基于C/S模式的变电站作业安全立体监控系统设计研究

江嘉铭，钟业荣，阮国恒

（广东电网有限责任公司清远供电局，广东清远 511515）

随着目前各项新型技术的不断创新研发，各类变电站、变电所基本引入计算机微机控制技术实施保护，但是并未在计算机系统中，纳入变电站控制、测量信号和计费、回路等，导致如今仍然有多数变电站采用人工作业，包括抄表、值守等。变电站作业通常是定岗定责，操作者以电力系统的具体情况制定系统操作，实现于各操作地点。目前变电站工作尽管引入了相关系统技术和工作机制，但是在监视定位方面仍然存在一定缺失。而且变电站上层管理软件，也无法获取现场技术应用支持，更无法充分发挥系统效能。为了能够使电网整体自动化运行管理水平得到充分提升，并且真正获得减人增益的效果，提高远程监控的整体工作水平，文中提出了基于C/S 模式的变电站作业安全立体监控系统。主要是为了能够真正实现变电站无人值守，所以增设运用的电网辅助类监控系统，能够集中控制变电站作业情况，并实时监控录像下级变电站，能够全天不间断地监控站内的作业情况、设备运行等，还增设了门禁管理、防火警报等系统功能[1-7]。

1 系统设计需求分析

文中提出并设计了基于C/S 模式的变电站作业安全立体监控系统，主要是为了能够全方位、全过程的监控每一位入场实施变电站作业的工作人员和工作现场设备，能够在对工作操作不造成影响的前提下，明确具体的工作职责和活动范围，这样能够达到预警及引导作用，更大程度确保了变电站作业的安全规范性。通过前期调研变电站作业的用户需求，总结该监控系统的设计功能需求如下[8-12]：

1）能够结合变电站工作现场的实际情况及实景完成三维模拟图像绘制，并输入相应的模拟操作与任务指令，便会自动形成立体三维安全区域。

2）检修者需要明确检修任务的不同，形成差异化电子围栏，监控系统需要全方位全过程地监控每一个工作人员的具体工作，并且明确相应的工作职责和工作范围。

3）小型化终端设计了系统定位，并安装在特制作业设备中，保证了使用的方便性。

4）系统能够搜集每一个工作人员所在的实际位置以及工作运行轨迹。

5）能够预留出充足的对应目前五防系统的接口。

6）预留远端WEB 开发浏览接口，后期能够远程指导相关职能部门指挥工作现场。

2 系统设计总架构

在设计基于C/S 模式的变电站作业安全立体监控系统时，运用了定位技术、智能视频分析，来采集和分析变电站作业的相关数据，能够向违章、监护工作人员实时发送具体作业信息。由于考虑到变电站工作环境的复杂化，加上系统选用的工作射频，也需要尽可能地确保重叠手持机、短波电台多个通信设备的工作运行频率。由于在有限的通信频段内，电线尺寸、微波频率二者之间呈现负相关，所以高频段通信就至关重要。为了对现场是否发生干扰频点进行检测，以及实地进行电磁兼容测试，发现该系统在2.4 GHz频段时，所接收的通信信号处于-60～-70 dBm之间，所以设定了-75 dBm以上的顺畅通信信号强度。

该监控系统的总体架构框图见图1，主要由一台前置机设备、一台总服务器共同组成，具体采用的前置机设备数量，是以系统容量为拓展依据，运用RS232 通信串行口来完成前置机、变电站之间的综合自动化系统通信。能够自动化采集变电站遥测、遥信以及遥调相关信号。并运用MODEM 向调度终端远程控制站上传相关调度，运用TCP/IP 协议，能够实现将实际现场的相关数据，经局域网向监控服务器的有效传送。

