智能配电网综合辅助系统分析

2013-03-02江智洲

中国公共安全 2013年7期

■江智洲

配电作为电力系统发、输、变、配环节中最贴近用户的环节，和社会生产生活息息相关，有着极其重要的作用。提高配电网的供电可靠性和供电质量，是实现人民安居乐业、经济发展、生活富裕的重要保证。

随着现代化进程的推进，城市化的快速发展，开关站、环网柜、配电室、箱式变压器分布在城市的每个角落，在保障企业、居民可靠用电的过程中发挥着积极的作用。配电设施的稳定运行至关重要，由于是无人值守模式，需要定期派专人巡检。一旦出现不利于设备正常运行的故障时，就会影响配电系统正常运行，对企业、居民的安全可靠用电的构成威胁，如安全隐患不能及时获知、并立即处理掉时，就有可能损坏电气设备，造成严重后果。

近几年针对配电设施的盗窃行为时有发生，同时老旧设备用电过负荷易过热引发火灾，防盗、防火就成为了配电生产管理的重心。在“三集五大”的“大运行”、“大检修”体系建设中，建立起一套适合配电网运行环境管理的综合辅助系统，已成为配电网管理中亟待解决的问题。

需求分析

我们对配电网综合辅助系统的需求归纳如下：

在综合辅助系统的方案设计和项目实施时，严格按照国家电网的《电网视频监控系统及接口》及相关电力标准，采用符合标准的硬件产品和监控平台；

在重要配电区域，可按需部署高清摄像机，通过高清监控看清重要设备的细节部分，减少工作班的巡检压力；也可按需部署智能分析设备，变“被动监控”为“主动监控”，减少运维中心的监控压力；

工作班成员在巡检过程中，通过单兵、车载系统等移动视频设备与后方实现生产抢修互动化，并在出勤后及时上传录像与巡检工作流相关联；

在高压柜带电区域，可部署无线温度传感器，实现设备运行状态的全面感知，及时发现设备异常情况；

综合辅助系统需支持多级监控，不同层级、不同部门、不同用户可配置不同的权限，上下级之间可实现数据同步；

综合辅助系统主站平台需实现对前端系统的统一接入管理，前端辅助子系统间配置智能预案，一旦报警即可触发相关联动；

综合辅助系统主站平台需通过电力标准协议与配电网生产及抢修指挥平台实现信息互动，并通过平台与配电自动化系统（DSCADA系统）进行信息交互、行为互动，以便调控中心对操作任务进行视频核实；

综合辅助系统主站系统需支持客户端和浏览器访问方式，呈现不同功能，同时支持手持终端模式，以便领导、专家随时随地对突发事件进行应急指挥；

综合辅助系统主站系统需具备完善的运维管理功能，对数量庞大的视频监控设备进行自动化巡检，当巡检结束后自动生成报表，以便运维部门及时处理。

设计原则

在配电网综合辅助系统的设计中，我们将以实现智能配电网的标准化、一体化和智能化特征为目标，实现电网“智能”与“坚强”高度融合，实现电网生产系统与辅助系统的协调发展。

标准化系统满足电网公司辅助系统相关技术规范（如《电网视频监控系统及接口》（Q/GDW517-2010）），并针对技术规范开发了标准化产品。除了硬件设备满足接口规范，平台软件也满足级联规范，能够实现多级联网监控及跨区域的图像共享。同时平台软件符合主流电力通信标准，能够与电力运行管理系统实现对接。

一体化系统能够实现辅助系统的一体化综合监控，对视频监控、环境监测、安防报警、门禁、智能控制等子系统进行融合并建立联动预案。除了有线监控，平台软件还支持3G移动保障系统及手持终端的接入，满足随时随地的监控需求。

智能化

系统能够实现与电力生产系统（如DSCADA系统）的智能视频联动，任何操作任务都能够关联相应的摄像机预置位，实现可视化运行管理。

系统还提供多种智能视频功能：通过视频分析设备，提供各种智能分析功能；通过视频质量诊断模块，为大型联网项目提供良好的运维保障服务。

设计目标

配电网作为智能电网的终端环节，稳定供电的重要性不言而喻。为满足电力调控中心对配电网的多元化管理需求，需建立一套适应配电网安全生产抢修的现代化综合辅助系统。系统以现代信息技术为支撑，网络互联互通、信息资源共享、应用功能完备，主要实现以下目标：

