变电站视频安防系统站端方案

尹竞洲，肖利建

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

“十一五”初期，在国家电网公司发布的变电站典型设计中已将视频监控作为新建变电站必配的一项应用功能，按典型设计中的要求，变电站视频监控应与变电站周界防盗功能集成为一个应用系统，即视频安防监控系统，这个系统在功能上要兼顾对变电站运行设备场地的监视和周边安全防盗功能，系统采集到的图像和报警信号都要传送给相关管理人员。

国家电网公司[2009]第61号文件要求进一步加强变电站安全技术防范工作，规范技术防范配置，全面提高变电站安全的防护水平。变电站作为电力系统的重要组成部分，其环境温湿度变化、人为破坏等不安全因素对电力系统的安全运行产生极大的负面影响。从广义来讲，变电站安全包括变电站设备安全、变电站安全、设备安全性对变电站及系统的影响、变电站稳定性对系统的影响。由于技术的发展，传统的视频监控也融入了其中。比如，过去需要人为进行判断的报警条件，现在也可以通过计算机处理进行智能判断，如视频区域闯入报警、视频突变报警、虚拟警戒线、人体识别、人体移动识别、面相识别和对比等等。网络技术的发展也为视频监控的更广泛应用奠定了基础。另外，语音视频的网络化更丰富了传统视频监控的内容，使传统视频监控系统和其他多种技术结合，用于远程的视频会议辅助、远程支持、现场指导等领域。

目前，随着视频监控技术的快速发展和四川省电力公司视频监控体系的逐渐完善，提出了视频监控联网的需求，明确了需要在省电力公司管理的各供电局(所)、35kV及以上等级变电站配置视频监控站端系统以接入省电力公司监控中心平台。

为实现变电站站端系统与平台的互通，建成全省统一的视频监控系统，省电力公司组织编写《四川省电力公司视频监控系统技术规范》，并进行平台之间的互通以及平台与前端的互通测试工作，为建成统一的视频监控联网系统作了充分的准备。

2 视频站端系统组成及功能

2.1 站端系统概述

站端系统是指布置在35kV及以上电压等级的变电站、各级营业厅(所)营业网点内以视频监控为主的系统。采集摄像机的图像信息、麦克风的声音信号、报警设备的报警信息等经过编码设备编码后，将压缩后的流媒体文件通过专网发送到上层数据平台中，供用户实时观看或保存在存储设备中；同时，将上层数据平台传来的控制信令抽取出来，进行命令格式分析，按照命令内容执行相应的操作、控制器的切换、云台转动，以及摄像机镜头的控制、报警动作。

2.2 站端系统的组成

站端视频监控系统应包含布置在监控现场的前端设备、站端监控设备，以及必要的连接件、安装附件等。

应该根据实际情况分两种实现方式：

(1)基于硬盘录像机DVR的数字-模拟混合视频监控系统。

(2)基于全数字化视频采集、传输和存储的全数字化视频监控系统。

2.2.1 基于DVR的数模混合视频监控系统

(1) 在已建成的变电站、营业厅(所)营业网点采用传统嵌入式DVR系统为模拟前端，监控点与中心DVR之间采用模拟方式互联。视频站端设备、安全防护子系统、门禁子系统接入视频服务器(或采用嵌入式处理技术的 DVR 设备)，通过交换机联接到上层专网。

(2) 主要设备有视频采集前端设备(指摄像机及与之配套的相关设备如镜头、云台、安装支架等)，视频服务器(或采用嵌入式处理技术的 DVR 设备)，当地监控客服端，网络交换机，安防子系统(仅变电站有)，门禁子系统，电子脉冲防护网(仅变电站有)，视频、信号、电源电缆。

2.2.2 全数字化视频监控系统

(1)对未建成或未配备视频安防监控系统的变电站及营业厅(所)营业网点采用基于全数字化的监控系统。该系统中当地监控客服端、视频服务器或网络数字视频录像机(NVR或其他存储设备)，以及基于IP的前端设备(除非特殊需要不推荐采用带解码器的模拟前端组合方式)，通过以太网实现视频传输、控制及数据告警。安全防护探头、门禁等安全防护设备(仅变电站有)采用开关量方式，通过报警控制装置实现联网，从而完成视频监控和安防门禁系统的控制。

(2)主要设备有视频采集终端前端设备(指IP摄像机及与之配套的相关设备如镜头、云台、安装支架等)，视频服务器或网络数字视频录像机(NVR或其他存储设备)，当地监控客服端，网络交换机，安全防护探头(仅变电站有)，门禁、电子脉冲防护网(仅变电站有)等。

(3)系统框图(见图1)