图1 监控系统总体框架示意图

如图1 所示，该视频监控系统共设立两座110 kV降压变电站作为集控站；10 座6 kV 变电站、0.4 kV 变电站作为变电站监控的主要前端设备。

3 系统详细功能实现

3.1 监控前端

变电站作业监控系统前端设备主要包括了变焦摄像机、解码器、云台、UPS 电源、数据光端机等技术设备。在实际变电站作业现场通过摄像机负责各类视频信号的全面采集，且该摄像机在变电站实际工作现场具备防尘、防水、彩色、黑白交换及帧累计的功能。在全天室外云台，调节全方位摄像机运动可以对变电站的工作现场画面进行随意切换监控。解码器主要能够解码经主站端所传输的控制命令，用来对操作云台、摄像头、内部芯片各功能进行协议控制，并设置地址码与通信波特率等各项功能。视频数据光端机以具体协议向网络中端发送具体的视频信号，能够采集发送视频信号（见图2）。

图2 监控前端程序调用

3.2 集控站

集控站主要作为监控服务器全面负责所有监控据点，该服务器软件功能如下：

1）能够监视全部视频图像，从而切换并显示具体图像。

2）能够以监控系统终端用户的具体操作需求为依据，选择相应的视频网络，实现图像压缩解码，向局域网服务器成功传输网络。并且客户端用户还能够经客户端软件实现相关数据的接收、解码与回放。

3）能够控制变电站工作现场摄像头的远近调焦等功能，实现云台能不同方向转动。

4）能够具备警报信号，集控站具备系统监控中心通讯接口，运用2 Mbit/s 专用通信通道。

3.3 通信设计

该系统设计中主要采用了多串口卡，RS232 并未调用API 函数而采用了DLL，因此处于VC 编程环境下，可以采用API232.lib 及API232.h 两类文件，复制动态化链接库API232dll至前端通讯目录中。

通讯代码示例如下：

3.4 数据处理及数据库软件

在采集处理数据中，经过建立组帧、数据接收线程，经RTU 报文组织方式向组织发送组帧。在设计监控系统数据库时，由于考虑到较大的变电站数据流量，所以运用了SQLServer 数据库，以SQL 标准协议经ODBC 操作数据库。考虑到系统应用数据库操作的安全性，操作人员想要成功进入该系统软件，首先需要进行身份权限验证，采用用户名及密码校验方式，设置了整个数据库，包括以下内容：管理员、遥测、遥信、事项、电度、计算机、厂站、端口、项目、线路、计算量等相关参数数据表。在数据库应用设计VC 编码解疑系统中，设计了以下几类数据库表，分别 为Cdatabase、Crecordset、类Cdatabase、Crecordset等数据库操作代码，数据库采集流程如图3 所示。

图3 数据库采集流程

3.5 监控软件设计

文中设计的监控系统软件包括网络、主控、数据库、显示及打印5 大子系统功能软件。通过前置接收端能够成功接收SOE、数据等信息，实时向系统主控模块传输相关数据，并向前置机传输监控遥控命令。数据库可以根据设定的参数时间间隔，实时存入SQL 相关数据，并显示给用户图形界面，也可以根据用户的实际操作需求，汇总数据以日、月、年不同监控信息报表实现定时、召唤不同打印功能，如图4所示。

图4 监控系统连接示意图

4 系统应用实例

通过将文中的基于C/S模式的变电站工作现场监控系统应用于实例中，在变电站作业开始后[13-16]，用户可以通过客户端运用二维、三维视角来实时监控所有的工作操作场景，并根据自己的监控需求，针对性地进行平移、缩放和旋转等监控调整（见图5～7）。

图5 实时监控全景示意图

图6 实时监控近景示意图

图7 实时监控侧面示意图

5 结束语

综上所述，文中提出了基于C/S 模式的变电站工作监控系统设计思路，通过分析该系统的硬软件实现详情发现实际投入运用中能够获得可靠稳定的操作运行性能，并且为实际变电站的运行创造了经济、社会效益。该系统在运行中还能够实现实时打印、历史数据打印、定时打印、遥控和遥调及实时监控警报等各项功能。确保全方位实时监控进入变电站作业现场的每一个工作人员的具体工作情况，经用户-角色-权限设计系统管理，能够有效预防非法侵入系统，更有效地保障了系统安全性。