数字化工业电视系统在抽水蓄能电站的应用

王 涛，温佩佩，刘旭阳，李苜苒，赵 安

（1.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300；2.国网新源控股有限公司检修分公司，北京 100068）

0 概述

河北张河湾蓄能发电有限责任公司（以下简称“张河湾电厂”）位于河北省石家庄市井陉县境内，地处相对偏远，距石家庄市直线距离为53 km，公路里程为77 km。生产区域包括地下厂房（主厂房、副厂房和主变附属用房）、下水库和上水库，生产值班为“少人中控室值守”的运行模式。对于张河湾电厂值守人员而言，工业电视监控系统对厂房设备和上下库监测尤为重要，传统模拟式的工业电视系统已不再满足值守人员的业务需求，需要进行数字化工业电视系统应用。

1 问题的提出

张河湾电站生产区域工业电视系统于2008年完成投入运行，原始系统图像点位为108个，组网系统为模拟结构组网。在原模拟工业电视系统运维过程中发现存在以下问题：

1.1 传输质量

原工业电视系统为模拟式遥视工业监控系统，系统组网使用了大量的同轴电缆进行信号传输，由于地下厂房为地下洞群设计，地形较为复杂，上下库区域又相对开阔，部分工业电视前端设备与编码存储设备距离超出标准范围存在损耗，加上被电力电缆干扰，导致误码率大而出现图像质量和色彩与现场监测设备偏差很大，甚至存在老旧设备无法正常显示问题，不满足中控室和消防值班室的日常监视使用需求。

1.2 视频共享和存储

原工业电视系统无法进行视频共享，原工业电视系统仅通过光端机将控制信号和视频图像接入地下厂房中控室和老办公区消防值班室，运维人员、总工程师和应急指挥部无法及时查阅监控信息，若出现问题无法第一时间了解现场情况。视频存储仅能查阅最近一周的视频，硬盘矩阵存储量小，不满足视频存储的最低要求。

1.3 设备维护

原工业电视系统在累计运行超过10年的情况下，设备老化、线路破损等问题情况出现，加大了工业电视系统人员维护的工作量，并且需要预备大量的备品备件来对工业电视系统进行故障设备替换，增加了原工业电视系统的运维成本。

1.4 设备点位部署

由于模拟工业电视系统硬盘录像机的限制，视频点位增加需配合增加模拟硬盘录像机台次设置，增加设备点位部署成本相对于数字化工业电视系统较大，此项严重限制电厂设备监视点位的发展。

2 数字化工业电视技术应用

数字化工业电视系统是现阶段结合TCP/IP传输协议形式下的现代化工业电视系统，采用以太网的形式进行组网，可实现最高1 000 Mb/s的数据传输速率。

数字化工业电视系统按照接入设备→汇聚设备→核心设备的方式进行配置，采用星型拓扑结构进行建设。

2.1 接入设备

接入设备主要为前端工业电视摄像头，建议使用红外网络智能球/枪型摄像机，重点测温区域可以考虑使用双目测温型摄像机，防爆区域应使用附带防爆外壳的工业级摄像头，防护等级应高于IP67，分辨率达到1 080 P，具有远控调整，自动数字降噪，自动调焦等功能，可用于千兆网络。

2.2 汇聚设备

汇聚设备主要以传输设备和交换设备功能为主。

（1）传输设备要求长距离传输，并且有较高的抗干扰能力，目前普遍存在的是采用工业级视频光端机设备进行传输。

（2）交换设备主要是将所有接入设备接入所组网络，建议使用工业级千兆级别的交换机，交换机最好使用双电源模块，提高网络的可靠性。

2.3 核心设备

核心设备主要以核心交换机、视频服务器、存储阵列、视频工作站、显示大屏等组成。

（1）核心交换机以工业级千兆级别以上为主，提供两路可靠电源。

（2）视频服务器负责对工业电视系统的设备进行管理和用户授权，在此服务器上可以配置并管理工业电视摄像头，并且通过接入同步时钟源可以向所有管理设备提供时钟同步功能，统一设备时间，提供事故追溯依据。