2.3 站端系统功能要求

2.3.1 变电站站端系统功能

2.3.1.1 视频监控功能

图1 全数字化视频监控系统框图

(1)与变电站被监视设备进行配合，对环境进行防盗、防火、防人为事故的监控，对变电站设备如主变、场地设备、高压设备、电缆层等监视。

(2)通过通信网络通道，将被监视的目标动态图像以IP单播、组播方式传到监控中心，并能实现一对多(一个远程终端同时连接监控多个变电站端视频服务器)，多对一(多个远程终端同时访问一个变电站端视频服务器)的监控功能。

(3)报警信号、站端状态信息、配置和控制信息以TCP/IP方式与监控中心实时通信。

(4)在可设定的时间间隔内对摄像头进行视频巡检，参与巡检的对象可以任意设定，包括同一站点的不同摄像机、同一摄像机的不同预置位置等，巡检间隔时间可设置。

(5)运行维护人员通过视频服务器或工作站对变电站设备或现场进行监视，对变电站摄像机进行(左右、上下、远景/近景、近焦/远焦)控制，也可进行画面切换和数字录像机的控制。

(6)能够从全部摄像机中任意切换出1路或任意组合切换出4路、9路、16路图像，画面分割方式为：1、4、9、16。

(7)至少支持人工手动切换、轮巡自动切换、报警自动切换三种切换方式。

2.3.1.2 视频录像管理功能

(1)对站端的视频服务器或数字硬盘录像机录像功能要求实现可对非重要区域的监控点(即摄像机)实现事故前(至少10min)、事故后(至少10min)循环录像存贮，对重要区域的监控点可设定长时间(至少15d)的自动循环录像存贮，所有监控点级别可设定。

(2)硬盘容量应保证全部摄像机同时记录72h以上。应可通过监控主机实时修改设定录像的摄像机、录像时间和方式。

(3)应有报警自动录像能力，能设置报警时图像的存储方式、存储时间、存储间隔时间以及控制输出设备的联动方式。

(4)能查询图像记录和录像回放。录像回放画面质量应与实时图像画面质量相同。图像分辨率最高可达720×576(PAL制)，支持D1、4CIF、2CIF、CIF、QCIF分辨率。单路显示基本帧率大于或等于25fps。

2.3.1.3 报警输入功能

(1)报警类别：变电站事故报警、电力设备状态变化及故障报警、消防报警、防盗报警、防火报警、电力设备水浸报警、门禁报警、非法闯入及画面异动报警、图像设备故障报警等。

(2)画面异动报警的变化率可设置。

(3)变电站内同时发生多点报警时，按报警级别高低优先和时间优先的原则显示存贮，先上传严重报警点的图像，同等级别的报警按时间优先上传报警点的图像，其它报警点上传报警信息，报警信息不得丢失和误报。

(4)对移动目标具有自动跟踪功能，该功能应能随时启动关闭。

(5)报警信息应该和录像数据相结合，可由报警信息检索回放相应的图像录像。

2.3.1.4 报警输出功能

(1)报警联动输出控制设备由视频设备输出控制信号驱动，包括灯光、警灯、警铃等设备。

(2)所有报警信息均应按级自动记录保存，分严重告警和一般告警，告警级别可设置。

(3)当发生报警时，变电站视频服务器或数字硬盘录像机能自动进行存盘录像，立即传送报警信息和相关图像至地级监控中心，并自动在地理图上提示报警位置及类型。

(4)当发生报警时，能联动相关设备，如启动现场照明、警笛等，相关设备启动后，应在设定的时间内自动关闭，且现场照明在白天(时间段可设)可不打开。

(5)能与站内各自动化系统实时连接，接收报警信息，联动相应报警目标的图像监视(变电站事故、设备状态变化及故障、保护动作、遥控操作、消防报警等)；并指定相应摄像机部位进行硬盘录像机录像，作为事故追忆和调查的辅助手段。

(6)视频服务器应能对站内摄像机进行自检和故障报警。

(7)应具有可控制设备的机械保护措施，在控制雨刷、云台等设备时(自动状态)，系统应具有定时功能，即设备在运行后，在设定的时间内自动停止，以防止人为的忘记关闭动作，以保护机械结构。

3 主要设备功能及技术要求

前端设备安装在变电站、营业厅(所)营业网点现场，完成变电站、营业厅(所)营业网点现场各种信息采集、处理、监控和与监控中心的网络通信。设备应符合变电站自动化设备设计要求及有关标准。