建立覆盖地市配电网的综合辅助系统，对配电网的运行、设备进行全局管理，满足中心集中管理、部门授权监管、领导移动办公的需求；

对配电设施的视频监控、环境监测、安防报警、门禁、智能控制等辅助子系统进行集成管理，符合“三集五大”体系建设；

对突发事件快速做出响应和处置，有效对安全事件进行防范，降低和控制意外事故发生的风险；

充分利用视频资源，监控配电设施运行环境，规范巡检、检修及抢修流程，保障配电网稳定运行；

通过现有信息资源，形成各类统计报表，供领导统筹决策；

采用高科技手段，第一时间掌握设备不在线、工作异常等故障信息，及时排除故障，提高运维效率，减少运维成本。

系统解决方案

技术路线

海康威视智能配电网综合辅助系统是集硬件、软件、网络于一体的大型联网监控系统，以iVMS-8800平台软件为核心，实现多级联网及跨区域监控，在调控中心即可对终端系统集中监控、统一管理，为智能电网保驾护航。

在系统设计过程中，除符合国家电网的技术规范，还将适当技术创新。海康威视智能配电网综合辅助系统，将采用以下技术路线：

多元视频监控：支持高清视频监控、智能视频监控、移动视频监控，全面提升视频质量和安防水平；

辅助系统融合：实现视频监控、环境监测、安防报警、门禁、智能控制等子系统的集成，各子系统根据预案进行联动；

可视运行管理：可按需配置区域视频巡视预案，同时可与DSCADA系统通信，当进行倒闸操作或跳闸事故时，DSCADA发送“遥控”或“遥信”信号至视频监控系统，关联相应的摄像机预置位；

立体监管模式：实现前端、区县、地市三级垂直监管，固定网络采用C/S、B/S方式进行访问，移动网络通过手持管理终端（手机、平板等）进行监管；

系统运维管理：IT基础设施管理、视频质量诊断、带宽优化及控制、资产管理、日志管理。

系统架构

在“大运行”、“大检修”建设体系下，调度、控制和巡检、检修、抢修分属调度机构和检修公司，但 “三集五大”体系要求对资源实施集中管控、统一运作、优化配置。在这样的背景下，我们将采用统一的智能配电网综合辅助系统，相关数据共享给对应职能部门。

根据电网公司的组织架构，配电网综合辅助系统为分层、分区的分布，配电网综合辅助系统主要由前端系统和主站系统（地市级主站系统、区县级主站系统）构成，承载于配电通信数据网，组成一个完整的多级联网系统。

同时我们引入了移动视频保障系统，通过3G网络实时向后方上传音视频数据，适用于巡检、检修、抢修、应急指挥等环境，是前端系统的重要补充。

前端系统

前端系统包括视频监控、环境监测、安防报警、门禁、智能控制等系统，主要负责对配电设施视音频、环境量、报警信息等信息进行采集、编码、存储及上传。

移动视频保障系统

移动视频保障系统包括单兵系统、车载系统（车载动态取证系统、便携式车载动态取证系统），能够通过3G网络提供前方实时视频，为后方决策提供可靠依据。

主站系统

主站系统分地市级主站和区县级主站，各级平台构架、功能基本一致。

区县级主站系统可管理县域（城区）下属配电网的所有设备，接收由所辖前端系统上报的环境、告警等信息，满足区县级主站系统用户视频、环境信息查看、配电网设备控制的需求，同时也提供相关的视频、环境等信息给地市级主站系统。

地市级主站系统可管理全市配电网的所有设备，接收由所辖区县级主站系统及直属前端系统上报的设备和环境信息，满足地市级主站系统用户视频、环境信息查看、配电网设备控制的需求。

