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化和創(chuàng)建無(wú)人值班通信站的重要組成部分。建立視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),能夠有效提高通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)管功能,加強(qiáng)通信調(diào)度指揮能力,及時(shí)發(fā)現(xiàn)通信電路或設(shè)備的故障,縮短維修停運(yùn)時(shí)間,提高通信質(zhì)量,減少通信站值守人員,在提高通信網(wǎng)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益方面具有重要作用。無(wú)人值班通信站一般都實(shí)現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)方通信站的“三遙”(即遙測(cè)、遙信、遙控)功能。然而,要實(shí)現(xiàn)通信站全面的自動(dòng)化管理,如對(duì)遠(yuǎn)方通信站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)視、防盜、防火的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和報(bào)警等功能,這是目前常規(guī)自動(dòng)化系統(tǒng)還不能實(shí)現(xiàn)的。視頻監(jiān)控作為一種新型的科技手段,在20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始應(yīng)用于電力系統(tǒng)中,該技術(shù)的應(yīng)用為電力安全生產(chǎn)提供了有效的輔助作用。它的出現(xiàn)從某種意義上推動(dòng)了電力系統(tǒng)新管理模式的改革進(jìn)度。該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成功及投入運(yùn)行為無(wú)人值班綜合自動(dòng)化通信站又增加了一個(gè)重要的功能——遙視功能。

        1 鹽城供電公司數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)介紹

        目前,鹽城供電公司采用XY-JK2000多媒體數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),已完成了對(duì)1個(gè)500 kV、2個(gè)220 kV、1個(gè)110 kV、3個(gè)微波站的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。該數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用基于WEB服務(wù)器為核心的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程遙視系統(tǒng),在組網(wǎng)方式上與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控有極大的不同。整套遙視系統(tǒng)主要由3個(gè)互相銜接的部分組成:現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(分站設(shè)備)、通道傳輸設(shè)備、監(jiān)控中心(主站設(shè)備)。

        XY-JK2000多媒體數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要包括監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)、監(jiān)控中心、領(lǐng)導(dǎo)分控三部分。

        圖1 視頻監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意

        2 監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)

        監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)主要由前端PC機(jī)、智能切換矩陣、一體化球型攝像機(jī)(內(nèi)置云臺(tái)、防護(hù)罩、鏡頭)等主要設(shè)備組成。監(jiān)控前端是擔(dān)負(fù)著圖像的采集、編碼、傳輸和控制命令的執(zhí)行部分,是整個(gè)系統(tǒng)重要組成部分之一。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        圖2 監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)

        3 監(jiān)控中心

        (1)圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器

        圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器主要由高檔微機(jī)服務(wù)器、WINDOWS NT/2000、SQL Server/Access 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組合、自行研制的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)、WEB服務(wù)器軟件及“XY-JK2000”數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器軟件組成。系統(tǒng)服務(wù)器主要完成以下任務(wù):處理多個(gè)監(jiān)控客戶(hù)終端的任務(wù)調(diào)度、監(jiān)控終端用戶(hù)訪問(wèn)控制和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理。

        (2)監(jiān)控客戶(hù)終端

        監(jiān)控終端微機(jī)配置在主控機(jī)房、調(diào)度室、主管領(lǐng)導(dǎo)辦公室和其它相關(guān)單位,安裝圖像監(jiān)控用戶(hù)端軟件或WEB瀏覽器。監(jiān)控終端用戶(hù)必須由系統(tǒng)管理員在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中注冊(cè),根據(jù)職責(zé)授予不同的權(quán)限和控制優(yōu)先級(jí)。用戶(hù)通過(guò)用戶(hù)名和口令登錄系統(tǒng),在系統(tǒng)管理員授予相應(yīng)權(quán)限的情況下,具有以下功能:圖像監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制和錄像。

        (3)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程橋接器

        圖像監(jiān)控中心局域網(wǎng)通過(guò)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程橋接器與多個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控前端實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,在中心控制室內(nèi)利用10Base-T/G.703轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)直接送到監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)中,實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)流的雙向轉(zhuǎn)發(fā)。

