1、电力行业变电站运行智能遥视平台系统1项目概述随着我国经济的高速发展，国家电网公司在生产、运营、管理等各个环节都 面临着更大的考验和全新的挑战，提出了建设坚强智能国家电网的方针，并于 2010年出台了110 (66) kV220kV变电站智能变电站设计规范。该开发区110 千伏变电站按系统比较重要变电站设计。主供省级经济技术开发区及周边地区 工农业生产和生活用电。全站采用综合自动化，实现无人值班。1.1.1背景伴随国家电网公司“智能电网”战略的提出，新时期、新形势、新要求对变 电专业工作提出了更高的挑战。“智能电网”战略的基本前提就是需要将电力公 司下属的各专业公司、各属地公司、各职能部门负责的
2、电网运行的各种类型的信 息和数据整合到一个统一的“智能电网”信息平台上来。对于变电专业来说，如何将分散在各个厂站、各种类型主辅设备、各信息系 统中的电网运行信息融合起来，并最终转化为“智能电网”信息大融合的有机支 撑部分成为未来变电专业生产管理信息化工作中面临的巨大挑战。节能减排，不只是为了度过眼前的煤荒、油荒、电荒，近年来，全国大部分 省、区、市严重缺电，各地电网出现不同程度的拉闸限电，全年缺电达600亿度, 此时正有数亿人受着缺电的“煎熬”。因此，许多人把节能视为度过眼前的饥荒 的最后“锈手铜”。毫无疑问，看眼前节能迫在眉睫。1.1.2现状LI前变电站处于“重主设备、轻辅助设备”的状态，对
3、无人站的辅助设施缺乏实 时、有效的监控手段。H前变电站的图像监视及安全警卫系统中一不考虑对设备 运行状态进行监视，与110 (66) kV220kV变电站智能变电站设计规范中要 求对一次主设备如变压器和断路器等在站控层实现可视化展示的智能化设计要 求还有不足。另外变电站的辅助设施还存在如下不足：现状一：辅助设备多样，相互独立，形成信息孤岛；现状二：人为判断的被动式报警，误报漏报现象；现状三：系统间相互独立，无行之有效的联动机制；智能检测及辅助控制系统将解决LI询变电站的这些问题，提高辅助系统的整 体水平，满足新时期智能变电站建设的发展需要，为无人值守变电站的安全稳定 运行提供更加可黑的保障。1
4、.2建设目标智能检测及辅助控制系统建设将在国家电网公司坚强智能电网规划的指导 下实施建设，从实际出发，分步实施，逐期完善系统功能，最终实现以下建设U 标：1） 建设一个安全可靠、实时动态、深度融合，满足变电站运行管理和指挥 决策等要求的智能辅助决策平台，稳步推进变电站运行管理工作效率不断提高；2） 建立一个平台级的集中监控环境，将变电站遥视系统、安防系统、灯光 系统、空调等辅助系统有机的整合到平台统一管理及联动处理和相应，提高应急 处理的和反映能力；3） 以设备运行模型为基础，融合视频图像监控信息、设备故障信息、设备 在线监测信息、环境监测等信息形成变电站电气设备运行状态监测支持；4） 以预案
5、流程为依据、以保障体系为支撑、以音视频互动技术为载体、融 合多方信息的辅助决策形成变电站运行管理故障处理支持；5） 以变电站设备为基础、充分利用变电站原有各辅助系统，融合新的智能 技术、智能联动机制等技术形成对变电站运行管理的支持；6）通过变电站运行智能辅助决策平台的建设，最终形成国内一流的变电站运行 管理新模式，提升各变电站各辅助系统的作用，提高变电站运行智能管理和工作 效率；3系统解决方案3.1设计思想及理念系统的设计以易用性、主动性、兼容性、稳定性、安全性、可扩展性为中心 思想，力求打造强大的辅助系统大集控管理平台。本系统将以智能变电站为建设方式为理念进行设讣，以110KV变电站为试点,
