【安防知識網(wǎng)】隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)的進步，電力是我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱之一，在經(jīng)濟發(fā)展和國家安全中具有重要作用，電力系統(tǒng)內(nèi)各種生產(chǎn)設(shè)備數(shù)目越來越多、分布越來越廣，相應(yīng)的維護也變得越來越困難，因此實現(xiàn)監(jiān)控管理在無人值守或少人值守的變電站尤其重要。另外，各種昂貴的變電設(shè)備放在無人值守工作站里也容易被不法之徒破壞或偷竊，輕則造成財產(chǎn)損失，重則造成安全事故，給經(jīng)濟的安全運行造成重大威脅。在電力行業(yè)信息化系統(tǒng)集成發(fā)展大潮來臨之際，安全防范領(lǐng)域適時地介入電力行業(yè)，其價值與意義不斷地被電力行業(yè)所認可。

　　系統(tǒng)構(gòu)建

　　目前建設(shè)的無人值守或少人值守變電站內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)大致分為三種。

　　基于嵌入式硬盤錄像機的數(shù)字模擬混合系統(tǒng)

　　系統(tǒng)主要構(gòu)成：前端采用模擬攝像機，傳輸采用視頻線纜或光纖傳輸模擬視頻信號。后端采用嵌入式硬盤錄像機進行管理和錄像。遠程采用網(wǎng)絡(luò)和集成管理軟件進行上級遙視(如圖1)。

圖1  基于嵌入式硬盤錄像機的混合系統(tǒng)拓撲圖

　　· 優(yōu)勢：成本較低、技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、實時性好、操作簡單、夜間效果好;

　　· 劣勢：線路易受干擾，每臺攝像機需要一條視頻線，線路較多、布線麻煩。

　　基于網(wǎng)絡(luò)視頻編解器的半數(shù)字系統(tǒng)

　　系統(tǒng)主要構(gòu)成：前端采用模擬攝像機+網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器(某些公司稱之為網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，叫法不同)。變電站內(nèi)控制室采用小型的網(wǎng)絡(luò)管理平臺，這種平臺可以是一套軟件配合一臺高性能計算機也可以是嵌入式的一臺已經(jīng)安裝好軟件和設(shè)備(稱為NVS)，如圖2。

圖2   基于網(wǎng)絡(luò)視頻編解器的半數(shù)字系統(tǒng)拓撲圖

　　· 優(yōu)勢：傳輸?shù)氖蔷W(wǎng)絡(luò)信號，受干擾較小，可進行五級以上的多級管理;

　　· 劣勢：造價相對DVR系統(tǒng)較高。傳輸有延時，低溫環(huán)境適應(yīng)性較差。所以不適合在北方使用，南方的電網(wǎng)使用相對較多一點。 [nextpage]

　　基于網(wǎng)絡(luò)攝像機的全數(shù)字系統(tǒng)

　　系統(tǒng)主要構(gòu)成：前端采用網(wǎng)絡(luò)攝像機，傳輸采用網(wǎng)絡(luò)線纜或光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)視頻信號和控制信號。后端采用服務(wù)器(可稱為NVR)或高端計算機配合軟件進行管理和錄像。遠程采用網(wǎng)絡(luò)和集成管理軟件進行上級遙視(圖3)。

圖3 基于網(wǎng)絡(luò)攝像機的全數(shù)字系統(tǒng)拓撲圖

　　· 優(yōu)勢：高端產(chǎn)品可形成比模擬系統(tǒng)更清晰的高清圖像，可進行五級以上的多級管理;

　　· 劣勢：成本較大、圖像和控制有延時、網(wǎng)絡(luò)攝像機目前夜間低照度效果不理想。國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品目前沒有一個統(tǒng)一的標準和傳輸格式。產(chǎn)品的局限性較大，對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求較高。

　　這三種系統(tǒng)實現(xiàn)了站端視頻信號的采集、傳輸、顯示、錄像、本地管理、遠程傳輸?shù)闹饕δ?，同時與報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)(站內(nèi)的溫度、濕度、風力、水浸、SF6濃度等環(huán)境信息)、燈光系統(tǒng)在站端形成聯(lián)動。通過網(wǎng)絡(luò)在局端平臺管理下形成聯(lián)動。當發(fā)生報警時，站端視頻處理單元可傳送報警信息，并能聯(lián)動相關(guān)設(shè)備，如啟動照明燈光、警笛、啟動站端視頻處理單元高畫質(zhì)錄像、啟動高速智能球型攝像機旋轉(zhuǎn)到指定位置等功能。