        (4)監(jiān)控網(wǎng)與MIS網(wǎng)連接

        考慮到電力調(diào)度系統(tǒng)的獨(dú)立性和穩(wěn)定性,監(jiān)控中心的局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò),并通過(guò)專(zhuān)用通道與電力局MIS網(wǎng)連接。為了繼續(xù)保證監(jiān)控網(wǎng)的獨(dú)立性和穩(wěn)定性,同時(shí)不讓視頻流影響MIS網(wǎng),必須把監(jiān)控網(wǎng)劃在獨(dú)立的VLAN之中。由于要處理大量的視頻流和能夠支持IP多播,監(jiān)控中心的交換機(jī)選用了高性能、支持IP多播的Cisco Catalyst 3524。按照DVD標(biāo)準(zhǔn),視頻碼流是1 500 kbit/s,即144 kb/s,一個(gè)視頻UDP數(shù)據(jù)包大小為1.0~1.5 KB,因此,每路視頻每秒需要的UDP包為150個(gè),10路視頻對(duì)交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)能力需求是每秒1 500個(gè)。在本系統(tǒng)中,Cisco Catalyst 3524有10 Gbit/s的交換背板,每秒6.5×106個(gè)包的轉(zhuǎn)發(fā)能力,對(duì)10路視頻處理需求綽綽有余。以上的組網(wǎng)方式保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

        4 系統(tǒng)功能

        (1)控制功能

        監(jiān)控主機(jī)可通過(guò)鼠標(biāo)操作對(duì)安裝在現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)、鏡頭、照明等設(shè)備進(jìn)行控制,以便觀看多個(gè)監(jiān)控場(chǎng)合和目標(biāo),同時(shí)獲得最佳的監(jiān)控效果。

        (2)圖像切換

        監(jiān)控主機(jī)可控制視頻信號(hào)切換,可以對(duì)選定的一組攝像頭進(jìn)行顯示間隔可調(diào)的輪流觀看。

        (3)數(shù)字錄像及回放

        系統(tǒng)的錄像功能全面,可以由用戶(hù)控制錄像,可設(shè)定定時(shí)自動(dòng)錄像。除特殊需要時(shí),一般都采用數(shù)字錄像方式,即把圖像存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)或可讀寫(xiě)光盤(pán)上。

        (4)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多屏幕顯示和輪流觀看

        定時(shí)輪流顯示選定的一組鏡頭圖像,每一時(shí)刻某一現(xiàn)場(chǎng)只有一路活動(dòng)圖像,一組鏡頭由現(xiàn)場(chǎng)控制或遠(yuǎn)程分控選擇,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多屏幕顯示和遠(yuǎn)程長(zhǎng)時(shí)間錄像。

        (5)智能報(bào)警及聯(lián)動(dòng)

        在監(jiān)控區(qū)域有異常情況發(fā)生,報(bào)警插頭將給計(jì)算機(jī)以觸發(fā)信號(hào),計(jì)算機(jī)將畫(huà)面自動(dòng)切換至該報(bào)警區(qū)域,并立即錄像。

        (6)操作簡(jiǎn)便

        客戶(hù)端為Microsoft公司提供的IE瀏覽器,操作界面全部為中文可視化界面,用戶(hù)可根據(jù)清晰的中文功能提示,實(shí)現(xiàn)全部的監(jiān)控操作。

        (7)遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)管理

        視頻監(jiān)控服務(wù)器提供遠(yuǎn)程WEB訪問(wèn)功能,管理員不必到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng),就可修改設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù),提高的設(shè)備維護(hù)效率。同時(shí),管理員可遠(yuǎn)程增加、刪除、修改用戶(hù)、監(jiān)控地點(diǎn)、用戶(hù)的控制權(quán)限、錄像時(shí)間等信息。當(dāng)這些信息修改之后,管理員不用對(duì)客戶(hù)端進(jìn)行維護(hù),用戶(hù)只要在重新登錄系統(tǒng)一次,即可得到管理員重新分配的信息,大大減輕了管理人員的軟件維護(hù)工作量。

        (8)系統(tǒng)可擴(kuò)展性

        系統(tǒng)安裝完成后,根據(jù)實(shí)際需要可不斷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件擴(kuò)展和軟件升級(jí)。

