基于视讯技术的变电站智能巡检系统

2016-04-29肖春琦夏水英伍晓东

上海电机学院学报 2016年1期

关键词：智能监控变电站

肖春琦，　夏水英，　黄　娜，　肖　路，　伍晓东

(咸宁供电公司，湖北咸宁 437000)

基于视讯技术的变电站智能巡检系统

肖春琦，夏水英，黄娜，肖路，伍晓东

(咸宁供电公司，湖北咸宁 437000)

摘要提出了一种基于视讯技术的变电站智能巡检系统，包括接口层、服务层、应用层，并对系统架构及其功能进行了详细介绍。该系统不仅实现了视讯技术与变电站巡检技术的高效结合，通过联动控制，真正实现了变电站的智能监控；还实现了变电站分散辅助巡检系统的集成联动，提高了变电站的管理水平和运行质量，真正实现了变电站的无人或者少人值守。

关键词变电站; 视讯技术; 联动控制; 智能巡检; 智能监控

Intelligent Inspection for Substations Based on Video Communication

XIAOChunqi，XIAShuiying，HUANGNa，XIAOLu，WUXiaodong

(Xianning Power Supply Company, Xianning 437000, Hubei, China)

AbstractAn intelligent inspection system for substations based on video communication is designed. The system includes an interface layer, a service layer and an application layer. The system architecture and functions are described in detail. The system combines video communication with substation intelligent inspection techniques to realize intelligent monitoring and control by linkage control. It realizes integrated linkage of decentralized inspection of substations, and improves managerial and operational quality. The system can realize unmanned operation or reduce workforce traditionally required in substations.

Keywordssubstation; video communication; linkage control; intelligent inspection; intelligent monitoring

变电站巡检是保证变电站安全运行，提高供电可靠性的一项基础性工作。随着我国电站自动化水平的提高以及远程智慧化无人值守电站建设进程的快速推进，变电设备运行可靠性面临愈发严峻的考验。传统的人工巡检会受工作人员情绪波动、外部环境、个人经验、技能水平的影响，存在漏巡的可能性。并且，工作人员只有借助专业仪器才能发现某些设备内部的故障缺陷。同时，由于巡视人员巡视设备时距离设备较近，对巡视人员的人身安全带来一定的隐患，特别是在异常现象查看、恶劣天气特殊巡检及事故原因查找时危险性更大[1]。本文所研究的基于视讯技术的变电站智能巡检系统替代人工巡检方式，能够避免传统人工巡检的种种弊端，实现变电站巡检的智能化、集中化、远程化和自动化[2]。

近几年来，通信技术进步飞快，原来那些制约视讯技术推广与传播的约束已不复存在，相反随着宽带网和高速无线接入技术的发展，要在电力工业寻找与网络技术相适配的业务，视讯技术恰恰符合要求。目前视讯和与之相关业务成了电力工业，尤其在变电站智能巡检中的讨论、研究热点[3-4]。随着智能电网发展建设步伐的加快，要求在变电环节加速智能变电站的研究和推广，实现变电站设备的信息化和智能化[5]。集中管控所有变电站的电量信息、潮流、报警信息等是其主要的实现方式，但是存在只能看到变电站的数字信息，不能全方位的观察变电站的运行状况和环境状况，并且现有变电站关于辅助设备的监控系统大都是独立的系统。为了更好地全方位监控变电站的运行状况和环境状况，有必要研究变电站巡检系统与视频监控系统的高效结合。

1系统设计路线

通过研究智能变电站发展方向，在分析变电站巡检系统的现状基础上，确定系统设计思路。

(1) 建立设备台账。根据变电站各事件与设备的种类、特点，对采集到的数据数据进行整理，并分类存储，以便查询数据，为下一步的联动环节提供条件。

(2) 建立视频与设备或事件信息的联动。目前，变电站视频监控与设备状态信息并无直接联系，而是单独传输与存储。当变电站出现突发情况时，需要分别调用设备状态数据与视频数据，降低了工作效率。如果将视频信息与设备状态信息进行联动处理，则可以实现对变电站进行视频监控，能够联动显示对应的状态信息数据，当突发情况发生时，可以自动存储异常状态信息与对应视频录像。

