变电站视频及环境监控系统实用化应用研究

    陈皓++邓应松

    

    

    

    摘 要：目前变电站视频及环境监控系统建设已经得到全面推广，然而在系统运行维护过程中，由于接入站点、设备数量逐步增多，巡检工作需要耗费大量人工，并且其应用情况仅停留在基本的辅助监视水平，无法有效满足智能变电站精细化巡检、全方位减轻维护难度的要求。文章针对变电站视频及环境监控系统存在的局限性，阐述了系统在实用化应用中对工程化配置、可视化联动及智能巡检功能的应用原理，大大减少了系统运维工作量，提升了系统的可靠性和实用性。

    关键词：变电站；监控；视频联动；智能巡检

    变电站视频及环境监控系统是指利用计算机技术、音视频技术、网络技术等实现变电站视频信息、环境信息的采集和应用。该系统作为电网生产辅助监视、现场工作行为监督、事故及故障辅助分析、应急指挥及演练、反事故演习、安全警卫、各类专项检查等功能的重要技术手段[1-6]，其建设意义及作用十分重大。但在该系统当前应用现状来看，其在辅助电网生产、智能化应用以及系统运维便利性等方面的作用还未得到充分体现。对此，需要对产生这些问题的原因进行分析，进一步加强工程化配置，提升计算机视觉、机器学习、智能巡检等信息化先进技术的应用，找出相关对应措施，从而更好地促进本系统的实用化水平。

    1 实用化应用需求

    变电站视频及环境监控系统建设以来，已实现对站内设备运行工况远程监控、现场工作行为远程监督，生产人员及各级领导在借助本系统对变电站的设备运行情况和现场工作人员工作行为规范进行实时的视频和场景监视的同时，相关安全督查人员可利用本系统对现场事故的历史录像及告警事件调查取证。但在前期系统使用过程中，维护视图监控视图命名、摄像机预置位命名及选点、告警联动规则等没有科学合理的配置管理，没有对现场关键设备进行有效监控，从而无法满足智能变电站监测的要求。根据系统工程化指导方案对系统配置的同时，如能结合智能巡检分析技术，不仅可以提高系统的监测和取证的准确率，还能大大减轻运行人员的工作负担，使本系统的实用性得到进一步提升[7-9]。

    从当前变电站视频及环境监控系统的运行情况分析可知：目前系统主要的矛盾在于系统未能有效快捷地提供运行人员所需的日常巡检信息，矛盾产生的原因有如下几点。

    （1）各厂家系统界面各异，多数界面友好度欠缺，操作不够简洁便利（例如摄像机远程安防监控器材概念（Pan/Tilt/Zoom ，PTZ）云台控制），在全局场景中定焦目标对象操作较为麻烦，巡检对象与目标对象很难进行对应。

    （2） 对于站内告警事件的处理，本系统没有对遥信、遥测及遥控信号进行视频联动，没有实现站内系统一体化、可视化远程操控。

    （3）系统关注设备运行工况的同时，缺乏对系统关键业务功能（例如：摄像机PTZ云台控制、摄像机录像存储及点播）可用情况智能监测功能。面对大量的监控点信息，采用传统手工作业方式逐一验证关键业务运行工况为运维人员带来巨大的工作量，并且巡检结果的准确性和完整性也无法得到有效保障。

    针对以上问题，本文对变电站视频及环境监控系统提出了初步的优化设计、全面升级和实用化应用技术方案，从而逐步完善相关功能。

    2 系统实用化应用技术

    2.1 摄像机预置位工程化配置

    针对目前系统界面不直观、摄像机云台操作欠简洁便利问题，利用系统摄像机预置位功能，根据站内运行人员日常巡检目标对象，开展摄像机工程化预置位的配置实施工作。使得运行人员在日常巡检中能够快速准确地监视关键设备，从而省去了查找监控设备、手动变焦、聚焦的复杂过程。

    摄像机预置位命名以监控场景（包括设备、区域）作为对象，若监控某设备，命名为“XX间隔或XX室/设备名[/方位（上、下、左、右、东、南、西、北及其组合）或读数]”，其中方位或读数根据现场需要设置，如“#1主变间隔/#1主变/油表”“第一串#1主变变高5103开关间隔/5103开关”。若监控某区域，命名为“区域/方位（上、下、左、右、东、南、西、北及其组合）”，如“第一串#1主变变高5103开关间隔/东南”“主控室/北”。

    预置位选点要求充分利用现有摄像机，实现全局设备（尤其是一次设备）全貌的“无死角”监控，若默认预置位不能实现全覆盖监控，则适当增加巡检预置位。

    默认预置位应监控全站设备的整体状态，默认预置位参考画面如图1所示。

    巡检预置位应尽可能监控所有设备的局部状态，应重点监控如下内容：变压器、断路器、互感器、避雷器、绝缘子等设备及其重要部件之间的连接头、油表，油压，隔离开关、接地开关的分合状态及电缆层的电缆外观等情况。巡检预置位监控画面如图2所示。