6、 集控站作为指挥中心接收变电站实时信息并加以处理。逐步实现所辖变电站的集 控，系统设计也考虑到了变电站长远的利益，有效地利用现有建设基础，最大限 度地保护用户投资。3. 2系统结构设计3.2.1系统组成系统山中心平台系统、前端系统、后端系统、承载网络四个部分组成。 M端系统前端系统系统组成示意图平台系统平台是整个系统的核心部分，主要山服务器及各中间件组成，主要负责将前端上 传的图像信息、安防信息、环境信息、消防信息等进行整合、分类，利用中心平 台及智能设备对图像及事件进行智能分析处理、平台可根据前端各子系统采集的 信息制定相关策略、通过功能服务器管理各功能模块、通过存储转发服务器将 信息的存储
7、转发等。前端系统前端系统主要111图像采集子系统、安防子系统、消防子系统、环境监测及控 制子系统、以及综合智能接入及编码系统儿个方面组成，前端系统负责将前端的 图像、安防、消防、环境等系统信息进行采集。前端系统接受平台的统一管理。 后端系统在系统中的作用是对已采集到的信号进行处理，包括视频信号的切换、显示 和记录等主要功能。后端系统包括指挥中心和个人用户两种业务应用模式，个人 用户山PC机和客户端软件构成;指挥中心山解码设备、虚拟矩阵、图像控制管理 单元、控制键盘、存储系统、电视墙/大屏幕显示等设备构成，后端系统接受平 台统一的管理。承载网络本系统是构架在一个完善的、高性能的TCP/IP网络基
8、础之上的。由于其主 要业务是实时的图像、语音、数据业务，对传输网络的要求较高。3. 2.2系统物理拓朴图系统平台系统物理拓朴图4平台建设方案4.1平台的业务需求从业务角度考虑，智能检测及辅助控制系统是非常重视具体应用的系统，应 用的业务越多，空间可能越大，这将要求平台提供更大的业务扩展弹性。比如视 频监控、环境系统管控、安防系统接入、消防系统接入、等等多种业务形式，都 将是智能检测及辅助控制系统具有的业务功能。这种情况下的平台有可能不再是 纯粹的监控业务的平台，而是多媒体业务的统一的平台。棋至包括一些其它自动 化系统，如综自、红外、烟感等自动化系统。因此，平台的搭建将为整个辅助系 统提供全方位
9、的管控。4. 2平台系统组成平台山管理服务器、功能服务器及存储转发服务器组成，使用开放式设计理 念，利用中间协议等手段为其它业务形式提供了开放式的接入标准，整合后台的数据存储、1）管理服务器：平台管理的核心单元主要负责实现对本区域的业务和设备进行管理；可实现前端设备、后台系统的接入、信令转发处理、用户管理、干线管理、矩阵控制、报警信息的接收与处理以及系统设备及其业务支撑信息管理，同时为用户提供认证、授权等服务。每个管理服务器可以分级管理自成系统，同时多个管理服务器支持 多级级联组成多级系统，核心管理服务器具备最高权限，上级管理服务器可 以管理本区域的下级管理服务器，从而实现全网统一管理、统一权
10、限、统一 编码、统一平台。2） 功能服务器：平台的重要组成部分功能服务器是VIMS管理平台的业务功能部分，主要包括：安防功能模块：主要实现前端前端安防系统的报警、控制、等功能，可实现 与前端设备地联动。环境监测功能模块：主要实现对前端环境系统的监测管理，可制定联动机制。 环境控制功能模块：主要实现对前端环境系统的控制处理。消防接入功能模块：主要实现消防系统信息的接入处理。图像处理功能模块：主要实现对图像的智能功能处理。报警服务功能模块：一个域中只有一个报警服务器，其作用是得到正确的主机 状态，及接收外部的任何报警请求，封装成统一模式，并将报警信息广播。控制服务模块：一个域中只有一个控制服务器，