        ①前站的數(shù)量可擴(kuò)展:監(jiān)控中心選用10Base-T/G.703轉(zhuǎn)換器,如需增加1個(gè)前站,只需增加1對(duì)轉(zhuǎn)換器即可:一臺(tái)在監(jiān)控前端,另一臺(tái)在監(jiān)控中心。轉(zhuǎn)換器的連接非常簡(jiǎn)單,只需一條2M通道,無(wú)需其它配置。

        ②客戶(hù)端的數(shù)量可擴(kuò)展:只需有IE瀏覽器,網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)多媒體計(jì)算機(jī)均可作為客戶(hù)端使用。

        ③可升級(jí)性強(qiáng):只需更換視頻采集編碼卡和監(jiān)控軟件,即可實(shí)現(xiàn)MPEG-2、MPEG-4等壓縮標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)(監(jiān)控軟件免費(fèi)),從而保護(hù)前期投資。

        5 系統(tǒng)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

        (1)監(jiān)視

        采用彩色一體化快球攝像機(jī)對(duì)微波塔、人員進(jìn)出通道、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,完成對(duì)儀表、開(kāi)關(guān)狀態(tài)的監(jiān)控及完成相關(guān)區(qū)域的監(jiān)控。

        對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行操作,完成云臺(tái)旋轉(zhuǎn)、鏡頭聚焦及近景/遠(yuǎn)景調(diào)節(jié)等操作工作。同時(shí),本系統(tǒng)還可以開(kāi)關(guān)方式控制現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)設(shè)備,如打開(kāi)室內(nèi)照明等。

        系統(tǒng)采用共同接地網(wǎng),只有一點(diǎn)獨(dú)立接地,接地電阻不大于1歐,具有良好的抗雷擊功能。現(xiàn)場(chǎng)與系統(tǒng)以外設(shè)備相連的數(shù)據(jù)線均有防雷擊浪涌保護(hù)器,將其與其他設(shè)備隔離,可防止設(shè)備遭雷擊破壞。

        (2)預(yù)置和巡視

        監(jiān)控系統(tǒng)采用了快速一體化球型攝像機(jī),它是由三可變鏡頭、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和由步進(jìn)電機(jī)構(gòu)造成的快速云臺(tái)綜合一體的攝像機(jī),帶64個(gè)預(yù)置位,因此通過(guò)各監(jiān)控主機(jī)可對(duì)該攝像機(jī)的預(yù)置點(diǎn)進(jìn)行預(yù)置,從而在監(jiān)控中心發(fā)送一個(gè)預(yù)置目標(biāo),即能在1 s鐘內(nèi)獲得預(yù)置點(diǎn)清晰的圖像。同時(shí)還能連續(xù)控制攝像機(jī)云臺(tái),并實(shí)現(xiàn)變焦、變倍、變光圈等功能。因此,通過(guò)軟件來(lái)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)的巡視目標(biāo)(預(yù)置點(diǎn))及每個(gè)目標(biāo)(預(yù)置點(diǎn))停留時(shí),能夠順利實(shí)現(xiàn)各種需要的巡視功能。

        (3)先進(jìn)性

        圖像壓縮采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn),具有圖像清晰度高、畫(huà)面細(xì)微逼真、圖像幀率高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),硬件壓縮保證了數(shù)據(jù)高實(shí)時(shí)性,圖像延時(shí)小于1 s。

        (4)開(kāi)放性

        整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng),兼容性強(qiáng),可與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)相連。企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的用戶(hù)使用WEB瀏覽器即可進(jìn)行圖像監(jiān)控。監(jiān)控前端可以將許多現(xiàn)有的資源接入本系統(tǒng),避免重復(fù)投資。

        (5)實(shí)時(shí)性

        從前端情況發(fā)生到后方中心的響應(yīng)時(shí)間少于1s。

        (6)易操作性

        系統(tǒng)軟件提供全可視化中文操作界面,設(shè)計(jì)合理,操作員只需經(jīng)簡(jiǎn)單培訓(xùn)就可熟練使用。

        (7)易維護(hù)性

        系統(tǒng)運(yùn)行的高穩(wěn)定性和高可靠性使維護(hù)人員的工作量大大減少。系統(tǒng)具有自診斷和自恢復(fù)功能,可以報(bào)告故障位置及原因,幫助維護(hù)人員易于定位和排除故障。部分系統(tǒng)故障可以由系統(tǒng)本身自行修復(fù),從而進(jìn)一步減少工作量。