    2.2 系统可视化联动

    变电站内运行的安全性是至关重要的，所以对每个设备的监控都要到位。变电站主要监控范围包括：现场的环境状态，各种类型的断路器的开和关的状态，变电站内的电流互感器，电压互感器和高压设备的外观状态，主变的运行，易燃设备和充油设备，电气设备室的一些场景情况等[10-12]。

    在不影响站内综合自动化系统安全运行的机制下，利用CDT规约格式，采用DL451-91《循环式运动规约》的基本定义[13]，使自动化系统与视频监控系统协同工作，使站内系统一体化联动。形成快速报警、快速定位并调取有关报警视频，实时查看现场情况，报警视频联动的功能，实现了电网一次设备的可视化操作，避免了报警系統误传信息和工作人员在环境恶劣的条件下进行现场巡视带来的困难，提高了远程控制的安全性。

    联动过程为：在综合自动化系统上有被控对象处于遥控操作过程中并且已经下发遥控预置命令时，自动化系统与站端视频及环境监控系统进行触发通信，将被控遥信位的序号及描述通知给监控系统，由监控系统根据之前配置好的联动策略自动调用联动的一次设备多角度实时视频，同时对信号发送过程中进行事前、事后录像，保证了数据的有效性、实时性和完整性。

    视频系统实时接收自动化系统发送的开关、刀闸等遥控、遥信变位信号后解析并转换报文通知视频监控系统将摄像机（预置位）对准预设的组态对象，形成实时在线可视化的操作环境、防止误操作，提高安全生产。实时接收遥控、遥信图如图3所示。

    2.3 业务功能智能巡检技术

    在系统日常巡检维护过程中，为了保证站端系统可控、在控，必须进行周期性巡检作业，以便及时了解所有前端视频设备的运行状态。目前，平台的巡检方式大多采用人工手动巡检：对变电站摄像机视频、摄像机云台控制和摄像机录像状态进行功能逐一验证。随着监控范围越来越大，前端视频感知设备越来越多，做完一次全面全系统巡检所需的时间不断增加，长时间做重复的巡检操作不仅影响运维人员工作状态和效率，而且影响巡检作业质量。

    为提高工作效率，解放运维人员的生产力，改善日常巡检方式，将重复性的劳动交给计算机去完成，智能巡检技术在当前变电站视频及环境监控系统的基础上，增设智能巡检作业管理功能，发挥现有计算机的强大计算能力，让系统巡检作业更高效、灵活，从而有效提高变电站视频及环境监控系统的使用率。

    为减轻计算机进行设备巡检时的网络压力，智能巡检系统在巡检速度上采用了人工配置和自动侦测相结合的方式，巡检时监视当前系统网络状态，发现网络出现拥塞情况，将自动放慢巡检速度。

    智能巡检功能设计分为4个层次（见图4）。基础层：为上层提供网络状态判断、网络传输、数据存储和定时器等基础功能；采集层：从数据库中获取摄像机列表，定时完成前端设备在线检测工作，将检测结果保存在数据库中供服务层使用；服务层：为用户提供访问服务，根据用户的需求，计算出一段时间内的统计数据；用户层：提供给用户简洁、清晰的报表。

    智能巡检模块与变电站视频及环境监控系统紧密结合，利用高效的视频内容分析（Video Content Analysis，VCA）算法，解析实时视频质量，有效筛选“无视频信号”、画面扭曲、画面雪花等故障类型摄像机；在摄像机云台控制协议互通的情况，利用智能分析技术，判断摄像机云台控制的有效性；通过分析查询/获取站端录像文件和播放的实时流传输协议（Real Time Streaming Protocol，RTSP）交互报文，智能判断摄像机是否存在录像文件，录像文件是否可点播等。并对上述巡检结果进行统计分析，自动生成巡检报表。运维人员根据巡检报表，可及时发现故障并跟踪处理故障监控点，减少运维时间，提升系统整体可用率。

    3 系统实用化应用分析

    变电站视频及环境监控系统在广东全省已经全面进入实用化验收阶段。实用化验收工作过程中，系统智能巡检技术已经初步在多个局试点应用，后期将逐步实现智能巡检功能在变电站视频及环境监控中的全面部署实施和推广。同时，对于调度主站系统的可视化调度技术、视频智能分析算法在电网生产中的深度应用开发也逐步开展。通过采用先进的技术手段保证系统的建设质量和投资效益。正在减轻系统运行人员的工作负担，确保投资建设的视频监控系统及设备的实用性。

    4 结语

    随着智能电网的建设，变电站视频及环境监控系统得到了广泛应用。然而，现有视频监控往往局限于对变电站固定或随机场景的监视，视频覆盖有效范围不够科学合理，且需要的人工干预，无法满足智能监测的需求。针对现有系统的不足，通过开展的系统实用化应用技术研究，伴随系统版本逐步升级，可以进一步提高系统的实用价值，减轻系统运行人员的工作负担，为确保电力系统的安全可靠运行发挥积极作用。未来将进一步实现面向智能变电站的视频监控系统高级应用，为多级平台智能流媒体集群、平台集中存储策略、变电站视频辅助全景建模、海量数据检索引擎研究等提供技术支持。

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