基于VPN通道的铁路变配电所网络监控系统设计

郝美先

【摘 要】本文设计了基于VPN通道的铁路变配电所网络监控系统，通过该系统，铁路电力、供电、调度等相关部门可以对管内变配电所远程图像实时监控、远程故障、环境监测和意外情况告警接收处理。实现了铁路供电网的可视化监控和调度，提高了变配电所运行和维护的工作效率和安全可靠性。

【关键词】VPN通道 铁路变配电所 远程监控

1 铁路变配电所视频监控现状及存在的问题

目前铁路变配电所大部分都实现了无人值守，变配电所遥视系统已经成为重要的铁路供电网运行监控手段。目前铁路变配电所一般还是采用传统的硬盘录像机解决方案。该解决方案是在无人值守变电站配置一台或多台硬盘录像机，通过硬盘录像机对监控点的模拟信号进行数字化编码后存储到本地硬盘录像机的硬盘中进行视频资料的保存。通常情况下，由于以下原因无法通过某一个硬盘录像机厂家的管理平台对其他所有的硬盘录像机进行统一的远程管理：（1）目前已经在网使用的硬盘录像机设备采用的编码方式有H.264和MPEG4两种，两种编码所形成的流媒体文件无法兼容，需要不同的解码控件。（2）目前各厂家设备的远程管理协议都是采用SNMP协议，但是MIB库的定义却不尽相同。

2 无人值守变配电所视频监控和环境监控系统应用需求

（1）变电站内各类设备。监控室外刀闸、主控室控制屏显示、仪表读数、开关室设备、主变压器和各主变风扇运行、电容器室等运行情况。

（2）IC卡门禁系统。配置发卡系统，电力维护人员配发IC卡（射频卡），维护人员何时进入那个变配电站在电力调度中心都可以设置，对出入情况进行详细的统计管理，不但方便维护而且可以提供巡检管理。

（3）运行环境监控。渗漏监测：主控室、高压室、通信室、电容器室、变压器室安装漏水感应绳，避免雨水渗漏造成事故。

烟感监测：安装烟感传感器实现烟雾探测火灾预警。

温湿度监控：安装温湿度变送器，实时监测室内温湿度情况。

安防监控：变配电所大门及主要通道安装移动侦测视频监控、围墙安装电子围栏（或者红外对射探测器），维护人员配合门禁可以布防、撤防，布防期间可以通过报警主机通知电力维护人员，还可以通过短信、电话通知电力调度管理人员。

（4）实时监测变压器中性点接地刀、油位和火灾报警。

（5）实时监测电缆温度。

3 设计原则

为了满足上述需求，对现有变配电所的视频监控系统进行整合，形成统一完整的监控系统，对监控信息统一管理、统一存储，远程监控，实现变配电所无人值守。

综合监控系统的功能设计主要应考虑以下几方面：

（1）多级网络架构，支持大系统平台联网，兼容主流监控厂家前端产品；

（2）提供与电力“四遥”的接口，实现系统级融合；

（3）中心平台管理软件实现对于系统设备的统一管理，支持GIS视频监控应用，报警联动多路视频，有效布控追踪；

（4）系统软件采用模块化设计，保证系统可扩展性，可根据需要实现系统平滑扩容；

（5）支持分布式图像存储及中心存储模式，并统一由中心管理平台进行权限分配及资源调度；

（6）系统提供开放接口，可根据需要做相应的定制性功能开发。

4 系统构架

变配电所监控系统采用集中网络监控系统结构。前端设备分布在沿线各个变配电所内，监控中心设在铁路供电段调度中心。系统网络拓补示意图如图1。

图1 变配电所监控系统网络拓扑图

4.1前端设备配置

变配电所前端设备包括视频采集终端、视频切换矩阵、多画面分割器、各类安防传感器、网络监控主机、UPS及其它辅助设备。

其中视频系统通过球型、枪型摄像机提供视频和音频输入/输出接口，分别连接到摄像机视音频输出或多画面处理器、拾音器及音箱；并通过RJ45与监控终端或服务器连接，完成视音频信号的采集与压缩后的数据通过网络发送到调度中心。温湿度、烟感、渗漏、防盗、门禁等开关量传感器通过网络监控主机，连接网络将监测、传输数据及时传输到调度中心，同时根据调度中心的指令切断某些连接设备的电源。