（3）存储阵列根据电站实际工业电视摄像头的个数来配置硬盘容量，以RAID阵列的形式进行存储，保障硬盘故障后替换可以自动重组阵列，建议存储能够保障实现一个月的视频存储量。

（4）视频工作站使用中高配计算机终端即可，安装工业电视系统管理软件，可以及时访问控制接入端设备，提供管理员接口，可以对工业电视系统最便捷的交互操作。

（5）显示大屏为追求实用，建议使用42～55英寸窄缝拼接屏，样式美观又便于维护。

3 设计和实施方案

3.1 工业电视监控点位部署设计

根据电站生产区域划分点位区域，点位区域要求以观察重要设备辅助运行值守为主，以张河湾电厂为例，将点位区域划分为上水库区域、下水库区域、主厂房区域、副厂房区域、主变附属用房区域和出线场区域；按照设备运行要求，主要观测区域为：

（1）蜗壳层机组主设备；（2）水轮机层机组主设备；（3）母线层机组风洞；（4）机组母线洞；（5）直流系统；（6）10 kV系统；（7）主变压器设备；（8）500 kV GIS系统；（9）机组保护和线路保护；（10）400 V 配电盘；（11）SFC 系统；（12）出线场；（13）上库水位计及启闭机；（14）下库尾水平台等。

3.2 工业电视网络设计

（1）网络拓扑：整个工业电视系统网络拓扑采用二级局域网络设计，在中控室部署核心交换设备和在各区域部署接入交换设备，网络架构呈星型状态分部，层级之间通过视频光端机和单模光纤进行连接，网络达到千兆带宽级别。

（2）IP地址分布：采用私有C类IP地址部署，根据局域网内接入的所有需要IP地址的设备进行规划，做好预留点位。

表1 工业电视IP地址部署

3.3 工业电视系统供电

根据区域重要程度划分供电要求：

（1）重要监视区域工业电视摄像头和管理设备建议使用直流逆变UPS进行供电，厂用电停电时可以继续保证设备正常供电运行。

（2）一般监视区域或者无直流逆变UPS供电区域使用交流电源供电，电源取自电站交流配电盘。

3.4 工业电视系统布线

根据已设计好的点位进行综合布线，做好光缆和电缆的分配箱，所有线缆建议敷设时应保证在弱电线槽内。

（1）光缆部署：由于抽蓄电站厂房大多部署于地下，且洞室分部较为复杂，传输距离已超出普通网线的最长距离，建议使用光缆进行承载视频大数据流量。

（2）网线部署：分配箱至摄像头、交换机至管理设备之间应使用网线连接，建议使用超五类级别以上网线。

（3）电缆部署：承载工业电视系统电源，建议使用2×1.5 mm2及以上规格的电缆。

4 实施完成后效果

数字化工业电视系统实施完成后，效果相对于原模拟工业电视提高很大，整套工业电视系统操作便捷、稳定可靠、便捷智能，提高现场值守人员工作效率，建成后展示效果见图1所示。

数字化工业电视系统改造完后优点：

（1）功能和性能提升：设备选用现阶段较为先进的智能化设备，操作便捷、管理简单、性能稳定。

（2）拓展便捷：点位增补较为便捷，固定摄像头点位，就近拉线接入分配箱即可。

（3）经济实用：工业级设备使用，系统网络可长期使用，减少设备运维的工作量和成本费用。

图1 使用效果展示

5 结论

抽水蓄能电厂普遍存在距离市区较远，值守属于少人值班的状态，使用数字化工业电视系统可以对电站生产设备进行统一监测，可以大大提高值守业务的管理效率。在人工智能发展的今天，后续工业电视系统仍有不少的发展空间，利用智能AI平台结合一系列智能算法和样本模型训练，可以智能监测生产现场工作，有效提高电站生产管理水平。