调度机构的调控中心可在倒闸操作时实时监控现场设备变位情况，检修公司的运维（检修）中心客户端可在应用于配电设施运行状态的日常巡视。

前端系统设计

自从视频监控系统应用到电力行业以后，每一次进步都影响着电力系统安全生产管理的应用水平。随着智能配网建设的推进，为了在盗窃、火灾发生时及时了解现场情况，视频监控系统又被引入以实现配电自动化。同时为了保障配电系统的运行环境，烟感、温湿度传感器、水浸探头等环境监测设备及空调系统也被陆续配置到了配网设施内，为可靠供电提供了技术支撑。

前端系统主要由视频监控系统、动环监控系统等组成，实现对配电网现场视音频及各种环境信息采集、处理、监控等功能。视频监控系统包括常规视频监控、智能视频监控。动环监控系统以环境数据处理单元为核心，可接入环境监测、安防报警、智能控制等子系统。门禁系统直接与平台对接，无需接入动环监控报警主机。

视频监控系统

视频监控系统主要负责对开关站、配电室内主要电气设备、安装地点及周边环境进行全天候的常规视频监控，同时能与其它子系统进行报警联动，满足运行管理对安全、巡视的要求。

开关站主要由高压开关室（区域）、控制室（控制屏区域）组成，部分结合配电室建设，具有变压器室（区域）和低压开关室（区域）；配电室由高压开关室（区域）、变压器室（区域）、低压开关室（区域）组成。开关站、配电室由于规模不同，监控点数量也各不相同，如部署点位数量有限，需部署在重要区域。

开关站

大门：监视进出配电室人员的情况，可配合门禁使用，用于刷卡人员或忘带卡人员的身份验证；

高压开关室（区域）：监视高压室（区域）的运行状况、开关柜的外观状态；

变压器室（区域）：监视变压器室（区域）的运行状况、变压器柜（干式变压器）的外观状态，油浸式变压器还需监视变压器的外观状态、油位、档位、套管、瓷瓶、渗漏油、风扇状态等；

低压开关室（区域）：监视低压室（区域）的运行状况、开关柜的外观状态；

控制室（控制屏区域）：监视进出室内（主控室、继保室、通信室、蓄电池室）的人员情况及室内设备的外观状态；

工具间：监视进出工具间人员的情况，并监控工器具借用及归还情况。

配电室

大门：监视进出配电室人员的情况，可配合门禁使用，用于刷卡人员或忘带卡人员的身份验证；

高压开关室（区域）：监视高压室（区域）的运行状况、开关柜的外观状态；

低压开关室（区域）：监视低压室（区域）的运行状况、开关柜的外观状态。

动环监控系统

环境监测子系统

环境监测子系统包括温湿度传感器、无线温湿度传感器、水浸传感器，分别通过4-20mA电流信号、RS-485串口信号、开关量信号，使数据在环境数据处理单元汇聚，数据再转发上传至主站系统。系统完成实时环境数据监测，越限可以联动声光报警、短信报警、启动相应子系统（温湿度关联空调系统）等预案。

安防报警子系统

安全防范子系统包括红外双监、振动传感器、烟感等负责配电网入侵与消防的设备组成。当发生非法闯入、火灾后，报警通过开关量信号上传，数据在环境数据处理单元汇聚，数据再转发上传至主站系统。系统能够调用相应预置位、视频监控系统中弹出视频窗口、联动声光报警、短信报警。

门禁子系统

门禁系统属于智能弱电系统中的一种安防系统，作为一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为一体。门禁系统主要由门禁控制器、读卡器、电控锁、门磁和电锁电源等组成，通过安装在建筑物的通道口，从而实现对出入口的控制。当有人刷卡时，相应信号上送至主站系统，联动视频录像，通过可视化进一步加强对出入的管理。

智能控制子系统

智能控制子系统（照明系统、空调系统）根据事件（如入侵报警、消防报警、温湿度报警）自动对配电设施内设备进行开启和关闭操作，用户也可在综合辅助系统中控制设备的开启和关闭。

移动视频保障系统

车载动态取证系统

海康威视车载动态取证系统采用了多项具有自主知识产权的核心技术，可实现本地录像存储、3G&WIFI无线网络传输、GPS卫星定位、远程指挥操控、夜间补光拍摄等功能，完全满足各种行车状况下全天候流程管控的需求，功能全面、操作简单，可应用于电力检修公司巡检、检修、抢修、应急指挥等多个车载移动视频监控领域，是打造“坚强智能电网”强有力的工具。