(3) 解析保护信息和监视控制与数据采集(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)系统信息。当摄像头巡视到某设备时，该设备的运行信息，如红外成像温度信息、压力信息等其他监测信息也会相应的显示。系统根据SCADA信息进行自动分析，判断设备状态情况，实现SCADA信息的解析。如果发现故障，系统自动分析故障原因，并给出专家建议，指导工作人员维修。值班员不仅能够监控设备的外观状态，还可以通过监测信息判断设备内部的健康状态。

(4) 触发视频监控子系统模块。实现异常信息与视频系统的联动。如：视频监控和门禁控制系统的联动，当门禁控制系统显示有报警信号时，自动记录视频监控系统相关画面；视频监控和前端采集系统的联动，当前端采集系统处理数据发现数据异常，自动调用优先权最高的监控设备记录监视系统相关画面。

(5) 故障日志查找。当各种异常情况发生时，对应的视频信息与设备状态等信息将自动存储，后期可按照故障类型、时间节点、设备名称等按类查找。

2系统架构与特点

2.1系统架构设计

变电站智能巡检系统采用分层方式设计，由下而上分为接口层、服务层、应用层。智能巡检系统架构示意图如图1所示。

图1　智能巡检系统架构示意图Fig.1　　　Architecture of the intelligent inspection system

2.1.1接口层接口层完成对生产管理系统和视频监控系统的实时数据进行传送。融合不同的通信规约、不同的信息采集方式和数字信息和控制信息，实现一体化的监控模式。接口层按照相关通信协议，由通信接口把前端数据输送到服务层。

2.1.2服务层服务层包括数据存储、故障预警、警视联动、系统维护和远程发布等服务功能。

警视联动功能实现视频与倒闸操作的联动、视频与设备状态信息的联动、异常情况报警远程可视化监控联动等。视频监测只是观察到了变电设备的外观和一些特征点，无法获取内部运行状态，通过视频与状态监测信息的结合，实现变电设备由内到外的“全景”监控。

(1) 视频与倒闸操作联动[6]。在SCADA系统和变电站智能辅助监控巡检平台间建立通信通道，平台运行调控信息监控客户端软件，接收SCADA发出的操作信息，根据操作信息解析结果，联动高速摄像机，实时观察分合闸的状态、闸刀的对位情况。

(2) 视频与设备状态信息的联动。将变电站已安装的在线监测系统和变电站智能辅助监控巡检平台之间建立通信通道，采集监测信息；同时，以设备台帐为媒介建立视频预置位与监测信息间的映射关系，在独立或策略调用高速摄像机时，联动显示在线监测信息和状态分析结果，丰富变电站的巡视方式，扩大变电站的巡视范围，消除变电站的巡视死角[7]。

(3) 异常情况报警远程可视化监控联动。变电站发生异常情况的原因比较多，比如安防和消防等，将视频和这些源头建立关联，其中在线监测采用设备台帐进行关联，安防、消防则与报警区域位置关联，系统接收到报警信号，对异常设备和环境进行视频记录存储，实现事故追忆[8]。

由于前端摄像头数量众多，在转发环节采取优化算法尽量减少所传输的视频流[9]。为了充分发挥和拓展视频监控的应用，以间隔为单位分别配置一台网络高清高速球和高清固定枪机，结合SCADA系统的倒闸操作等动作信号，实现无人化远方操作的远程监控，降低远方操作中合闸不到位带来的安全风险，为实现真正的无人化远方操作打下坚实的技术基础[10]。

2.1.3应用层应用层包括巡视策略管理、巡视联动管理、专家系统管理等模块。

巡视策略管理的功能是根据实际情况对巡视点、巡视设备、巡视项目等具体巡视内容灵活地定义巡检方案。包括巡视路线、设备、项目的制定、删除和修改，以及对巡视步骤的调整。通过巡视策略管理可设置每个摄像机的停留时间、预置位置等。

巡视联动管理实现对摄像机的预置位功能进行深化应用，通过串接预置位形成变电站的巡视策略，模拟和替代人工巡视路线，实现远程智能巡视。系统对各个子系统进行集成管理，可以建立基于时间表和事件表的联动策略预定义功能。系统实时监控保护信息子系统和SCADA信息处理子系统的信息变化，联动视频监控子系统对当前动作的设备进行跟踪监控，做到视频和操作同步。