11、实现本地端对前端设备的动 作控制，编辑和调用预置位，控制优先级调度。数字矩阵服务器：一个域中可有多个数字矩阵服务器，其作用就是接收网络 上的通道数字信号转为模拟信号。模拟信号可连接电视墙或智能服务器等。GIS功能模块：面向全网用户提供摄像机点位的三维GIS电子地图服务，用 户可及时获取并更新地图信息，方便直观地定位和查看前端监控点图像。智能分析功能模块：按照设定好智能分析的规则、时间、范圉进行智能分析 处理，与报警服务、存储服务和GIS服务等模块联动。功能服务器还包含其它系统功能，这里就不一一论述。3） 存储转发服务器：平台的数据存储及转发部分其主要功能是对媒体及数据内容进行采集、缓存、调度和
12、传输播放，流媒体应用系统的主要性能体现都取决于存储转发服务器的性能和服务质量。因此，存储转发服务器是流媒体应用系统的基础，也是最主要的组成部分4. 3平台功能4.31平台基础功能1） 实时视频界面友好操作简单，经过管理中心服务器认证后，能自动以树形结构将 浏览的前端设备和摄影头编排列出来，可以根据职能或业务或区域进行 分组。同时结合手工自山点播，可以非常直观、方便的查看权限许可的 实时或非实时画面；支持1、4、6、8、9、13、16画面切换监控；支持对音频的实时接收，可选择静音/扌1开音频；支持多画面轮巡，即系统应具备视频自动巡视功能，在可设定的间隔时 间内对所有的监控点进行图像巡检，参与轮巡
13、的对象可以任意设定，包 括不同监控点的图像、同一监控点内不同摄像机等，轮巡间隔时间可设 置；支持图像实时抓拍功能；支持本地实时录像功能；抓拍和录像路径可设置；2） 智能存储及回放功能支持手动录像、自动定时录像、动态感知录像、报警联动录像、视频丢 失报警录像、循环录像和报警预录像；支持服务器录像和本地录像：分布式存储结构：录像内容可存储在PC客户端、服务器、专用存储设备 或带硬盘的视频编码器上，用户可通过客户端软件对全网的录像文件进 行统一管理；支持存储服务器、磁盘阵列、NAS、SAN等多种存储方案；多画面同时回放：支持同时回放多个服务器或本地的多个存储通道的同 一时间的录像文件，多达16画面同
14、时同步回放，支持1/4/6/9/16画面 显示；支持多种回放操作：回放时可以进行暂停、播放、停止、快放、慢放、 单帧步进、单帧后退、循环播放、精确定位到某帧、打印、缩放、备份、 调节音量、调节亮度/色度/对比度/色调等操作;画面抓拍：将任意一副回放图像存放成JPEG或BMF格式的图像；支持节假日设定、预录像设置、录像文件最大长度设定、存储容量设置 和状态显示；支持文件存储设定和录像状态（自动、手动、报警、运动检测）显示；录像工作表：可为每个摄像机指定录像工作表。工作表可按周一至周日 以及节假日的不同时间段分别指定不同的动作设定；录像文件检索：按日期、时间、类型、服务器、通道检索客户端本地或 远
15、程服务器端录像文件，检索后还可以按日期时间、通道、服务器、类 型来过滤；3） 全面的报警机制提供报警录像提前的预录功能；报警接入：通过I/O报警输入或RS232串口，系统能接入各种标准的报 警探测器，包括：红外对射、双鉴探测、烟感、温湿度、智能报警、玻 璃破碎等：支持多种型号报警盒和报警主机的连接；同步侦测平台内不同系统的报警信号，当发生报警时，通过自定义宏的 方式，根据需要灵活定制报警联动策略，自动启动各种对应的联动设备;报警日志记录报警发生的时间和报警内容，提供完整的报警信息历史追 溯；4） 远程控制 摄像机色度、亮度、饱和度、对比度的实时控制；云台控制（上、下、左、右），包括自动巡航，预
16、制位、灯光/雨刷功能 的支持；可变镜头远近、大小、聚焦调节；4.3.2平台系统功能1）分布式系统构架每个节点独立自治，多个节点无缝联结在一起形成一个更大的局部自治区 域，多个局部自治区域联结成一个大的网络；节点之间可以设定上下级关系，即多个节点可以分层级，全网中的层级数没 有限制；节点之间形成层次式节点树结构，节点内部形成层次式对象树结构，节点树 和对象树构成全网的所有资源；所有资源统一命名，全网每个资源有唯一名称，每个资源均有其属性，属性 的取值可以有不同类型；提供一致的界面和操作方式来管理和维护全网所有的资源；2） 综合管理功能支持ADSL拨号、动态IP方式接入网络；每个区域的智能管理平台