车载动态取证系统的组成如下图所示，包含多个单元，车载云台需部署在工程抢修车顶。

车载动态取证系统的车载云台具备仰视功能，特别适合配电网柱上开关、配电变压器、线路等运维工作的管控。

便携式车载动态取证系统

海康威视便携式车载动态取证系统是一套移动式视频取证或监控专用系统。系统采用了海康威视国际领先的数字视音频编解码算法，同时结合无线网络传输、GPS定位、系统集成控制、数据存储等多项技术，功能全面、应用灵活、广泛，可为电力检修公司巡检、检修、抢修、应急指挥等移动视频监控需求提供完善的整体解决方案。

便携式车载动态取证系统的组成如下图所示，包含多个单元，可放置在专用手提箱中。锂电池可供选配，用于脱车使用情况下的系统供电。

相较于车载动态取证系统，便携式车载动态取证系统可快速部署在各种特种车辆（工程抢修车、应急指挥车等）的顶部，也可单独架设在支架上应用于现场，实现移动式拍摄取证需求，操作使用更便捷，事件响应更高效。

当检修公司的运维人员执行相关工作任务时，可把便携式车载动态取证系统部署在工作间隔的附近，后方人员能够通过实时视频掌握现场情况。

单兵系统

海康威视单兵监控系统是针对检修公司运维人员各种巡检、检修、抢修等单人便携式监控需求而提供的解决方案，可实现本地预览、录像存储、图片抓拍、语音对讲、报警联动、3G/WIFI无线传输、平台集中管理、GPS定位等功能。

便携式车载动态取证系统的组成如下图所示，包含多个单元。整套系统采用内置式锂电池供电，能够保证至少4小时的持续工作时间。配合线控及对讲麦克，运维人员可以轻松实现和后方对话，也可以进行类似对讲机功能的单兵群组内对讲，提高小组协同作战能力。满足手持、腰挎等多种佩戴方式，真正实现流动式、便携式的单兵监控。

单兵系统因其便携性，可用于部分车载系统无法应用的环境，例如山区的线路巡检、电气柜内的故障呈现。

主站系统设计

主站系统主要由服务器管理系统、存储系统、解码系统、控制系统、显示系统等组成，而服务器管理系统中部署了海康威视iVMS-8800软件平台。

iVMS-8800是海康威视专为电力行业用户量身定制的综合监控软件，采用模块化设计，部署方便，操作简便，还可根据行业自身管理要求和监控现状做进一步的定制开发，充分体现监控安全防范管理的效率。

依托于iVMS-8800软件平台，海康威视智能配电网综合辅助系统能够实现以下功能：

基础功能

实时监控

采用海康威视的高品质摄像机，具有防尘、防水等功能特性。实时获得监控区域内清晰的监控图像，各种型号系统的摄像机可以满足不同区域监控点的监控需求，实现24小时不间断监控。并且可以对带云台设备进行云台操作，对视角、方位、焦距的调整，实现全方位、多视角、无盲区、全天候式监控。

录像存储

本系统支持前端存储和中心存储两种模式，前端的视音频信号接入视频处理单元存储数据，达到前端存储的需要，以供事后调查取证；也可部署网络存储设备，适合大容量多通道并发的中心存储需求。

语音功能

通过语音对讲，上级管理部门能够和变电站现场人员进行沟通，对现场工作进行指导，对违章操作进行警告。

环境监测

通过传感器实时采集相关环境数据，例如温湿度、水浸等相关信息，在站端平台实现信息汇聚并转发至调控中心，生成曲线和报表，方便实时监控、历史查询、统计分析，数据出现异常时可以联动报警。

处置预案

通过视频监控系统和其他辅助系统的关联，能够提供丰富的视频预案：客户端联动、电视墙联动、报警录像等。有助于相关部门第一时间发现事故点，迅速做出反应，把事故损失控制到最小范围。