通过专家系统管理，及时更新专家知识库，为每一次的预警提供可靠的专家建议，指导工作人员作出正确处理并及时排查故障信息。

2.2系统特点

基于视讯技术的变电站智能巡检系统实现了变电站的无人值守，并且对变电站信息进行了全方位的监控。其特点如下： ① 可远程控制与浏览变电站巡检信息；② 根据SCADA信息处理的高效性，可实时进行故障预警；③ 可实现警视联动，并对故障信息进行规范化存储；④ 对巡检系统设置授权等级，不同用户根据用户等级进行相应操作；⑤ 利用视频智能处理技术，实现监控视频的智能分析。

3系统技术实现及功能说明

3.1系统关键技术实现

3.1.1变电站视频巡检界面设计开发采用变电站平面布局图为软件界面应用导向，动态化布置视频监控装置的热点标识，将这些热点与视频图像关联。

系统平台包括浏览器/服务器(Browser/Server，B/S)、客户端/服务器(Client/Server，C/S)两种模式，以B/S为主体，C/S为配合。B/S模式下包括数据库和软件的3层结构：接口层、服务层、应用层，该模式建立在广域网之上，不必用专门的网络硬件环境，简化了系统的开发与维护，只需要在客户机上安装一个浏览器，即可通过网络服务器与数据库信息进行交互。C/S作为客户端/服务器模式，在客户端需要安装专用的客户端软件，并要依靠B/S主体软件提供的Web Services(网络服务器)接口才能有效工作，但是由于C/S模式建立在专用的网络上，对信息安全的控制能力更强、实时性更好。两种模式互为配合，充分发挥各自长处，共同建设可靠性更高的系统平台[11-12]。

3.1.2分散式小系统信息采集在原有变电站资源配置上，采集各分散小系统信息，集成视频监控技术，实现变电站的智能联动控制。对变电站门窗安装的红外双鉴装置[13]输出信号进行实时采集，建立红外双鉴信号和监控摄像机间的关联，形成报警联动视频录像功能；通过变电站布置的消防监控主机，接出RS-485通信信号，在软件平台上模拟烟感位置，提取任意烟感的报警信号，建立烟感和监控摄像机的关联性，形成报警联动视频录像功能，有效监控发生报警的原因。

3.1.3视频信息智能分析建立标准图谱库，利用图片比对、视频分析新技术，在自动巡视时判断人员及设备状态，一旦出现异常情况马上进行过程影像记录，加强变电站的监控能力和手段。视频信息智能分析管理流程图如2所示。

图2　视频信息智能分析管理流程图Fig.2　　　Flow chart of the intelligent analysis and　　　management of video information

3.2系统模块功能说明

变电站智能巡检系统集成视频监控、在线监测、SCADA及保护信息管理系统，通过将视频图像与设备台账、SCADA及保护等信息建立映射关联，实现视频监控与开关动作联动，降低远程监控中合闸不到位带来的安全风险。

3.2.1视频监控模块按照智能巡检系统要求，在主要监控区域安装高清摄像设备，实现关键设备关键部位的24h全天候监控。当没有信号触发的时候，系统可以按照预先设置的事件逻辑对各个设备进行自动巡视，自动发现问题并报警。当有触发信号时(如开关倒闸动作等)，系统会根据触发信号关联的信息调用相应的摄像头对设备的当前事件进行跟踪监控，及时发现并报告问题，做到全局事件和跨子系统联动的功能。

3.2.2在线监测模块充分整合现有在线监测单元，利用专家诊断系统，对设备运行状态进行全方位监测。包含变电设备红外成像在线测温、容性设备绝缘在线监测、变压器油色谱在线监测、避雷器在线监测、变压器铁芯电流在线监测、开关柜在线测温、SF6气体微水及密度综合在线监测、断路器动作特性在线监测、变压器局放在线监测、室内空气温湿度在线监测、直流系统在线监测、交流电源系统在线监测和室内外环境在线监测等[14]。

3.2.3SCADA信息处理模块SCADA信息处理模块可以实时的解析SCADA系统传送过来的倒闸动作信息，及时发现运行和调度人员进行的远程操作行为，联动视频监控模块对操作进行跟踪监控，更正远程操作中存在的问题。