        (8)可靠性

        系統(tǒng)采用純硬件組網(wǎng),有效解決了以往圖像卡、軟件易死機(jī)的系統(tǒng)不穩(wěn)定問(wèn)題。監(jiān)控設(shè)備的機(jī)箱外殼接地良好,具有較好的電磁兼容性。產(chǎn)品按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),能抗高溫、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境,能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。監(jiān)控系統(tǒng)有良好的電氣隔離性能,具備符合ITU-T藍(lán)皮書(shū)K.20建議的抗雷擊及過(guò)電壓保護(hù)能力。監(jiān)控系統(tǒng)具有自診斷功能(主要設(shè)備均帶有看門(mén)狗功能,對(duì)自身故障可自動(dòng)恢復(fù)),系統(tǒng)故障則具有自動(dòng)隔離功能,監(jiān)控系統(tǒng)的接入、故障不影響被監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行。另外,系統(tǒng)還具有良好的容錯(cuò)能力,不會(huì)因用戶(hù)的誤操作引起程序運(yùn)行出錯(cuò)。

        6 系統(tǒng)運(yùn)行分析

        (1)預(yù)防事故的發(fā)生及擴(kuò)大。通過(guò)監(jiān)控中心、操作站能清晰監(jiān)視變電所重要電氣設(shè)備的運(yùn)行情況及各戶(hù)內(nèi)外場(chǎng)地的環(huán)境狀況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備的異常情況,以便調(diào)度人員及時(shí)采取有效措施,防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大,減少經(jīng)濟(jì)損失。

        (2)加速事故處理,減少停電損失。圖像監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的視頻信號(hào)數(shù)字化壓縮編碼技術(shù),不僅可將遠(yuǎn)方變電所的圖像和火災(zāi)、防盜報(bào)警信號(hào)傳送至監(jiān)控站和操作站,還實(shí)現(xiàn)了三者之間的視音頻信號(hào)雙向傳送,增加了可視對(duì)講功能。無(wú)人值班變電所的防盜、防火工作是極其重要的,其它系統(tǒng)很難做到這一點(diǎn),而圖像監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)卻做到了警視聯(lián)動(dòng)功能,這便大大縮短停電時(shí)間,減少了停電損失。

        (3)為事故分析提供可靠依據(jù)。當(dāng)變電所發(fā)生防盜防火報(bào)警時(shí),該系統(tǒng)能迅速自動(dòng)地將圖像切換到發(fā)生報(bào)警的探測(cè)器相應(yīng)的位置,并自動(dòng)啟動(dòng)錄像系統(tǒng)進(jìn)行事故追蹤錄像,并自動(dòng)存盤(pán)。系統(tǒng)的事故追憶功能和事故順序記錄功能為事故分析提供了可靠依據(jù)。

        7 結(jié)束語(yǔ)

        在通信運(yùn)行維護(hù)中,遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決了變電所自動(dòng)化“三遙”以外新的需求——遙視需求,使變電所自動(dòng)化水平又上了一個(gè)新的臺(tái)階;對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理,通信調(diào)度的指揮、協(xié)調(diào)、處理電路或設(shè)備的故障提供了有力的幫助;在提高通信質(zhì)量,減少通信站值守人員,提升通信網(wǎng)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益等方面起到了重要作用。

        電力通信站遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施和推廣,對(duì)電力行業(yè)企業(yè)化管理有著重要的意義。建立有效的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng),將有助于深化電力企業(yè)改革,提高資源利用率,降低通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)的成本,并從整體上提高電力系統(tǒng)對(duì)通信站和通信網(wǎng)絡(luò)的管理水平。

        [1]龔奕利,雷迎春.深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2004.

        [2]姜 敏,施 建.基于嵌入式Web服務(wù)器的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代,2001(7).

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