謝 楓，岳 虎，王 莉，劉曉偉，李雪梅

（1.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司營(yíng)銷服務(wù)中心（計(jì)量中心），北京 100045；2.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司，北京 100045）

由于變電所設(shè)備陳舊、儀器老化、無(wú)人值班，使得監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)難以遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心的工作人員不能正確判斷前端變電站發(fā)生的具體情況和事件[1]。極大地降低了整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，無(wú)法及時(shí)有效地控制事故的發(fā)生[2]。

各種變電所事故頻發(fā)，設(shè)備陳舊，火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，給國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，對(duì)人民生命構(gòu)成極大威脅。加之一些變電站使用昂貴的電力設(shè)備，偷竊事件屢見不鮮，增加了犯罪事件的發(fā)生率。這一切從根本上對(duì)電網(wǎng)造成了不良影響，威脅到系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行[3]。

在現(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)中，通過(guò)獨(dú)立的VQC裝置和網(wǎng)絡(luò)VQC系統(tǒng)，可以對(duì)已發(fā)生的異常、故障和事故進(jìn)行報(bào)警和顯示，但不能有效地監(jiān)控電力系統(tǒng)的安全隱患?；跀?shù)據(jù)集成的電網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)已迫在眉睫，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全隱患和薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)消除安全隱患。電網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)大大提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，為實(shí)現(xiàn)用戶高質(zhì)量用電提供技術(shù)保障。

1 監(jiān)控系統(tǒng)組成

視頻信號(hào)經(jīng)H.264協(xié)議壓縮后，可以同時(shí)傳輸多個(gè)信號(hào)。此協(xié)議能有效降低對(duì)數(shù)據(jù)通信的占用，采用TCP/positive或UDP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸[4-6]。按照監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為配電站、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和用戶監(jiān)測(cè)中心三大部分。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 現(xiàn)場(chǎng)變電站

采用穩(wěn)定性高、處理能力強(qiáng)的工控機(jī)進(jìn)行信號(hào)的采集、處理和存儲(chǔ)。并配備高頻率CPU用戶大容量硬盤，便于大量的數(shù)據(jù)傳輸和計(jì)算，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)均安裝攝像機(jī)來(lái)采集視頻信號(hào)（由解碼器控制鏡頭聚焦和PTZ控制）[7-8]。變電站的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 變電站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)與報(bào)警器通過(guò)RS485端口相連，并在控制中心對(duì)攝像機(jī)和PTZ采集信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)管理[9-10]。PTZ的攝像機(jī)和遙控器由計(jì)算機(jī)控制，報(bào)警裝置連接到控制中心。采用視頻采集卡對(duì)攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)進(jìn)行采集與組織，以高性能視頻采集卡代替原有的視頻采集卡，Video將視頻信號(hào)壓縮為H.264視頻數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)中，使得Video更適用于網(wǎng)絡(luò)傳輸[11]。

1.2 站端系統(tǒng)

主機(jī)房配有監(jiān)控圖形終端，實(shí)現(xiàn)變電站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與視頻聯(lián)動(dòng)[12]。設(shè)置環(huán)境監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站視頻、語(yǔ)音、環(huán)境信息的實(shí)時(shí)處理、傳輸、存儲(chǔ)等功能。并將所采集的流媒體信息及輔助通信信息同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，作為通信網(wǎng)關(guān)。這些視頻使用本地視頻錄制，并存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)高清視頻服務(wù)器(NVR)。影像資料之分辨率不得少于720P(1 280*720)，儲(chǔ)存時(shí)間不得少于30天。具備本地手動(dòng)記錄、定時(shí)記錄、報(bào)警觸發(fā)記錄、屏幕切換檢測(cè)記錄等功能，以BMP/JPG格式保存任意播放圖像，能播放任意攝像機(jī)的歷史圖像和報(bào)警視頻[13-14]?；胤欧绞街С致齽?dòng)作、正常速度、快速等等?？刂茦俏蓓敯惭b風(fēng)速傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樓頂風(fēng)速。當(dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，報(bào)警裝置將啟動(dòng)，將報(bào)警信息上傳并下達(dá)到當(dāng)?shù)夭僮髡竞捅O(jiān)控中心的圖形終端，工作站有語(yǔ)音報(bào)警提示[15-16]。