3.2.4用户和设备台账模块用户和设备管理模块进行用户的管理、权限的分配、模块的添加和组织结构的管理、设备的添加删除、设备和视频摄像头之间的关联维护以及巡视和联动策略的维护[15]。

4系统性能分析与应用

4.1系统性能分析

基于视讯技术的变电站智能巡检系统，高度集成融合智能子系统，最大限度服务于生产运行，保障了电力系统的设备运行。通过实际现场应用及运维人员反馈，相比传统变电站巡检，该系统有以下性能优势。

(1) 系统实用性。设计时注重系统综合能力和总体性能的考量，确保变电站视频巡检系统与现有的安防、消防等环境系统实现无缝连接。系统采用全中文、图形化软件，界面友好、清晰、简洁，操控简便、灵活以实现整个监控系统管理与维护。

(2) 系统可靠性。变电站运行环境复杂，电磁干扰较重，在系统设计时，对站端设备防高电压干扰予以重点考虑，提高设备使用寿命。同时，系统设计时解决了大量视频访问带来的拥塞、程序崩溃、病毒攻击等问题，确保在各工况下都能稳定运行。此外，设备选用成熟、可靠，低故障率类型，服务器冗余供电，及具备重要数据自动备份功能。

(3) 系统扩展性。系统采用标准化设计，严格遵循相关技术要求，确保各子系统之间的互联互通。在设计和设备选型时，考虑预测未来接入需求，进行余量设计；服务器采用模块化结构，便于扩容和升级；前端设备、模块都能提供空余的接口，以便接入更多数量、更多类型的监控点和安防监控探测器，新的子系统或设备以模块化方式接入系统。

(4) 系统兼容性。系统开发选用跨平台的技术，能够运行在不同的操作系统上，满足现有兼容性需求，并能将以后新上的本地监控系统无缝纳入本系统。在功能满足基础需求的同时，系统实现与SCADA综合自动化系统、消防系统、其他监控系统的视频联动功能，并且提供实现客户端软件主体功能的ActiveX控件以及Web客户端软件，方便集成第三方系统。

4.2系统应用实例

在系统巡检到某个设备的外观时，能显示该设备从内到外健康状态360°全景化巡视。系统在巡检过程中不受人为生心理因素、个人工作经验和技能水平以及外部工作环境影响，也不存在漏巡及异常漏发现等情况。当变电站出现报警时，巡检摄像头自动切换至该设备进行实情录像，与此同时传送报警信息，切出报警画面。基于视讯技术的智能巡检系统能使班值人员实时掌控变电站设备运行的实时状况。图3所示为开关柜的巡视画面，图4所示为主变压器巡视画面。

图3　开关柜巡视画面Fig.3　Monitoring of switchgear

图4　变压器巡视画面Fig.4　Monitoring of transformer

班值人员在集控中心对无人值守变电站进行运维巡检，不仅满足了以纸质为主的人工巡视要求，而且实现了对人工巡视看不清楚的设备内部实时状况，如：渐变油位、内电缆监视。

图5所示为调控中心视频监控界面，图6所示为设备状态信息监控界面，实时更新变电站设备状态信息，包括运维情况与检修信息，以及存储检修历史以供后期查阅。全方位监控，实现对整个变电站的实时视频与状态监控。

图5　调控中心视频监控界面Fig.5　Video inspection of regulation and control center

图6　设备状态信息监控界面Fig.6　Monitoring picture of equipment status information

5结语

通过分析基于视讯技术的变电站智能巡检系统的功能模块、系统性能和系统特点，验证了其在无人值守变电站中发挥的作用。该系统对智能子系统进行了高度的集成，保障了电力系统的设备运行。系统具有实用性、开放性、可靠性、可扩展性，避免了人为巡检的种种弊端。最后，通过应用列举，验证了本文提出的基于视讯技术的变电站智能巡检系统的可行性。该系统能够全方位监控变电站的运行状况和环境状况，对变电站巡检系统与视频监控系统进行了高效的结合，真正实现了变电站的智能监控。

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文献标识码A

中图分类号TM 63;TP 274