变电站视频监控技术及实现

方向

（河南省汝阳县电业局河南汝阳471200）

随着电力系统变电站综合自动化技术不断进步，110 kV以下变电站已逐步实现无人值班或值守。但仅仅依靠调度自动化的现有技术手段，实现变电站的无人值班或值守是不完善的。变电站是电力系统重点电力生产场所，安全性要求非常高。为了确保电网安全，应对变电站环境状况、设备运行、文明生产等各类情况加以监视。特别是要对火灾、爆炸、泄露、失窃及恶意破坏等情况加以监视，才能提高无人值班或值守之后变电站的安全运行水平。

1 变电站视频监控系统结构及功能

变电站视频监控系统，是一个以多媒体技术为核心，涵盖了工业控制、通讯、计算机网络技术的复杂的综合系统[1]。它主要完成对变电站环境空间的安全防范监控，可以对必要生产设备实现可视化管理甚至校验。同时具备集中性和远程性（即一个监控中心至少同时管理十几个甚至上百个变电站，并且不受距离的限制）。

1.1 变电站视频监控系统功能

1.1.1 安 全防范功能

保障变电站空间范围内的建筑、设备的安全，及时发现火警、盗警，并启动报警装置。

1）在围墙四周、大门等处安装摄像头、红外线对射探头，监视盗贼非法闯入；

2）在建筑物门窗安装报警探头，如门磁、红外、玻璃破碎探测器；

3）重点部位摄像机的安装，起到24小时不间断视频监控，可报警；

4）在高压室和主控室等地点装设一批烟感或温感探头。当探头感测到烟雾、高温时，就会向后台发出告警信息，同时联动切换摄像机画面，并记录下当时现场的情况；

5）灯光及智能化设备的控制，为使视频监控系统在晚上仍能发挥作用，变电站的灯光应具有定时开关或远方控制的功能；而一些智能化的设备，如探头、门禁等也可做到远方控制。

1.1.2 监 视功能

保障变电站设备的正常运行，对事故报警的自动录像，突发事件与主站的声像通信。

1）通过摄像机、灯光联动，监视主变压器、断路器、电压互感器、电流互感器、高压室开关、主控室的电源盘及控制盘盘面等重要设备，监视场地和高压配电设备的运行状态，实现对一二次设备及其运行情况的监视，如主变压器、开关是否有外部损伤，主变压器油位及控制盘上的表头、灯光信号是否正常等；

2）对重要节点、接头进行自动温度监测非常重要，防止电力设备过热；

3）通过图像监视结合远程和本地人员操作经验的优势，避免误操作；

4）操作隔离开关位置的视频监视；

5）配合其他系统（如变电站综合自动化系统等）的工作。

1.2 变电站视频监控系统结构

利用变电站信息网络进行图像数据的上传，实现操作（集控）中心对所辖区内变电站设备的监视。

变电站视频监控系统，是将计算机技术、多媒体技术、电力通信技术与视频技术有机地结合起来的一种全新的视频管理系统[2]。

把前端变电站现场的监视图像、声音、报警信号和各种设备的数据进行采集处理，利用电力2 M网络进行信息汇集并上传至操作（集控）中心。通过操作管理中心系统，实现对前端设备监控、图像采集、实时监看、环境周界报警和图像监视联动报警等多种自动化功能。

一旦有异常情况发生，可及时发现，以便采取积极、有效的措施，为安全可靠运行创造条件。变电站视频监控系统是无人值班站设备运行监视的重要技术手段，是提高无人值班站安全防护水平的重要技术措施。

电力视频监控系统是数字化、智能化、网络化、集成化、信息化的系统，可同现有的模拟视频监控系统、数字视频监控系统、多媒体系统、消防报警、控制系统和信息系统集成，方便地实现数据和信息的共享，同时在系统中可以方便地实现报警、语音对讲、远程控制等功能。

2 设备的选型

2.1 视频网络编码器

视频网络编码器是监控前端的核心设备，集成了视频信号数字化压缩、压缩图像数据网络传输、音频信号采集压缩与传输、云台镜头控制、报警信号检测及处理、画面分割及图像动态检测、移动侦测录像、定时录像、报警录像等功能[3]。

2.2 智能球机

外形小巧精致，性能优良，具有工业用途所需的清晰图像，先进的数字信号处理及连续自动聚焦功能。有128个预设置，可自动定位，可自动进行花样扫描等。

2.3 辅助灯光

对室内、外的监控辅助灯光配置要求：合理、实用、节能。

考虑到中高档一体化球机自身不带红外功能，其主要缺陷是夜间监控效果差。在实际的应用中，配置低照度球机的同时增加辅助灯光，使用射灯、红外灯等辅助光源。射灯功率较大，照射角度大，实现对照射范围内设备、物体的照明，利用射灯拍摄的效果好，图像清晰。红外灯功率小，在60 m远距离时，发射角度小于30°，可实现对定点、定设备的照射，但对室外空旷地点产生的效果较差；室内短距离时，发射角度可大于60°，通过墙面和设备反射，可使摄像机拍摄效果相对较好。对室外长距离大范围拍摄需采用射灯，短距离拍摄如主控楼进门处和长距离小范围如主控楼背面围墙使用红外灯。