17、都是一个完整的管理信息系统，能不依赖其它的平 台运行，平台间保持独立，实现局部自治，任何单点故障不影响总体平台的 正常运行；对综合智能接入及编码系统上传的视频信息、报警信息、智能分析数据、温 湿度数据、消防信息及四遥数据信息进行汇总和整合，通过分析处理指定联 动策略及处理机制，进行统一管理；系统应具备完备且安全的全网统一的权限、干线及路由管理；用户支持权限漫游功能，用户全网唯一 ID登陆，并在权限范围内自由操作;3） 兼容和扩展升级功能能够兼容电力行业使用的全部主流厂家编解码设备；能够远程配置前端DVR/DVS的主要参数；能够调看远程DVR/DVS存储的图像；根据串行、并行和网络等不同通讯方式
18、，提供电力行业其他相关系统的开放 通讯接口；提供灵活的平台管理方式；集控站一变电站两极系统规模提供小规模平台组件；支持多种厂家的数据矩阵，模拟矩阵接入，实现大屏幕的视频控制和切换；三级以上中、大规模系统釆用积木式平台模块组件自由组合；支持花生壳解析服务器动态IP;支持多网卡技术，满足跨网段组网需求；4） 快速定点监控功能支持对一次设备单独文字检索，全方位监看设备现场实时视频；支持复合式电子地图方式，系统支持三维实体地图、线路图，地理位置图等 多种地图形式相互联动，互相转换，提供地图检索和定位方式；支持电子地图点位画中画功能；支持整体或局部的缩放、移动等基本功能；报警发生时，报警地点以醒LI的标
19、记闪烁在电子地图上，准确判断报警类型 和地点，并能直接联动现场视频；5） 报警信息的接收以及报警联动支持报警信息的接收。报警信息经管理中心服务器转发，能够精确的将报警 信息传送到客户机，同时可以具备语音、图像（画面弹出）的提示，并在本 机生成报警日志；远程报警及联动控制：检测不同系统提供的多路报警信号，当发生报警时， 自动启动各种对应的联动设备，将视频切换到相对应的摄相机的相应预制 位，触发自动录像，通过网络向监控中心报警，客户端弹出报警信息提示；支持红外、光敬报警，当发生报警时，监控中心能自动进行存盘录像，并自 动在GIS地图上提示报警位置及类型；报警信息和录像数据相结合，可山报警信息检索回
20、放相应的图像录像；支持报警信息的查询，并提供报警信息查询和浏览窗口；报警联动工作表：在客户端为每个报警输入指定报警联动工作表。工作表可 按周一至周日以及节假日的不同时间段分别指定联动哪些报警输出；6） 多路视频转发功能具有前端视频转发能力，避免网络堵塞和DVR负载过大的问题；具有视频转发监控功能，当用户停止观看时，自动释放相关资源；具有连接方式自动切换功能，动态提升图像质量和实时性；转发服务器支持分布式部署和级联部署，支持跨域跨网段转发功能；具有动态转发路径规划功能，提高转发效率和传输速度；7） 矩阵控制功能设计统一的设备控制接口，以支持不同厂家不同型号的矩阵和云台控制； 统一的设备控制接口的
21、LI标是只需要增加一些独立的设备驱动模块，集成到整个系统后即拥有通用设备具有的功能；支持组合矩阵，即支持通用的儿种组合矩阵模型来扩展矩阵的输入输出容量支持基于串口的控制设备，也支持基于IP的控制设备；8） 干线管理功能具备模拟干线和数字干线管理能力，干线管理的方式有：路山选择、复用、 锁定和抢占、抢占后处理和预留；干线的路山选择是指每一次需要干线的时候能找到全网中最优（经过的节点 数最少、尽可能复用原来干线、抢占的代价最小等）的一系列干线；干线复用是指多个节点上的用户查看同一个摄像机的时候要尽可能复用原 来干线，避免占用新的干线；在干线被占满，且有高级别用户需要查看新的摄像机的时候，就会发生抢
