电力变电站监控系统设计方案.docx

电力变电站监控系统设计方案.docx

《电力变电站监控系统设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力变电站监控系统设计方案.docx（65页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

电力变电站遥视系统设计方案

和田电力变电站监控系统

设计方案

和田融通系统工程有限公司

2010-6

目录

一、系统概述 3

二、系统设计标准 3

三、系统总述 5

3.1变电站监控系统总述:

5

3.2电力变电站遥视系统拓扑图：

6

四、系统详细设计 7

4.1系统需求分析 7

4.2系统整体结构：

8

4.3系统拓扑图：

9

五、变电站视频监控系统抗干扰方法 21

5.1变电站视频监控系统中传输的信号类型 21

5.2干扰侵入途径 21

5.3主要干扰源 21

5.4干扰表现形式 21

5.5抗干扰的方法 22

5.5.1数字信号传输中的抗干扰措施 22

5.5.2视频信号的抗干扰 23

5.5.3监控系统供电方式抗干扰 24

六、系统功能和特点 25

七、设备参数与性能 29

八、现场安装 32

九、售后服务 35

10.9相对成熟的主要产品及性能指标 39

10.9.1海康威视DS-8100系列嵌入式网络硬盘录像机 39

10.9.2DS-8100系列产品主要性能与功能 41

十、技术附件 45

一、系统概述

电力系统作为一个作业分散，远程岗位众多的行业，作业点数量众多、地点分散，现场环境复杂的问题，这已成为日常维护工作的主要障碍.而变电站作为电力系统的重要部门，关系着整个地区的电力供应。

必须保证其稳定运行。

特别是对于各变电站的主要电气设备如变压器,断路器等设备安装地点以及周围环境进行全天候的视频监控,对变电站的日常设备巡检及远程维护,以及对变电站一二次设备的设备外观监视和变电站的防火、防盗方面。

这些薄弱环节将直接影响到无人值守变电站的安全运行。

网络音视频监控系统，作为一种重要的现代化监测、控制、管理手段，正好为解决这些问题提供了一个有效的方案。

RNSS电力变电站遥视系统是基于网络的全数字化视频监控和管理系统，采用标准的互联网通讯协议和先进的H.264视频编/解码技术；符合ISO/OSI开放系统互联标准；采用C/S、B/S相结合的体系模式；基于面向对象的开发技术，具备良好的扩充能力；人机界面友好，系统操作方便。

完成信息采集、存储、传输、控制和统一管理的全过程，能够架构在各种专网/局域网/城域网/广域网之上，与现有网络设备实现无缝连接。

并结合了电力行业的具体需求,有针对性地开发和设计的电力变电站网络监控管理系统。

用户可利用电力系统内现有的网络资源和办公计算机，在监控中心实现对全部监控现场的监控，大大减轻日常人员巡视的工作量，便于及时发现危险隐患，保障安全生产，为远程无人职守岗位提供了完备、可靠的远程监控方案。

二、系统设计标准

GBJ115-87 工业电视系统工程设计规范

GB50198-94 民用闭路监视电视系统工程技术规范

GB12322-90 通用性应用电视设备可靠性试验方法

GB12663-2001 防盗报警控制器通用技术条件

GB4798.4-90 电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用

GB2423.10-89 电工电子产品基本环境试验规程

GB/T17626.2 静电放电抗扰度试验

GB/T17626.3 射频电磁场辐射抗扰度试验

GB/T17626.4 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

GB/T17626.5 浪涌（冲击）抗扰度试验

GB/T17626.6 射频场感应的传导骚扰抗扰度

GB/T17626.8 工频磁场的抗扰度试验

GB50217-94 电力工程电缆设计规范

IEC364-4-41 保护接地和防雷接地标准

GB/T14429-93 远动设备及系统-术语

GB/T13926.n-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性

ITU-TH.323 网络电视电话系统和终端设备标准

CCITTG.703 脉冲编码调制通信系统网路数字接口参数标准

YD610-93 PCM基群信令接口设备技术要求和测试方法

ISO/IECJTC H.264视音频编解码标准-视听对象的编码

ITUH.264 视音频编解码标准

DL476-92 电力系统实时数据通信应用层协议

IEC60870-5-104 远动网络传输规约

IEEE802.3 10BASE-T以太网接口标准

IEEE802.3U 100BASE-TX快速以太网接口标准

三、系统总述

3.1变电站监控系统总述:

变电站监控系统的需求可分为两部分，变电站安全防范监控和电力设备运行状态监控：

一、安全防范监控

为了保障变电站空间范围内的建筑、设备的安全，具体所要实现的功能有：

l安全防范视频监测：

在重要通道及入口安装摄像机，并可实现报警联动，加装光源，可以24小时不间断监视。

l安全防范报警探测及报警：

在设备区安装摄像机，监控所有设备的正常运转。

对于35KV变电站,在变压器上加装温度探头随时采集上传主变油温。

在地沟里加装湿度探测器,随时监测地沟是否进水.并做视频叠加.