室内均采用红外灯和远方控制荧光灯的形式。红外灯的控制方式为自动感光，当亮度低于1 lux时，红外灯点亮，反之关灭。夜间进行远方设备视频巡视时，通过手动控制照明灯的开启，巡视后过一定时间，照明灯自动熄灭。

3 监控点位置的选取和布置

变电站室外：主变、110 kV进出线间隔、110 kV母线、35 kV进出线间隔、35 kV母线等。

变电站室内：10 kV开关柜室、主控室、电容器组室、电缆层等。

3.1 室外设备区

根据变电站室外主变、110 kV进出线、35 kV进出线的具体布置情况，选择3～5个监视点，尽可能做到不留监视死角。在主控楼墙面上安装1台一体化球机和1个射灯，监视范围包含主变、110 kV进出线设备及母线上的部分设备。在室外110 kV、35 kV设备区靠近围墙处的桥杆上各安装1台一体化球机，监视范围包含主变、110 kV、35 kV进出线设备、母线上的部分设备及变电站环境周界，并与周界防范系统形成报警联动。安装位置要求保持与高压母排5 m的安全距离，方便后期检修和维护。

存在缺陷：设备区高压电杆较多，选点不当会造成许多监视死角；室外设备区属高压区选点时要考虑安装和后期维护方便。

3.2 室外其他位置

主控楼进门处安装1台一体化球机和红外双鉴探测器，监视范围为大楼进门处，主要监视人员的进出。特别在夜间，利用探测器进行报警同时联动摄像机对进出人员实时监视和录像。

在主控楼后面安装1台一体化球机和1～3组红外对射探测器，实现对主控楼后面围墙的监视，利用探测器进行报警同时联动摄像机对翻越攀爬行为实时监视和录像。

“物流做市场、速度提高5倍”，长沙马王堆农产品股份有限公司宣传主管兰甜介绍，得益于我省“六纵六横”发达的高速公路路网与全国各地紧密相连，该物流园进出的农产品99%都走高速公路，下了高速就能上摊开卖。目前整个物流园内1天蔬菜交易量达可达1.2万吨，最高日交易量达到1.6万吨，成为全国最大的农贸市场。

3.3 变电站室内

3.3.1 主 控室

主控室主要监视的设备包含监控系统后台机，控制屏等，考虑在监控屏正对面墙上安装1台一体化球机，监视范围包含监控系统后台机、控制屏及仪表。配置红外灯实现夜间对主控室设备运行情况的录像。

存在缺陷：仅能监视到主控室第一排控制屏的正面的组屏设备，其余控制屏仅能监视到屏面顶部。

3.3.2 电容器室

根据电容器组室内设备数量，布置1～3台定焦红外一体化摄像机，实现对电容器组室内设备的监视。

3.3.3 10kV开关室

10kV开关室内布置设备较多，分布在过道两侧，将一体化摄像机布置在过道中间，采用吊装方式，1台球机监视2×8台开关柜，实现对过道两侧开关柜设备、微机保护装置的运行状态指示灯以及进入开关室人员的远方监视。

在开关室中间布置2台红外灯，背靠背安装，照射范围为开关室两端，作为晚间摄像机拍摄时的辅助光源。

存在缺陷：按每台摄像机监视2×8台开关柜布置，需安装的球机较多。另外，开关柜背面无法进行监视，必须在开关柜背面另外加装定焦红外一体化摄像机。

3.3.4 电 缆层

电缆层布置在地下一层，地势较低，设置1～3台定焦红外一体化摄像机，主要监视火灾烟雾和进水情况。

4 系统在建设中的注意事项

4.1 系统防雷

4.1.1 电 源防雷

电子设备因雷击造成的损坏，很大比例是由于感应雷串到电源造成的设备损坏[4-5]。变电站视频监控系统供电系统设计二级电源防雷防护：第一级防护在机房总配电柜进线端，设计采用一套国际知名品牌加强型电源避雷器；第二级防护在机房供电的UPS进线端，设计采用一套标准型电源避雷器。

4.1.2 视 频信号防雷

系统设计在摄像机前端安装视频信号防雷器。当视频信号有过电压现象发生时，视频信号避雷器瞬间导通，以保证前端摄像机和末端视频分配器、矩阵主机、网络硬盘录像机的安全。

4.1.3 控 制信号防雷

系统控制线路采用屏蔽专用控制电缆，控制线的屏蔽层在接头和端头进行重复接地，控制线进入控制室后先进入信号避雷器，当控制线路串有感应雷过电压时，控制信号避雷器瞬间导通，把多余的电荷引接到大地，保证前端解码器和末端矩阵主机、网络硬盘录像机的安全。

4.1.4 系 统接地

系统接地的具体处理方法是：从共同接地体的接地干线上引一条支干线到中心机房，在机房安装汇流铜排，电源接地、防静电接地、防雷接地和设备外壳接地各单独引接地导线到接地铜排，牢固连接，以保证电气设备和人身的安全。