　　鑒于以上三種系統(tǒng)的優(yōu)勢與劣勢的對比原因。目前大多數(shù)無人值守和少人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)為基于DVR的數(shù)字模擬混合系統(tǒng);南方電網(wǎng)采用基于網(wǎng)絡(luò)編解碼系統(tǒng)的半數(shù)字化系統(tǒng)相對北方多一些;而全數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用相對較少。

　　其實，無論采用那種方式，無人值守或少人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)都有著同樣的需求。

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視范圍大致如下：

　　· 監(jiān)視變電站內(nèi)變壓器、斷路器、CT、PT、避雷器和瓷絕緣子等重要運行設(shè)備的外觀狀態(tài);

　　· 監(jiān)視變電站內(nèi)主要室內(nèi)(主控室、繼電器室、高壓室、電纜層、電容器室、獨立通信室等)場景情況，并實現(xiàn)雙向通話;

　　· 監(jiān)測變電站內(nèi)主要室內(nèi)(主控室、繼電器室、蓄電池室、獨立通信室等)溫度、濕度和高壓場地風力(沿海變電站)以及開關(guān)場地電纜溝的水浸情況;

　　· 實現(xiàn)變電站防盜自動監(jiān)控，可進行周界、室內(nèi)、門禁的報警及安全布/撤防;

　　· 實現(xiàn)站內(nèi)消防系統(tǒng)報警聯(lián)動，并對消防系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)視;

　　· 整個系統(tǒng)應(yīng)由監(jiān)控終端進行控制。當發(fā)生報警時，站端視頻處理單元可傳送報警信息，并能聯(lián)動相關(guān)設(shè)備，如啟動照明燈光、警笛等;

　　· 系統(tǒng)還具有與監(jiān)控中心或各監(jiān)控終端進行接口和遠傳的功能。 [nextpage]

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)范圍

　　根據(jù)上面的拓撲結(jié)構(gòu)及監(jiān)控的需求可看出，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)主要有5方面：前端攝像機(稱之為前端)、傳輸、控制、顯示、遠程(或稱之為遠端)。其中控制、顯示和遠程可合并稱之為站端視頻處理單元。

　　前端攝像機包括攝像機、護罩、支架、電源、防雷器、輔助照明等設(shè)備

　　前端的選擇和定位是系統(tǒng)中的重中之重。它決定傳到后端的圖像效果，由需求和監(jiān)控區(qū)域來看視頻監(jiān)控前端的選型和位置。

　　1、攝像機的定位

　　目前，我國除了西北電網(wǎng)外，大部分電網(wǎng)的電壓序列是500/220/110/35/10/0.38kV，西北電網(wǎng)的電壓序列分別為750/330/110/35/10/0.38kV和220/110/35/10/0.38kV。

　　根據(jù)變電站的電壓及其等級。220KV及其以下變電站每臺主變設(shè)置一臺攝像機監(jiān)視主變情況。220KV以上至750KV(不含750KV)每臺主變設(shè)置兩臺攝像機。750KV及其以上主變設(shè)置三臺攝像機;開關(guān)場設(shè)置1-N臺攝像機;周界設(shè)置1-N臺攝像機;變電站主出入口設(shè)置一臺攝像機;變電站電纜間設(shè)置1-2臺攝像機;主控室、高壓室、電容器室、獨立通信室各設(shè)置一臺攝像機;出入口選擇槍式攝像機，樓梯可選擇槍式攝像機或半球型攝像機。其它位置均選擇高速智能球型攝像機。

　　2、攝像機的選型

　　從環(huán)境和應(yīng)用角度考慮攝像機應(yīng)大致具備如下功能：

　　· 高清600線。網(wǎng)絡(luò)攝像機應(yīng)具備4CIF圖像能力;

　　· 400-600度每秒的高速360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)功能。以便于簡單控制和快速旋轉(zhuǎn)到指定的位置;

　　· 0.0.1度/秒的精準定位，以便于細節(jié)的查看;

　　· 適應(yīng)強逆光環(huán)境的寬動態(tài)功能。以便于在有陽光真射特別是斜射時得到的圖像不反白;

　　· 同軸視控功能(利用視頻線進行控制和調(diào)試)或類似的功能方便現(xiàn)場調(diào)試及后期維護;