二、电力设备运行状态监控

为了保障变电站设备的正常运行，需实现远程视频监控及报警录像，为了便于工作人员进行远程交流，系统还应具有语音采集及双向对讲功能，具体有以下内容：

l在室外安装一台或多台动点摄像机，用于监看变压器等重要设备的运行状态。

l在配电室安装一台或多台动点摄像机，用于监看配电箱、仪表盘、刀闸等关键部位。

l在设备的相关部位安装温度探测器，用于检测设备运行时温度变化情况，并且在视频画面上可以叠加温度数值，或者将温度处理单独作为一个窗口模块显示，并且要将历史数据进行记录。

l结合视频实现语音采集，便于工作人员在现场可以和总站进行交流，便于发现问题，处理各种事件。

3.2电力变电站遥视系统拓扑图：

四、系统详细设计

4.1系统需求分析

1.所属行业：

电力à变电站

2.监控对象：

室外刀闸、变压器、出入口、周界、室内仪表柜、开关柜等。

3.监控规模：

共278个变电站，其中110KV的变电站有200座，220KV的变电站有78座。

110KV变电站一般为16个监控点；220KV变电站一般为32个监控点。

共计视频点数约为6000路。

4.网络情况：

电力光纤环网。

网络结构为四级：

变电站（278座）、集控站（24个）、分局监控中心（不详）、市应急管理中心（1个）。

5.画质要求：

针对不同的监控对象的清晰度要求,分别设置为4CIF、DCIF、CIF等。

6.监控中心：

设置具有拼接屏功能的监视墙，可以根据需要做轮巡切换，画面合成或画面分割。

7.存储方式：

本地存储，每天录像24小时，录像资料保存15天。

集控站远程定时下载备份。

4.2系统整体结构：

变电站远程监控管理系统可按行政区域划分，采用四级组网结构，如图所示：

根据以上对用户需求的分析，由于变电站数量多并且分布地域比较广，系统采用集中管理机制，运用C/S架构，对系统内所有设备和用户端进行集中管理、远程设置、远程升级、远程维护。

将整个系统的管理、维护工作集中到一台服务器。

对于网络中各项远程报警、视音频终端设备的维护，管理员不必到达设备现场，在远程就可监测设备运行状态，修改设备的各项参数，既提高了设备维护效率，又节省了人力与时间，也便于整个系统的管理，使整个监控系统的可靠性得到有力保障。

4.3系统拓扑图：

4.3.1．变电站本地监视系统

变电站监视系统分布在各无人职守变电站中，主要监控点为：

室外刀闸、变压器、大门、室内仪表柜、开关柜等。

现场监视系统由现场监视设备、视频编码设备、报警设备、环境采集设备、网络设备等部分组成。

主要包括硬盘录像机、摄像机、球机、云台、红外对射、油温传感器、变送器、视频叠加器、湿度探测器等采集设备。

现场监视设备采集的视频信号通过视频线直接接入视频编码器（嵌入式网络视频服务器），视频编码器进行数字化编码压缩后，通过以太网接口接入局域网交换机上，从而组建变电站本地视频监视系统，并通过出口的E1交换机与电力专网相连，使数据可以上传至光纤专网，供集控中心远程调用。

现场监视设备完成音视频信息、环境变量信息与报警信息的采集、编码、压缩和传输功能，同时现场监视设备也能够接收各级视频监视系统下发的控制命令，做出正确的响应。

110KV变电站一般为16路视频采集点，可设置一台十六路嵌入式硬盘录像机，如采用CIF的视频分辨率录像，则本地存储容量计算如下：

225M/小时*24小时*16路*15天=1.3T。

220KV变电站一般为32路视频采集点，可设置两台16路嵌入式硬盘录像机，如采用CIF的视频分辨率录像，则本地存储容量计算如下：

225M/小时*24小时*32路*15天=2.6T。

变电站上传的网络带宽要求如下：

如采用CIF的视频分辨率，则每路视频上传需512K网络带宽。

对于110KV的变电站（16路视频采集点）即需要16*512K=8M网络带宽；对于220KV的变电站（32路视频采集点）即需要32*512K=16M网络带宽。

4.3.1.1变电站本地监控系统拓扑图

4.3.1.2变电站监控子系统所实现的本地功能：

l本地监看、监听

数字硬盘录像机采集到摄像机视频信号，视频信号经过处理以后，送到显示设备（监视器、VGA显示器），实现本地预览功能。

预览图像的分辨率为CIF（352*288），预览模式有1/4/10/16画面，通过前面板或遥控器或控制键盘均可进行切换。

采集的多路音频信号，可切换出一路进行音频预览。

l本地录像

数字硬盘录像机采集的音频、视频信号送到压缩模块进行处理，压缩处理模块对音、视频信号进行复合、压缩，形成复合的H.264复合码流，送到录像模块，记录在数字硬盘录像机内的硬盘上。