4.2 过电压防护

对进入主控室、远动机房、通讯机房的信号线全部加装信号电压瞬变抑制器，对任何信号线上出现的过电压信号进行有效防护；对进入主控室、远动机房、通讯机房的电源有规律地加装氧化锌避雷器或电源瞬变抑制器；对进入主控室、远动机房、通讯机房的设备接地进行全面检查，将各种信号线的屏蔽可靠接地。

4.3 安全性

在布线设计和铺设过程中，不得穿越、跨越母线、主变等主要无屏蔽的运行设备，以防松动跌落，同时还应考虑到与这些设备的安全距离。

变电站发生警情后，将自动推出现场报警图像，发出音响报警并实现录像；在低亮度环境发生警情时，将同时启动变电站相应照明系统。

4.4 布线

系统布线原则：监控点位置与高压设备间距离小于5 m，从摄像机安装的位置到弱电线槽，采用铁管，其穿线截面不得超过管子截面的40%。远离高压设备的监控点从摄像机安装的位置到弱电线槽采用PVC管，其穿线截面不得超过管子截面的40%。电缆线在线管/槽中的走线应平直，无扭绞，并按规定距离进行扎线，固定。监控机房内走线为暗线，必要时布设专用线槽，机柜配线应满足整洁、安全的工艺要求。配管、配线施工工艺均应符合JGJ/T 16-92《民用建筑电气设计规范》的要求。

5 变电站视频监控系统前景展望

随着电力系统不断发展，无人值守变电站逐渐增多，为保障电网安全运行，并解决无人值守变电站的安全防范问题，非常有必要进行变电站远程图像监控系统的建设[6]。图像监控系统将变电站的各被监视点，如主控制室全貌、设备情况、断路器、隔离刀闸等现场实际状态通过远程图像监控系统传输到电力局巡检中心和调度室，对重要变电站，局领导及调度人员可通过图像监控系统对变电站的环境进行监视；对无人值班站可减少巡检人员工作强度，弥补变电站取消运行人员直观性不强的弱点。

实现对电力设备热状态的远程、实时在线红外监测，根据电力系统的实际需求，选择具有RS-485串口和激光瞄准方式的红外测温仪，并在视频监控系统上开发远程红外测温功能。系统可以在图像监控画面上选择特定的电力设备，对其进行远程红外测温，并将返回的温度值加以存储和分析，可及时发现设备的故障信息。实现对电力设备的可见图像和热状态信息的远程、实时在线监测，同时加强对变电站的安全防范、消防的全天候监视，以提高变电站运行水平。

6 结束语

目前，该系统在我局已经实现实用化运行。通过该系统的建设，实现了设备的远程巡视、单人操作的远程监护，提高了操作人员的工作效率，节约了生产成本；对变电站防火、防盗进行实时监视，并与消防系统结合，实现烟雾、过温报警功能，保障了设备的安全稳定运行。变电站视频监控系统解决了变电站现场的可视化及环境监控问题，为实现“无人值班，无人值守”提供了可靠的技术保证。

[1]辛朝焕，张仁杰.基于ARM的嵌入式智能视频监控系统设计[J].机电一体化，2010（2）:73-75.

XIN Zhao-huan，ZHANG Ren-jie.Design and implementation of embedded intelligent surveillance system based on ARM[J].Mechatronics，2010（2）:73-75.

[2]梅鲁海.基于SIP的新型变电站视频监控系统设计[J].电力系统自动化，2010，34（3）：66-69.

MEI Lu-hai.Design of a new substation video monitoring system based on SIP[J].Automation of Electric Power Systems，2010，34（3）:66-69.

[3]赵振兵，高强，苑津莎，等.变电站电气设备双通道图像在线监测方法[J].电力系统自动化，2008，32（10）：76-79.

ZHAO Zhen-bing，GAO Qiang，YUAN Jin-sha，et al.An on-line monitoring system for substation power equipment dual-channel image[J].Automation of Electric Power Systems，2008，32（10）:76-79.

[4]徐大可，张元林，王文胜.变电站电气设备在线监测综述[J].电力自动化设备，2001，21（9）：54-57.

XU Da-ke，ZHANG Yuan-lin，WANG Wen-sheng.On-line monitoring of substation electrical equipment[J].Electric Power Automation Equipment，2001，21（9）：54-57.

[5]付冬梅，李晓刚，唐征华，等.电器设备故障红外诊断技术及其软件系统开发[J].电力系统自动化，2001，25（9）：55-57.

FU Dong-mei，LI Xiao-gang，TANG Zheng-hua，et al.The fault diagnosis method with infrared image technique and its software system for electric devices[J].Automation of Electric Power Systems，2001，25（9）:55-57.

[6]袁荣湘，涂晓平.变电站远程图像监控系统的功能与组网探讨[J].电力系统及其自动化学报，2003，15（5）：51-53.

YUAN Rong-xiang，TU Xiao-ping.The function and network-building techniques of the remote video supervision and control system for substation[J].Proceedings of the CSU-EPSA，2003，15（5）:51-53.