　　· 足以滿足不同天氣環(huán)境的風扇、加熱等設(shè)施。以滿足攝像機在我國不同氣候環(huán)境下的使用;

　　· 高等級的通訊模塊。以適應(yīng)變電站的強電磁干擾環(huán)境;

　　· 數(shù)量眾多的預(yù)置位、掃描、巡航功能;

　　· 智能視頻分析或類似功能。以便于在物品丟失、動態(tài)景物出現(xiàn)時提供報警信號或在監(jiān)視圖像上作出明顯標識以提醒操作人員。提供安全實用的保障;

　　· 日程管理功能或類似功能。以實現(xiàn)真正無人值守的定是掃描和監(jiān)控場所的巡視;

　　· 高速智能球型攝像機報警預(yù)置位的聯(lián)動。

　　變電站應(yīng)用最多的前端攝像機是高速智能球。高速智能球型攝像機的大部分功能各生產(chǎn)廠家相差都不太多。主要包括：

　　· 智能視頻分析功能：檢測移動并標出包含檢測出的移動的視頻。在原有的視頻上如果有物體消息或新物體出現(xiàn)并固定一段時間后標出這個區(qū)域;

　　· 日程管理功能：在進行設(shè)計后可進行在無人管理的情況下進行定時掃描和巡視。

　　這兩項功能真正實現(xiàn)了無人值守情況下的監(jiān)控系統(tǒng)的部分功能，這將是變電站中站端視頻監(jiān)控系統(tǒng)的新需求。

　　傳輸部包括視頻線纜、電源線纜、控制線纜、光纖、網(wǎng)線、視頻光端機、網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器

　　傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)為攝像機、視頻編碼器、視頻光端機供電，把前端視頻信號傳送到中心控制室，并將控制攝像機的控制信號傳送到前端的任務(wù)。電源線采用1.5平方軟線傳送AC220V電源到前端，在前端采用AC24V100W變壓器進行變壓后給攝像機、編碼器、光端機供電。視頻信號通常在距前端300米內(nèi)采用SYV-75-5視頻線進行傳輸，超過300 米時采用光纖加視頻光端機進行傳輸。數(shù)字系統(tǒng)采用光纖或網(wǎng)絡(luò)線纜進行傳輸視頻和控制信號。控制信號在視頻信號采用SYV-75-5視頻線進行傳輸時采用0.5平方雙絞線進行傳輸。其它傳輸方式時與視頻信號共同編碼傳輸。 [nextpage]

　　控制、顯示及遠程部分

　　變電站內(nèi)的控制部分稱為站端視頻處理單元。這種處理單元同時具備視頻存儲、前端設(shè)備管理、遠程傳輸、處理聯(lián)動需求等功能。

　　站端視頻處理單元控制前端攝像機的旋轉(zhuǎn)、變焦、定位。實現(xiàn)每路圖像D1畫質(zhì)下30天不間斷錄像。視頻信息上傳，接受一級控制，在顯示器上進行多畫面分割顯示圖像。

　　1、控制部分包括嵌入式硬盤錄像機、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)平臺、RS485分為配器、控制鍵盤等。

　　DVR系統(tǒng)采用16路嵌入式硬盤錄像機對前端圖像進行錄像，對前端進行控制。半數(shù)字化系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)平臺對攝像機進行控制和圖像錄制，這種平臺包括軟件加高端計算機和硬件平臺。根據(jù)不同的產(chǎn)品提供商而不同。

　　2、顯示部分為監(jiān)視器

　　目前多為大屏幕液晶顯示器或液晶監(jiān)視器。其中液晶監(jiān)視器造價相對較高，但顯示圖像效果相對較好。

　　3、遠程部分包括路由器、E1設(shè)備、遠程服務(wù)器平臺。

　　通常從監(jiān)控中心到變電站都有2Mbps的E1通道，將視頻服務(wù)器或者交換機通過2M網(wǎng)橋連到光端機等E1通道上，把圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。

　　在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他遠程監(jiān)控點安裝若干監(jiān)控主機，監(jiān)控人員通過IE瀏覽器，用指定的用戶名和密碼登陸監(jiān)控服務(wù)器，就可以進行遠程調(diào)度、監(jiān)控。

　　基于DVR的數(shù)字模擬混合系統(tǒng)采用第三方公司提供的針對硬盤錄像機的軟件平臺對硬盤錄像機進行遠程管理。

　　基于網(wǎng)絡(luò)編解碼器的半數(shù)字化系統(tǒng)多采用與網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器和變電站端網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺一致的相同廠家和品牌的遠程視頻管理平臺來實現(xiàn)，具有選擇上的局限性。