22、占, 抢占时总是抢占路径最短、抢占的代价最小（最高级别最低）的干线；同时, 在高级别的用户锁定干线时，要保证低级别的用户不会抢占这些干线；在高级别的用户抢占了干线时，原来占用干线的用户必须得到友好的通知干线可以预留给一些节点和这些节点上的用户；9） 权限管理功能操作人员的权限控制支持优先调度；设备权限可以设定锁定、自动复位等功能；能够对任何管理功能进行独立权限配置；能够对系统内的设备操作和控制进行独立权限配置；具有角色权限管理功能，用户的独立权限和隶属角色的权限采用并集处理 方；10） 系统日志査询功能提供多种日志查询功能包括操作日志、登陆日志、系统日志、报警日志、流 媒体调阅日志、V0D调阅
23、日志；可以查询服务器所有的系统操作日志和所有用户登录本台服务器的日志，包 括：用户名、IP地址、登录时间、离开时间；可以查询服务器记录的所有报警信息和实时视频的所有点播、转发和分发操作日志；设备台帐查询，可查询全系统内所有设备的名称、类型、所在位置、运行状 态、维修记录等信息进行查询；11） 日常维护功能系统所有重要操作，如登录、控制、退出、报警确认等，均有日志记录，系 统可对日志记录进行查询和统计；各种日志可以打开，也可以关闭；局部配置调整后，自动更新全网系统配置，方便维护管理；更换端设备（例如摄像机、编码器和键盘等设备）无须停止系统运行；通过组播协议自动发现网络上的主要设备和它们的IP地址
24、；主要设备可以方便地远程查看版本号、可以远程修改IP地址、支持软件远 程在线升级；12） 全网设备全资产管理功能从全系统和全过程的角度进行深化开展辅助系统资产的全寿命周期管理，形 成对各个辅助系统设备的有效掌握，实时了解辅助系统资产的设备使用情 况、使用年限、检修时间和更换时间等；信息形成列表，在各环节涉及的管理原则及技术标准中应体现全局最优、从 纯技术决策向技术经济综合决策转变，实现资产运营效益和可靠运行的有机 平衡。并在此前提下建立一套完整的资产策略评估、制定、贯彻、监控的闭 环机制；13） 状态一致性和自动恢复功能各节点状态始终处于一致的状态，即使某很短时间内状态发生了变化，但整 个系统
25、的各个节点很快能重新同步；自动恢复功能：当某些视频转发服务器山于某种情况意外重启，系统提供部 分自动恢复机制，可恢复转发服务器之间的视频连接通路，避免需要用户重 新发起视频请求；活动通知功能：指视频转发器之间的活动通知，视频转发器检测到对端服务 器不活动，经过一段时间（可设置，如10分钟）须释放有关资源；支持自山上下电，意外重启后始终保持文件系统的一致性，不会造成系统启动失败； 具有网络容错能力，当网络恢复正常后系统也能重新正常工作，不会受到网 络错误的影响断网恢复；系统支持具备各节点及其主要设备调整到同一时间。5前端系统接入方案系统可以实现把询端变电站的各类辅助系统进行统一集成并上传相关数据
26、， 实现变电站现有辅助系统的远程管控。当前可以接入的辅助系统有：遥视系统、 安防门禁系统、安防电子围栏系统、安防红外对射系统、消防烟感告警系统、震 动告警系统、灯光监测控制系统、环境温湿度采集系统、环境空调排风扇调节系 统、水浸监测与控制系统等。在前端变电站通过搭建智能分析设备和综合接入设备，实现前端各辅助系统 的网络化通信，使原本仅能够本地监测和控制的系统和设备实现远程的管控。集控中心平台变电站各辅助系统接入示意图遥视系统、语音系统接入系统通过嵌入式网络硬盘录像机进行视频数据的综合采集，这些采集的数据 先经过智能分析服务器进行智能化、互动化的整合后再上传至中心管理平台，以 便在系统平台根据智