1.3 視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

為了達(dá)到防錯(cuò)、監(jiān)控、視頻的互補(bǔ)與協(xié)調(diào)的目的，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作、現(xiàn)場(chǎng)切換操作、報(bào)警視頻聯(lián)動(dòng)等功能，需與監(jiān)控器生產(chǎn)廠家合作，向防誤系統(tǒng)和遙控視頻監(jiān)控器發(fā)送全部開合狀態(tài)，在此過(guò)程中，防誤系統(tǒng)必須阻止監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作。視頻聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 視頻聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)

1.4 運(yùn)維站

運(yùn)維站包括以太網(wǎng)交換機(jī)、流式服務(wù)器、通信服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、監(jiān)控工作站等。為了確保系統(tǒng)的可靠性，服務(wù)器同時(shí)使用活動(dòng)和備用冗余配置。流服務(wù)器實(shí)現(xiàn)音視頻的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)和分發(fā)功能，把每個(gè)分站的流視頻轉(zhuǎn)發(fā)到多個(gè)客戶端。如果需要多個(gè)客戶同時(shí)訪問(wèn)視頻數(shù)據(jù)，服務(wù)器就會(huì)接收并復(fù)制這些數(shù)據(jù)信息，然后在局域網(wǎng)中重放，使多個(gè)客戶同時(shí)接收這些數(shù)據(jù)信息。通信服務(wù)端與各變電站的信息處理機(jī)進(jìn)行通信，采集電力環(huán)境數(shù)據(jù)、SCADA數(shù)據(jù)等，并轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控工作站和控制中心。

報(bào)警器處理各種報(bào)警信息，分為一般報(bào)警、重要報(bào)警和緊急報(bào)警。應(yīng)急警報(bào)先于重要警報(bào)，重要警報(bào)先于一般警報(bào)。基于用戶的需要，可以設(shè)定報(bào)警等級(jí)。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

為了給系統(tǒng)提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，需采用數(shù)據(jù)集成方法對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，以處理結(jié)果為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)報(bào)警功能。

2.1 基于數(shù)據(jù)集成的電網(wǎng)數(shù)據(jù)歸一化處理

確定電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理對(duì)象待評(píng)價(jià)物元為：

式（1）中：Fj表示評(píng)價(jià)等級(jí)；a1,a2,…,an表示評(píng)價(jià)等級(jí)的n個(gè)不同特征；h1j,h2j,…,hnj表示評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的取值范圍；anj和bnj分別為hnj的取值邊界。

當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際測(cè)試電網(wǎng)數(shù)據(jù)超過(guò)邊界范圍時(shí)，為此無(wú)法預(yù)測(cè)其他關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，需要進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)和規(guī)劃目標(biāo)。根據(jù)待評(píng)估的事項(xiàng)說(shuō)明，可得到：

對(duì)待評(píng)價(jià)物元進(jìn)行規(guī)格化處理，可得：

通過(guò)歸一化處理后，可將全部數(shù)據(jù)集成到統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸信道內(nèi)，避免出現(xiàn)監(jiān)控過(guò)程延遲現(xiàn)象。

2.2 監(jiān)測(cè)報(bào)警功能

監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到火災(zāi)或非法入侵時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，并自動(dòng)調(diào)整攝像機(jī)位置，自動(dòng)記錄故障位置圖像。監(jiān)控中心工作人員可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)屏幕，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，查看相應(yīng)的報(bào)警信息。

2.2.1 報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能

發(fā)生聯(lián)機(jī)報(bào)警信號(hào)時(shí)，可以執(zhí)行下列操作：1）自動(dòng)插入報(bào)警點(diǎn)圖像；2）有關(guān)區(qū)域自動(dòng)開啟照明系統(tǒng)；3）自開警報(bào)，延時(shí)關(guān)閉；4）自動(dòng)顯示彈出報(bào)警文本對(duì)話框，生成并保存報(bào)警記錄；5）音效自動(dòng)提示，經(jīng)服務(wù)生確認(rèn)后自動(dòng)靜音；6）自開機(jī)相關(guān)鏡頭開始錄音報(bào)警，延遲關(guān)機(jī)；7）在同時(shí)收到多個(gè)警報(bào)時(shí)，警報(bào)彈出框?qū)⒅丿B。