除了视频预案，系统还支持其他处置预案，比如：当温湿度越限时，能够自动开启空调；当红外双鉴报警时，能够自动开启灯光。

巡检预案

系统支持可视化巡检预案，按人工巡检的路线，把沿途多个监控点的多个预置位添加进预案，一旦发现问题可截图并标注问题，及时通知相关部门。相较于人工巡检、手工纸质记录的传统巡检方式，该预案可大大提高巡检质量及到位率。

远程维护

通过平台软件能够对前端设备进行校时、重新启动、修改参数、软件升级、远程维护等功能。设备提供远程访问功能，运维人员不必到达设备现场，就可修改设备的各项参数，提高的设备维护效率。

系统管理

通过平台软件能够进行全方位管理，提供中心管理、Web服务、认证授权、日志管理、资产管理、地图管理、流媒体服务、云台代理、存储管理、文件备份、设备代理、移动服务、报警管理、电视墙代理、网管服务等系统服务，提高整套系统的工作效率。

扩展功能

业务联动

通过电力行业标准协议与生产系统对接后，当遥控操作或发生故障时，视频监控系统将收到生产系统发送的遥控、遥信信号，联动相关监控点的预置点，实现可视化运行管理。

行为分析

对于重要区域采用智能分析技术，通过行为分析和智能跟踪的方式，实现安全防范监控；本系统中主要对穿越警戒面、区域入侵、进入区域、离开区域等多种行为进行识别并触发报警。

流程管控

通过移动设备（单兵、车载等），对现场情况、工作流程的视频进行采集、编码、存储及上传，并在每次出勤结束后及时上传录像数据，有效实现流程管控。

移动办公

通过手持终端（手机、平板等）能够随时随地远程监控，实现预览、云台控制，为应急指挥、巡视检修提供便捷的技术保障。

视频质量诊断

采用轮巡方式检测设备工作异常，如清晰度异常（图像模糊）、亮度异常（过亮、过暗）、偏色、噪声干扰（雪花、条状、滚屏）、画面冻结、信号丢失、云台失控等，及时系统的故障并报警通知，提高视频监控系统有效性。

系统特点

基于对智能配电网的业务理解与长期的项目经验，本系统在配电网综合辅助系统的设计上达到了国内先进水平。

辅助信息一体化

早期的辅助系统没有有效的信息共享集成，很难做到多系统的综合监控、集中管理，无形中降低了系统的高效性，增加了系统的管理成本。对比早期的辅助系统，综合辅助系统不再采用简单的开关量接入，还是多元方式（开关量、模拟量、协议）接入，从而在接入上更加灵活、功能上更加完善、联动上更加智能。

辅助系统智能化

智能配电网综合辅助系统不但能够实现各辅助系统间的智能预案和可视化复核；而且还能在配电网生产及抢修指挥平台和各子系统之间起到上传下达的作用，为配电网生产及抢修指挥平台建立全景数据提供辅助系统数据，接受配电网生产及抢修指挥平台对子系统的控制信令，实现与生产系统的信息共享及信息互动。

管理可视化

通过综合辅助系统的应用，生产系统（配电自动化系统）与辅助系统（综合辅助系统）的业务融合更加紧密，视频监控在配电网运维中的作用也得到了深化：在配电网运行中，实现与配电自动化系统（DSCADA）的视频联动；在配电设备管理中，实现巡视、检修的全程可视化管理。

生产抢修互动化

早期配电网巡视、检修中，指挥人员与作业现场之间缺少高效的交互手段，指挥人员无法及时、直观的了解配电网运行现状，分析薄弱环节，指挥工作缺乏针对性。随着运营商移动网络的覆盖、3G应用的普及，移动视频监控越来越多地被用于巡检全过程，指挥人员能通过移动视频保障系统能够非常便捷地了解到现场情况，并对现场工作给出及时纠正和指导。

流程闭环化

在日常生产抢修中，虽然有工作票、操作票、应急抢修单制度和可视化管理来保障，但是配电网全过程闭环管理的信息流转并不流畅。通过紧密融合可视化管理和业务流程，在每次出勤结束后及时上传视频数据，能够实现闭环化管理。