江嘉銘，鐘業(yè)榮，阮國恒

（廣東電網(wǎng)有限責任公司清遠供電局，廣東清遠 511515）

隨著目前各項新型技術(shù)的不斷創(chuàng)新研發(fā)，各類變電站、變電所基本引入計算機微機控制技術(shù)實施保護，但是并未在計算機系統(tǒng)中，納入變電站控制、測量信號和計費、回路等，導致如今仍然有多數(shù)變電站采用人工作業(yè)，包括抄表、值守等。變電站作業(yè)通常是定崗定責，操作者以電力系統(tǒng)的具體情況制定系統(tǒng)操作，實現(xiàn)于各操作地點。目前變電站工作盡管引入了相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)和工作機制，但是在監(jiān)視定位方面仍然存在一定缺失。而且變電站上層管理軟件，也無法獲取現(xiàn)場技術(shù)應用支持，更無法充分發(fā)揮系統(tǒng)效能。為了能夠使電網(wǎng)整體自動化運行管理水平得到充分提升，并且真正獲得減人增益的效果，提高遠程監(jiān)控的整體工作水平，文中提出了基于C/S 模式的變電站作業(yè)安全立體監(jiān)控系統(tǒng)。主要是為了能夠真正實現(xiàn)變電站無人值守，所以增設運用的電網(wǎng)輔助類監(jiān)控系統(tǒng)，能夠集中控制變電站作業(yè)情況，并實時監(jiān)控錄像下級變電站，能夠全天不間斷地監(jiān)控站內(nèi)的作業(yè)情況、設備運行等，還增設了門禁管理、防火警報等系統(tǒng)功能[1-7]。

1 系統(tǒng)設計需求分析

文中提出并設計了基于C/S 模式的變電站作業(yè)安全立體監(jiān)控系統(tǒng)，主要是為了能夠全方位、全過程的監(jiān)控每一位入場實施變電站作業(yè)的工作人員和工作現(xiàn)場設備，能夠在對工作操作不造成影響的前提下，明確具體的工作職責和活動范圍，這樣能夠達到預警及引導作用，更大程度確保了變電站作業(yè)的安全規(guī)范性。通過前期調(diào)研變電站作業(yè)的用戶需求，總結(jié)該監(jiān)控系統(tǒng)的設計功能需求如下[8-12]：

1）能夠結(jié)合變電站工作現(xiàn)場的實際情況及實景完成三維模擬圖像繪制，并輸入相應的模擬操作與任務指令，便會自動形成立體三維安全區(qū)域。

2）檢修者需要明確檢修任務的不同，形成差異化電子圍欄，監(jiān)控系統(tǒng)需要全方位全過程地監(jiān)控每一個工作人員的具體工作，并且明確相應的工作職責和工作范圍。

3）小型化終端設計了系統(tǒng)定位，并安裝在特制作業(yè)設備中，保證了使用的方便性。

4）系統(tǒng)能夠搜集每一個工作人員所在的實際位置以及工作運行軌跡。

5）能夠預留出充足的對應目前五防系統(tǒng)的接口。

6）預留遠端WEB 開發(fā)瀏覽接口，后期能夠遠程指導相關(guān)職能部門指揮工作現(xiàn)場。

2 系統(tǒng)設計總架構(gòu)

在設計基于C/S 模式的變電站作業(yè)安全立體監(jiān)控系統(tǒng)時，運用了定位技術(shù)、智能視頻分析，來采集和分析變電站作業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠向違章、監(jiān)護工作人員實時發(fā)送具體作業(yè)信息。由于考慮到變電站工作環(huán)境的復雜化，加上系統(tǒng)選用的工作射頻，也需要盡可能地確保重疊手持機、短波電臺多個通信設備的工作運行頻率。由于在有限的通信頻段內(nèi)，電線尺寸、微波頻率二者之間呈現(xiàn)負相關(guān)，所以高頻段通信就至關(guān)重要。為了對現(xiàn)場是否發(fā)生干擾頻點進行檢測，以及實地進行電磁兼容測試，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在2.4 GHz頻段時，所接收的通信信號處于-60～-70 dBm之間，所以設定了-75 dBm以上的順暢通信信號強度。

該監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)框圖見圖1，主要由一臺前置機設備、一臺總服務器共同組成，具體采用的前置機設備數(shù)量，是以系統(tǒng)容量為拓展依據(jù)，運用RS232 通信串行口來完成前置機、變電站之間的綜合自動化系統(tǒng)通信。能夠自動化采集變電站遙測、遙信以及遙調(diào)相關(guān)信號。并運用MODEM 向調(diào)度終端遠程控制站上傳相關(guān)調(diào)度，運用TCP/IP 協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)將實際現(xiàn)場的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)局域網(wǎng)向監(jiān)控服務器的有效傳送。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)總體框架示意圖

如圖1 所示，該視頻監(jiān)控系統(tǒng)共設立兩座110 kV降壓變電站作為集控站；10 座6 kV 變電站、0.4 kV 變電站作為變電站監(jiān)控的主要前端設備。

3 系統(tǒng)詳細功能實現(xiàn)