2.2.2 消防報(bào)警系統(tǒng)功能

煙氣檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)煙氣的采集，檢測(cè)到煙氣時(shí)向監(jiān)控者發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.2.3 周界圍墻紅外對(duì)射報(bào)警功能

圍墻上安裝了一個(gè)主動(dòng)紅外線警報(bào)，如果這段時(shí)間有物體經(jīng)過(guò)，光源就會(huì)被阻斷，從而提供一個(gè)監(jiān)控主機(jī)的報(bào)警信號(hào)。周邊警報(bào)系統(tǒng)的警報(bào)范圍為：1）有人或物體侵入；2）警報(bào)裝置損壞。

2.2.4 燈光聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)功能

監(jiān)控器必須能實(shí)現(xiàn)變電站室內(nèi)外燈光自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，前一種采用監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動(dòng)開關(guān)和延遲時(shí)間；后一種采用手動(dòng)方式實(shí)施。

3 系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試研究

根據(jù)系統(tǒng)研發(fā)流程，構(gòu)建的基于數(shù)據(jù)集成的電網(wǎng)全渠道一體化監(jiān)控系統(tǒng)需要進(jìn)行調(diào)試研究。

3.1 電網(wǎng)全渠道數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

選擇某電力企業(yè)2019年電網(wǎng)全渠道運(yùn)行數(shù)據(jù)，并以電網(wǎng)監(jiān)控下一周內(nèi)的變化情況為基礎(chǔ)，如表1所示。

表1 電網(wǎng)全渠道數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由表1可知：在時(shí)間為20:00時(shí)，電網(wǎng)渠道數(shù)據(jù)流通量最大，用戶可通過(guò)查看電網(wǎng)全渠道數(shù)據(jù)來(lái)分析電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況。

3.2 監(jiān)控效果對(duì)比分析

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)的全部數(shù)據(jù)，分析20:00的數(shù)據(jù)，分別使用獨(dú)立VQC裝置、網(wǎng)絡(luò)VQC系統(tǒng)和基于數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)分析電網(wǎng)全渠道中數(shù)據(jù)傳輸情況，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同系統(tǒng)在電網(wǎng)全渠道數(shù)據(jù)傳輸情況對(duì)比分析

由圖4可知：在獨(dú)立VQC裝置中，電網(wǎng)全渠道的電壓、電流和功率數(shù)據(jù)不規(guī)則排列，十分散亂，且部分?jǐn)?shù)據(jù)離開渠道；在網(wǎng)絡(luò)VQC系統(tǒng)中，電網(wǎng)全渠道的數(shù)據(jù)在橫向方向呈不規(guī)則排列，但縱向排列十分規(guī)整；使用基于數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)橫縱方向數(shù)據(jù)排列規(guī)整。

在上述分析內(nèi)容下，將3種系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控精準(zhǔn)度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表2所示。

表2 3種系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控精準(zhǔn)度對(duì)比分析

由表2可知：使用基于數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)監(jiān)控精準(zhǔn)度較高，而使用其他兩種系統(tǒng)監(jiān)控精準(zhǔn)度較低。

4 結(jié)束語(yǔ)

依據(jù)基于數(shù)據(jù)集成的電網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，可以根據(jù)各地電網(wǎng)的實(shí)際情況靈活地設(shè)定監(jiān)測(cè)參數(shù)。監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行中的安全隱患，并進(jìn)行關(guān)鍵環(huán)節(jié)的監(jiān)控和處理，以最大限度地降低電網(wǎng)事故發(fā)生率，確保電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。但是，由于時(shí)間的關(guān)系，還有很多后續(xù)的問(wèn)題需要研究。在系統(tǒng)開發(fā)的前期規(guī)劃管理過(guò)程中，任務(wù)的劃分比較粗糙，需要進(jìn)一步細(xì)分；在后續(xù)評(píng)估過(guò)程中，指標(biāo)體系還不夠完善，評(píng)估指標(biāo)體系還有待進(jìn)一步完善。