　　數(shù)字系統(tǒng)有其生產(chǎn)廠家提供的管理平臺或第三方管理平臺可選。

　　站端視頻處理單元通常受局端管理平臺的制約，而由上級單位統(tǒng)一規(guī)劃。在這里不做過多描述。

　　注意事項

　　前端攝像機及傳輸設(shè)備的定位和安裝

　　前端攝像機定位的合理性決定整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)能否看到滿足需求的場景圖像。這需要根據(jù)不同的環(huán)境做不同的選擇。每一個變電站都有各自的細微的差別，同時不同的設(shè)計師也會有不同的設(shè)計理念。

　　總體來看由于變電站內(nèi)的電磁干擾，攝像機的安裝高度在變電站區(qū)域內(nèi)可能的情況下室外立標不要高于3.5米，攝像機安裝在3米左右位置。安裝于周界及變電站主建筑墻上的全景攝像機不受3米的高度限制，但也不要太高。在可能的情況下攝像機應(yīng)遠離高壓母線，以防干擾過大。

　　紅外攝像機

　　紅外攝像機雖然具有優(yōu)良的低照度效果，但是其不可抗拒的短時間內(nèi)的紅外衰減是其暫時無法達到無人值守的使用環(huán)境。通常紅外燈的理論半衰時間為5000小時。由于使用溫度、自身發(fā)熱等因素。通常在安裝數(shù)月內(nèi)就會產(chǎn)生明顯的紅外衰減，使用十分困難和維護成本巨大，所以變電站很少應(yīng)用。

　　通訊設(shè)備、電源及線路

　　通訊設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器、光發(fā)射設(shè)備等設(shè)備。如果有這些設(shè)備需要在攝像機前端設(shè)置設(shè)備箱。設(shè)備箱應(yīng)考慮空氣對流。

　　由于高速智能球型攝像機用電量較大，特別是在我國北方冬季嚴寒條件下。攝像機需要自身加熱。建議采用AC24V5A(或稱為AC24V100W)電源為高速智能球型攝像機供電。室內(nèi)如果有半球型攝像機，建議半球型攝像機采用AC24V供電，以免產(chǎn)生色滾動現(xiàn)象。

　　通訊線路負責把控制中心的控制信號傳送到攝像機前端，實現(xiàn)對攝像機的控制。在這里需要注意以下幾方面。

　　一條RS-485控制線的總長不能超過1000米。如果超過1000 米，應(yīng)布設(shè)兩條或多條控制線，并在站端控制設(shè)備控制端口增設(shè)RS-485分配器，以保證每條RS-485控制支路的控制并具有足夠的驅(qū)動能力。如果在光纖系統(tǒng)中采用視頻光端機或其它光纖設(shè)備請保證光纖設(shè)備的數(shù)據(jù)是雙向的。因為絕大多數(shù)的高速智能球型攝像機的通訊是雙向的，另外控制線纜在可能的情況下應(yīng)采用RVS雙絞線。 [nextpage]

　　抗干擾防護

　　變電站的高壓、變相、導閘等因素。強列的電磁干擾、浪涌、電位差時時刻刻都存在。這是所有弱電設(shè)備的克星。由這些干擾造成的視頻監(jiān)控設(shè)備故障屢見不鮮。

　　所有的弱電設(shè)備電磁防護能力都相對較弱。所以在變電站視頻監(jiān)控的建設(shè)中抗電磁干擾防護是不可忽視的。

　　變電站的干擾大至可分為以下四種：雷電(直擊雷、感應(yīng)雷);浪涌、電磁干擾、電位差。根據(jù)不同的干擾采用不同的防護措施。

　　1、雷電。變電站作為最容易受到雷電破壞的場所其自身的防雷已經(jīng)做的十分到位。且針對其它干擾的視頻監(jiān)控系統(tǒng)防護設(shè)備同時具有防雷功能，所以雷電對弱電設(shè)備的破壞可暫不作特別考慮。

　　2、浪涌。浪涌(電涌或瞬變電壓)是指電壓在電能流動的過程中大幅超過其額定水平 當電壓增加持續(xù)三毫微秒(十億分之一秒)或更長時間時，被稱為浪涌。 當電壓增加僅持續(xù)一毫微秒或兩毫微秒時，被稱為尖峰。尖峰的破壞力是最大的。浪涌/瞬變電壓可以在極短時間內(nèi)產(chǎn)生高壓和在大電流擊穿其所能到達的弱電設(shè)備的各種芯片，特別是通訊部分的保護電路和通訊芯片。