3.1 監(jiān)控前端

變電站作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)前端設備主要包括了變焦攝像機、解碼器、云臺、UPS 電源、數(shù)據(jù)光端機等技術(shù)設備。在實際變電站作業(yè)現(xiàn)場通過攝像機負責各類視頻信號的全面采集，且該攝像機在變電站實際工作現(xiàn)場具備防塵、防水、彩色、黑白交換及幀累計的功能。在全天室外云臺，調(diào)節(jié)全方位攝像機運動可以對變電站的工作現(xiàn)場畫面進行隨意切換監(jiān)控。解碼器主要能夠解碼經(jīng)主站端所傳輸?shù)目刂泼?，用來對操作云臺、攝像頭、內(nèi)部芯片各功能進行協(xié)議控制，并設置地址碼與通信波特率等各項功能。視頻數(shù)據(jù)光端機以具體協(xié)議向網(wǎng)絡中端發(fā)送具體的視頻信號，能夠采集發(fā)送視頻信號（見圖2）。

圖2 監(jiān)控前端程序調(diào)用

3.2 集控站

集控站主要作為監(jiān)控服務器全面負責所有監(jiān)控據(jù)點，該服務器軟件功能如下：

1）能夠監(jiān)視全部視頻圖像，從而切換并顯示具體圖像。

2）能夠以監(jiān)控系統(tǒng)終端用戶的具體操作需求為依據(jù)，選擇相應的視頻網(wǎng)絡，實現(xiàn)圖像壓縮解碼，向局域網(wǎng)服務器成功傳輸網(wǎng)絡。并且客戶端用戶還能夠經(jīng)客戶端軟件實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的接收、解碼與回放。

3）能夠控制變電站工作現(xiàn)場攝像頭的遠近調(diào)焦等功能，實現(xiàn)云臺能不同方向轉(zhuǎn)動。

4）能夠具備警報信號，集控站具備系統(tǒng)監(jiān)控中心通訊接口，運用2 Mbit/s 專用通信通道。

3.3 通信設計

該系統(tǒng)設計中主要采用了多串口卡，RS232 并未調(diào)用API 函數(shù)而采用了DLL，因此處于VC 編程環(huán)境下，可以采用API232.lib 及API232.h 兩類文件，復制動態(tài)化鏈接庫API232dll至前端通訊目錄中。

通訊代碼示例如下：

3.4 數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)庫軟件

在采集處理數(shù)據(jù)中，經(jīng)過建立組幀、數(shù)據(jù)接收線程，經(jīng)RTU 報文組織方式向組織發(fā)送組幀。在設計監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫時，由于考慮到較大的變電站數(shù)據(jù)流量，所以運用了SQLServer 數(shù)據(jù)庫，以SQL 標準協(xié)議經(jīng)ODBC 操作數(shù)據(jù)庫?？紤]到系統(tǒng)應用數(shù)據(jù)庫操作的安全性，操作人員想要成功進入該系統(tǒng)軟件，首先需要進行身份權(quán)限驗證，采用用戶名及密碼校驗方式，設置了整個數(shù)據(jù)庫，包括以下內(nèi)容：管理員、遙測、遙信、事項、電度、計算機、廠站、端口、項目、線路、計算量等相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)表。在數(shù)據(jù)庫應用設計VC 編碼解疑系統(tǒng)中，設計了以下幾類數(shù)據(jù)庫表，分別 為Cdatabase、Crecordset、類Cdatabase、Crecordset等數(shù)據(jù)庫操作代碼，數(shù)據(jù)庫采集流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫采集流程

3.5 監(jiān)控軟件設計

文中設計的監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括網(wǎng)絡、主控、數(shù)據(jù)庫、顯示及打印5 大子系統(tǒng)功能軟件。通過前置接收端能夠成功接收SOE、數(shù)據(jù)等信息，實時向系統(tǒng)主控模塊傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，并向前置機傳輸監(jiān)控遙控命令。數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)設定的參數(shù)時間間隔，實時存入SQL 相關(guān)數(shù)據(jù)，并顯示給用戶圖形界面，也可以根據(jù)用戶的實際操作需求，匯總數(shù)據(jù)以日、月、年不同監(jiān)控信息報表實現(xiàn)定時、召喚不同打印功能，如圖4所示。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)連接示意圖

4 系統(tǒng)應用實例

通過將文中的基于C/S模式的變電站工作現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)應用于實例中，在變電站作業(yè)開始后[13-16]，用戶可以通過客戶端運用二維、三維視角來實時監(jiān)控所有的工作操作場景，并根據(jù)自己的監(jiān)控需求，針對性地進行平移、縮放和旋轉(zhuǎn)等監(jiān)控調(diào)整（見圖5～7）。

圖5 實時監(jiān)控全景示意圖

圖6 實時監(jiān)控近景示意圖

圖7 實時監(jiān)控側(cè)面示意圖

5 結(jié)束語

綜上所述，文中提出了基于C/S 模式的變電站工作監(jiān)控系統(tǒng)設計思路，通過分析該系統(tǒng)的硬軟件實現(xiàn)詳情發(fā)現(xiàn)實際投入運用中能夠獲得可靠穩(wěn)定的操作運行性能，并且為實際變電站的運行創(chuàng)造了經(jīng)濟、社會效益。該系統(tǒng)在運行中還能夠?qū)崿F(xiàn)實時打印、歷史數(shù)據(jù)打印、定時打印、遙控和遙調(diào)及實時監(jiān)控警報等各項功能。確保全方位實時監(jiān)控進入變電站作業(yè)現(xiàn)場的每一個工作人員的具體工作情況，經(jīng)用戶-角色-權(quán)限設計系統(tǒng)管理，能夠有效預防非法侵入系統(tǒng)，更有效地保障了系統(tǒng)安全性。