3.1 数字编解码设备

(1) 应采用低码率的、符合电力远程实时视频监控需求的国际标准进行视频流编解码和图像存储记录。

(2) 支持并采用H.264或MPEG-4视频编码标准、G.711语音编码标准。

(3) 应满足可靠性高，性能稳定，可远程升级、远程维护，集成了视频采集、告警采集、与中心系统软件配合使用实现远程多媒体监控功能。

(4) 视频实时码流比特率在32kbps到8Mbps可调节，音频实时码流比特率在8kbps到64kbps可调节。

(5) 建议提供非安全和安全两种模式。安全模式采用专用的密钥系统来防止未授权的设备在系统网络上与数字编解码设备进行通信。

3.2 网络数字视频录像机(NVR或其他存储设备)

(1) 支持并采用H.264或MPEG-4视频编码标准。

(2) 支持多路视频信号、告警信号的采集、存储和传输，与中心系统软件配合使用实现远程多媒体监控功能。

3.3 视频服务器

(1) 服务器应配备RS485通信接口，实现报警输入和云镜控制。

(2) 接收到报警信号可联动摄像机预置位、录像或者驱动其他设备协同工作。

(3) 应与本系统各组成设备的内部时钟保持一致。

3.4 当地监控客户端

当地监控客户端包含PC机、监视器、人机界面及系统软件。

(1) 操作员可通过PC机和智能控制键盘选择摄像机图像切换到指定的监视器显示输出。

(2) 操作员可通过PC工作站和智能控制键盘定义定时切换，系统根据定义，定时将所需摄像机视频信号切换输出至指定监视屏。

(3) 操作员可通过PC工作站和智能控制键盘定义切换序列并调用切换序列。调用的切换序列按照定义的顺序在指定的监视器上顺序显示指定的摄像机信号。

(4) 操作员可指定一个序列组，同时在不同的监视器上按不同的序列切换输出摄像机信号。

(5) 操作员应配以相关权限，并保证控制的唯一性，同一时刻只允许一个操作人员控制同一控制对象。

(6) 具有操作联动功能。当运行人员对某一电力设备进行操作时，摄像机应可自动调整到该设备处，并启动数字硬盘录像机进行录像。

3.5 网络交换机

前端IP摄像机相连的交换机应实现其所连接的IP摄像机实时通信。具备一个10/100M标准以太网接口，应能兼容基于MPEG-4、H.264编码标准的各种国内主流嵌入式DVR终端、DVS终端，以及主流的各种安防周边设备协议。