　　解決方法：為弱電設(shè)備加裝浪涌保護器/浪涌抑制器。通常比較好的電源插排中會有一個保護管。這就是浪涌保護器/浪涌抑制器的一種。

　　監(jiān)控系統(tǒng)中最常用的方法是給每臺攝像機設(shè)置一個三合一(電源、視頻、通訊)的防雷模塊。防雷器是浪涌保護器的一種(初級或中級浪涌保護器)浪涌保護器分十級，實現(xiàn)的方法也很多，在這里不多做介紹。

　　最安全的方法給每一臺攝像機的通訊線路上加裝一臺485光電隔離器。這種方法最安全、造價最高、只能對RS-485通訊線路作保護。

　　最經(jīng)濟的方法每一條通訊線路上串入適當?shù)碾娙荩娙萁拥剡M行放電。這種方法最經(jīng)濟。但每個變電站甚至于每個視頻監(jiān)控點的環(huán)境都有所不同。電容的大小選擇是最難的。電容選大了對通訊造成較大干擾，使攝像機不受控，電容選小了又起不到保護作用，操作水平要求相對較高，所以安裝三合一防雷器是一種實用可行的方法。

　　電位差

　　電位差會使導體產(chǎn)生電流。形成干擾和危害?？刂齐娢徊钣幸韵路椒ǎ?/P>

　　· 485通訊線采用帶有屏蔽層的雙絞線;

　　· 保證在可能的情況下采用總線形連接方式，如一定要采用星型連接請在485通訊線路分支點加分配器;

　　· 保證485通訊線路的屏蔽層的連通;

　　· 監(jiān)控系統(tǒng)供電方式抗干擾;

　　· 監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式只有兩種：一種是集中供電方式即電源都引自一處，另一種是分布式供電，攝像機在安裝位置就近取電。從抗干擾效果的角度講，集中供電方式更好一些，可以基本消除各處參考電位不等的情況。

　　電磁干擾

　　· 變電區(qū)內(nèi)攝像機室外立桿為2.5-3.5米。攝像機安裝于2.2-3米高處;

　　· 通訊線路的屏蔽層在控制室端加(串聯(lián))適當大小的電容再接地;

　　· 攝像機安裝部位在可能的情況下距離一次母線遠一點，以減輕干擾;

　　· RS-485通訊線路分支點加分配器(部分起到隔離的作用);

　　通訊線路的線纜直徑不宜過粗，以0.5平方為宜;

　　· 在強電磁干擾環(huán)境下.攝像機安裝應(yīng)與地隔離。

　　結(jié)語

　　無人值守或少人值守的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)在中國已經(jīng)持續(xù)了數(shù)年，在未來的幾年里還會持續(xù)的大規(guī)格建設(shè)下去。基于嵌入式硬盤錄像機(DVR)的混合系統(tǒng)、基于網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器的半數(shù)字化系統(tǒng)、基于網(wǎng)絡(luò)攝像機(IPC)的全數(shù)字化系統(tǒng)都會有所應(yīng)用?？傮w來看基于嵌入式硬盤錄像機(DVR)的混合系統(tǒng)具備其固有的成熟、穩(wěn)定、經(jīng)濟性等優(yōu)點應(yīng)用最多?；诰W(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器的半數(shù)字化系統(tǒng)以其傳輸數(shù)字化等性能在南方也有較多的應(yīng)用。在北方由于網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器對氣候的要求條件應(yīng)用較少。因為還沒有能適應(yīng)北方嚴寒冷環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器或其生產(chǎn)成本太高而沒有出現(xiàn)在市場上?；诰W(wǎng)絡(luò)攝像機(IPC)的全數(shù)字化系統(tǒng)作為視頻安防領(lǐng)域的后起之秀有取代模擬攝像機的趨勢。雖然有其數(shù)字化、可實現(xiàn)高清、先進、多級管理等優(yōu)勢。但其網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用、網(wǎng)絡(luò)延時、低照度效果差等因素也是制約其應(yīng)用的主要原因。相信著伴隨技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將成為變電站的選擇。但無論是采用哪種方式形成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機的位置選擇、攝像機的抗干擾防護都是建設(shè)中的重點之一。