4.2传输网络配置

4.2.1组网平台

根据铁路电力的特点及管理模式，变配电所远程监控系统基本设置为各变配电所端装备一台或多台DVR网络硬盘录像机（具体数量视变电站内配置的监控摄像机数量），完成对视音频信号的数字化及编码压缩处理，将其和报警等数据信息一起打包成IP数据包在IP网络上传输；站段调度中心（包括巡检中心）设区域监控中心，利用中心与变电站之间的10/100Mb/s （10/100BASE）光/电接口通道或2Mb/s（G.703）电路通道，接收各变配电所端网络硬盘录像机上传的视音频、报警信息，同时通过“网络视频集中监控系统管理软件”进行远程实时监控；在条件成熟的前提下可在铁路局调度中心设立主控中心。

4.2.2联网方式

铁路变配电所都分布在铁路沿线，一些线路极其偏远、环境恶劣，通信网络只有电话线，系统组网模式的设计是整个远程监控系统的难题之一。目前为了满足各变配电所电力远动的要求，铁路局通信段都自行铺设了光纤，但远远不能满足变配电所传输视频信号的要求。近年来运营商宽带数据通信发展非常迅速，ADSL联网速度一般可以达到512Kbps，变配电所传输比较流畅的图像需要300～400Kbps的带宽。变配电所与调度主站之间遥测遥控信息的传输对网络的安全性要求并不高，但是需要调度主站发送控制信息时，则要求安全性很高，如果连接到公众网上没有相应的安全措施，则会对电力的安全生产带来巨大隐患。因此，使用ADSL或无线联网时采用虚拟专网VPN方式将管辖内各个变配电所构成专网（可作为电力调度主站备用通道）。电力调度主站通过运营商虚拟专用VPN网络以安全的方式访问铁路电力内部网络资源。虚拟专用VPN网络与通信段通信光纤构成的铁路专用通信网络不同，虚拟专用VPN网络的变配电所用户首先通过ADSL或者CDMA1x接入本地ISP的网络服务器（NAS），然后VPN路由器利用与本地ISP建立的连接，在电力调度主站VPN服务器之间创建一个跨越Internet或其它公共网络的专用网络。虚拟专用VPN网络可以提供以下功能：

用户验证功能，严格控制只有授权的用户才能访问；

地址管理功能，通过地址分配确保网络安全；

数据加密功能，确保未经授权用户无法读取，保证铁路电力网络安全。

4.2.3体系构架

本文设计的智能网络监控系统是针对铁路沿线分布范围大的变配电所及设备进行实时动态监控的系统，能够通过虚拟专用VPN网络，对沿线变配电所状况：电源通断监控、电力设备运行情况，变配电所室内运行温度、湿度、门窗进水、烟感等进行采集并远程监测，能够通过汇总数据判断各种非正式运行状态，通过就地声光报警、电子邮件、手机短信等多种方式及时告知电力工区及电力调度管理人员。

4.3调度中心配置

调度中心图像处理服务器、图像监视终端、远程视频监控/联网报警软件、网络监控主机软件接受现场传输来的视频图像、及室内运行环境监测、IC卡门禁各种信息及报警信号，同时可以实现视频矩阵摄像机云台和远距离联动控制。

5 结语

网络监控系统最基本的目的将变配电所主控室的设备运行情况、主变、断路器、调压器、隔离刀闸运行状态实时视频传输到电力调度中心，调度管理人员可以通过实时视频对变配电所运行进行综合监控、分析、控制；第二个作用就是通过烟感、温湿度、渗水、门禁等传感器将报警信息发送给调度中心；该系统可以帮助铁路供电段逐步实现变配电所得无人值守或少人值守，为铁路高速发展提供有力的信息技术保障。

参考文献：

[1]邢红霞.铁路变配电所视频监控系统设计综合分析[J].贵州工业大学学报（自然科学版），2008，37（5）：253-256.

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[3]孙元新.铁路高压变配电所监控模式优化方案的探讨[J].上海铁道科技，2012（03）.