3.6 摄像机

3.6.1 基本功能要求

(1) 支持远方控制。

(2) 自动白平衡。

(3) 逆光补偿。

(4) 低照度功能。

(5) 变倍、调焦(手动和自动)、调光(手动和自动)。

(6) 强光抑制、背光补偿。

(7) CCD 图像传感器，信噪比不低于48db，图像水平分辨率不低于480线。

(8) 对带预置位的摄像机，应能用中文(不少于20个汉字)定义其预置位名称，点击预置位即可到达预置位置。

3.6.2 网络摄像机特殊要求

(1) 支持MPEG4/H.263/H.264/M-JPEG等图像压缩编码标准。

(2) 以太网接口，支持TCP/IP通讯协议。

(3) 内置RAM。

3.7 云台及云台解码器

解码从控制终端送过来的控制信号，通过继电器接点控制云台的转动、镜头的对变焦等。

云台应能在垂直、水平方向匀速/变速转动。云台转动的步进值应可设置，具有巡逻功能，转动位置能预设置，同时支持雨刮、辅助灯光功能。

应支持MPEG4/H.264/M-JPEG三种编码协议。

3.8 红外对射装置

四光束红外对射探头，带有电路控制器，在有物体进入被检测区域时发出声光报警，报警信号可通过硬接点或网络接口输出到监控客服端。

3.9 红外感温感烟探头

对于敏感监测环境中的温度值和烟雾浓度值，温度报警值和烟雾报警值可调。具有声光警报功能，报警信号可通过硬接点或网络接口输出到监控客服端。

3.10 门禁系统

包括门禁控制器、读卡器、电磁锁等主要设备。

3.10.1 基本功能要求

(1) 一个控制器可控制一个或多个读卡器，标准接口。

(2) 可控制各种不同的电控锁。

(3) 对所有卡实行分级管理，根据其身份确定通行权限。

(4) 可设置多个时间段，控制门锁启闭，每个时间段起始值任意定义。

(5) 每张卡均可设置休息日和节假日，一周内任意定义。

(6) 非法读卡、强行开门、超时未关门等自动报警，合法卡在授权时间段以外试图开门时，视同非法卡处理。

(7) 多种信息记录：每次开门时间，开门卡编号，非法卡编号，报警原因、位置。

(8) 可脱机或联网使用。

(9) 应能在停电状态下，保存一定数量和时间的数据。

3.10.2 联动功能

(1) 安防联动：开门动作(包括非法闯入，门锁被破坏)时，启动联动监视系统，发出实时报警信息。

(2) 消防联动：当出现火警时，自动打开相应区域通道。

3.10.3 集中管理

(1) 能统一对人员出入权限设置、更改、取消、恢复。

(2) 可远程控制开门。

(3) 后台管理工作站可建立统一用户资料库。

(4) 实时采集每个出入口的进出资料(时间、卡号、是否非法等相关信息)，同时可按各用户进行汇总、查询、分类、打印等。

3.11 脉冲电网防护设备

应满足安全防范相关标准。在有效击退入侵者同时将入侵信号发送到安全部门监视中心。电网主机可通过硬接点或网络接口输出到监控客服端。

报警系统正常运行时，探测器应对所属防区进行24h不间断探测，高压脉冲电子围栏处于休眠状态。一旦发生入侵事件，激光探测器发出报警信号，联动声光报警、摄像机和录像机，自动打开现场的探照灯和高音喇叭，对入侵者予以警示和吓阻，并在0.2s之内启动高压脉冲电子围栏，并同时向值班室语音报警。如果入侵者继续进入将遭受近万伏高压电击，阻止其入侵，同时值班室内LED电子模拟图上应显示准确的入侵位置。

宜满足主机将报警信息通过GSM无线网络发送给相关管理人员，并可与公安110联网。

3.12 系统电源

系统主要设备应使用变电站内直流电源系统的直流电源，部分不能直流供电设备可采用不间断供电电源(或同等级电源回路),保证在站内事故情况下不间断可靠供电。所有设备由柜内配电器集中供电，电源配电器功率根据系统大小确定，要求具备一定的功率冗余。电源配电器必须具备防雷和防过电压能力。

3.13 防雷设施

外围设备接入系统的所有信号回路、控制回路、视频回路都应具备有效的防雷和保护装置。

3.14 电 缆

站端系统所使用的电缆可分为：电源电缆、视音频电缆、控制电缆三类。所有电缆必须适应变电站运行环境。

3.15 照明设备

在需要夜间监视或现有灯光不足的室内，应增加灯光照明设备和进行遥控灯光控制。照明灯光可根据系统设定定时或在有事件发生时自动打开(控制照明灯光或摄像机射灯照射到监视目标)。

4 通信接口及控制协议

变电站端与地区级主站采用SDK通信接口。

5 前端设备位置及典型配置

5.1 变电站终端

(1)摄像机可安装在配电装置场地构架、变电站大门、电气设备小室、主控楼内各出入口和通道、主控楼等位置，能够对变电站主要电气设备、建筑物、周边环境等进行全天候的监视。监控室外配电设备和室外环境的摄像机采用球型摄像机，监控变电站大门的摄像机采用固定摄像机，监控室内的摄像机采用固定摄像机。

(2)500kV变电站(含换流站)应安装实体防护装置、视频监控系统和具有显示报警位置功能的高压脉冲电子围栏，并与公安110 报警服务系统联网。

(3)220kV变电站应安装实体防护装置、周界入侵报警系统及视频监控系统，有条件的应与公安110 服务系统联网。对枢纽或重要负荷变电站，宜采用具有显示报警位置功能的高压脉冲电子围栏替代周界入侵报警系统。

(4)110kV变电站应安装实体防护装置、周界入侵报警系统(或视频监控系统)，有条件的应与公安110 服务系统联网。对新建变电站应安装实体防护装置、周界入侵报警系统和视频监控系统。对枢纽或重要负荷变电站，宜采用具有显示报警位置功能的高压脉冲电子围栏替代周界入侵报警系统。

(5)35kV变电站安装实体防护装置。对重要负荷的变电站，应加装周界入侵报警系统(或视频监控系统)。

5.2 营业厅(所)营业网点终端

营业厅(所)营业网点应配置4～6个摄像头，分别安装在营业网点大门、 营业点服务窗口、主要进出通道等位置，能够对营业网点内的人员情况、各窗口营业情况、大厅内部环境等进行全天候的监视。

6 结 论

省电力公司及各个地区局管辖大量变电站，在点多、面广、监管难度大的情况下，采用先进的技术手段实现变电站的集中视频监控，是提高工作效率、提升管理水平、加强规范化管理、安全防盗的一项有效手段。

监控中心可通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时视频监控、远程故障和意外情况告警接收处理，提高变电站运行和维护的安全性及可靠性，并逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。变电站前端设备的配置见表1。

表1 35kV/110kV/220kV/500kV变电站、营业网点视频监控系统摄像机参考配置

续表1