27、能化的视频图像作岀更加合理和科学决策。安防门禁系统接入安防门禁系统选用网络型的设备，直接进行网络连接，实现远程的监管；安防电子围栏系统接入安防电子圉栏系统可以接入本地的报警主机，通过加装报警主机的网络化模 块实现报警信息的远程网络报警传输。环境信息采集和控制接入环境监测信息采集和控制都是通过综合接入服务器来完成，综合接入服务器 可以接入采集的温湿度信息、光照度信息、灯光状态信息、空调和排风扇状态信 息等，并可以远程下发相关的控制指令，手自动一体的实现灯、空调和排风扇的 开启和关闭。6系统业务功能1）变电运行类巡视业务功能巡视功能是以摄像机的远程轮巡监看方式来代替人员的日常现场巡视。当进 行日常
28、巡视时，视频画面进行分屏显示。一个屏幕显示前端相应摄像机实时巡视 画面；另一个屏幕显示GIS地图，并在地图上实时显示与摄像机对应的区域和设 备。摄像机按设置好的顺序巡视设备，同时在相应的GIS地图上闪烁该设备所处 的位置。日常巡视结束后，系统平台自动生成日常巡视表，注明巡视的变电站、 巡视的时间、巡视的操作人员等相关信息。变电检修智能布防功能针对变电站检修过程中经常有人在无工作票和操作票的情况下，非法检修操 作其他设备这一问题，系统开发了“变电检修智能布防”功能。当变电站某个设 备进行检修时，运行监管人员仅需通过相应的远程监控摄像机定位到需要检修的 区域，通过摄像机上传的实时画面进行检修区域的
29、智能布防，即可限制检修过程 中变电运行人员的外出无票非法检修操作。如果有人一旦外出智能布防区域，系 统立刻自主报警，提示监控人员实时查看情况。综自联动业务功能为了提高变电站的安全运行，系统可以接入综自等四遥信息的数据量，监测 变电站运行的电流、电压等与变电生产有重大关系的实时数据。方便用户根据这 些数据对实际生产管理做出科学及时准确的决策。并且为了大大增加遥视的使用价值，系统还开发了遥视视频图像与“四遥” 系统联动协同工作这一功能，使视频图像真正成为综自系统的有力补充。下图是 与综自联动功能的原理图：2） 环境监测类温度监测功能系统通过温度传感器收集需要温度调节区域的实时温度信息，这些信息上传
30、 至平台进行存储、分析，并自主生成报表提供给用户进行掌握。湿度监测功能系统通过湿度传感器收集需要湿度调节区域的实时湿度信息，这些信息上传 至平台进行存储、分析，并自主生成报表提供给用户进行掌握。灯光状态监测功能系统实时掌握前端灯光的启停状态，并且通过前端的光照度传感器实时了解 现场的光照度等信息，这些信息上传至平台进行分析、显示，为变电站运行提供 更加有利的监控管理条件。空调、排风扇启停状态监测功能系统实时掌握前端空调、排风扇等的启停状态，并且通过前端的温湿度传感 器实时了解现场的温湿度等信息，这些信息上传至平台进行分析、显示，为变电 站运行提供更加有利的监控管理条件。3） 环境控制类灯光远程
31、控制功能系统提供手自一体的灯光远程控制功能。当某个区域光照度不足且需要灯光 照射时，系统可以远程手动在客户端软件上启动灯光（当然也可远程关闭灯光）; 也可与其他系统联动自动启动灯光，比如在夜晚光照度不足时，我们调用摄像机 监看该区域，该区域灯光会随着摄像机的操作自主进行启动和关闭。空调、排风扇启停控制功能空调和排风扇等设备会根据现场收集到的温湿度等信息进行自主启停。当某 个设备室内温湿度超过界限时，系统会根据分析的情况自主来启停空调和排风扇 等调节设备。4）安全防范类门禁防范功能系统平台可兼容门禁系统，具有实时收集门禁系统的进入信息和打卡信息的 功能。并且在当有人打卡进入时，系统平台不仅仅能登记记录持卡人的信息和进 入信息，也会联动相应的摄像机实时查看打卡人和持卡信息是否相符，进一步保证变电运行的安全可靠。下图为门禁联动功能原理图:电子围栏周界防范功能系统可兼容整合电子圉栏周界防范系