根据每一路的现场特点，可以独立地设置每一路的录像参数，包括分辨率、帧率（PAL制：

25帧/秒-1帧/16秒）、码流类型（变码率、定码率）、码流的大小（最小单位：

Kbps）、图像质量（6档可调）等参数。

如果选择定码率，硬盘所需容量基本恒定，如果选择变码率，当现场图像无剧烈运动时，可节省硬盘容量。

确定压缩码流的位率大小以后，根据前端录像的保存时间周期，就可以规划硬盘录像机内部需要安装的硬盘的容量：

总容量（GB）=位率/8×保存时间周期×通道数/1024/1024

l本地控制

输入控制信号后，数字硬盘录像机通过485口送到解码器上，完成PTZ或其他设备的控制。

数字硬盘录像机目前支持的解码器有YouLi、LinLin-1016、LinLin-820、Pelco-p、DMDynaColor、HD600、JC-4116、Pelco-dWX、Pelco-d、VCOMVC-2000、NetStreamer、SAE、SAMSUNG、KALATEL-KTD-312、CELOTEX、TLPelco-p、TLHHX-2000、BBV、RM110、KC3360S、ACES、ALSON、INV3609HD、Howell、TcPelcop、TcPelcoD等，通过更新软件，可支持更多的解码器。

l报警联动

8/16个开关量报警输入端口，接各类探测器、传感器等报警输入设备，4个开关量报警输出端口。

可以进行布防/撤防设置、报警联动设置。

当有报警输入时，可联动到报警输出，也可切换视频输入通道的录像或监视器显示，支持预置点、巡航、轨迹的设置与调用。

l本地回放

回放是对经过压缩的码流进行解码，还原图像。

数字硬盘录像机提供了按时间与按文件回放2种方式，支持多路回放。

l本地备份

数字硬盘录像机支持USB设备的备份，可将录像文件或录像资料的片断备份到

USB存储设备（U盘、USB硬盘、USBCDRW刻录）。

l通讯接口

支持TCP/IP协议（支持ARP、RARP、IP、TCP、PPP、PPPoE、DHCP、SNMP等等）；

可通过网络远程升级，实现远程维护；

RS-232接口和RS-485接口皆支持网络透明通道连接，PC管理主机可通过网络硬盘录像机的透明通道控制串行设备；

l网络协议及网络监控功能

•z 支持TCP/IP协议；

•z 支持PPPoE宽带拨号上网；

•z 支持窄带传输；

•z 网络实时预览：

支持TCP、UDP、RTP、组播传输；

•z 网络报警联动（报警信号上传）；

•z 通过网络设置参数、查看视频设备状态；

•z 通过网络控制云台和镜头；

•z 通过网络实时记录压缩码流；

•z 通过网络检索和下载硬盘上的文件；

•z 通过网络远程回放硬盘上的文件；

•z 通过网络远程升级，实现远程维护；

•z RS-232串口和RS-485接口皆支持网络透明通道连接；

•z 通过网络进行双向语音对讲（或单向语音广播）；

•z 具备WEBSERVER功能，可以通过浏览器访问网络硬盘录像机；

•z 用户名、口令及码流传输时用密码加密，防止泄露。

4.3.2．应急指挥中心系统

应急指挥集中监控中心设在省电力系统管理中心，由系统管理服务器、视频监视工作站、电视墙服务器、网络设备、不间断电源等设备组成。

监控中心能够监视整个系统范围内上传的视频信息，能够对全省范围内所需要的视频数据进行存储和管理，在必要时应能够对各现场监视设备进行远程控制。

系统采用省中心统一认证，各地市级监控中心分层管理的结构。

具体实现方式：

在省中心设置系统管理服务器（数据库服务器，可做双机热备，以确保系统稳定无故障运行），作为系统统一认证服务的中心，任何客户端登录系统时，都将通过网络到省中心的管理服务器验证身份，获取相应的权限及其它数据（注：

管理服务器只接收和处理认证信息、日志信息、设备参数等，不处理音视频数据流，因此数据量非常小，占用服务器资源很低，不会对管理服务器产生很大压力）。

省中心系统管理员有系统的最高管理权限，可以修改和设置系统内所有设备和用户的信息。

各地市级监控中心各分配一个地市级管理员的用户，该用户有权限管理本地市所辖变电站的所有设备和用户。

这样就可以实现各地市级自主管理，但用户权限统一分配和验证。

优点：

有利于权限的统一分配，设备的统一管理，有利于系统的安全性和可维护性。

4.3.2.1监控中心子系统拓扑结构图如下所示:

4.3.2.2客户端软件可实现以下远程监控所需要的基本功能:

•远程预览：

通过网络获取前端图像，支持多画面分割，如1/4/6/8/9/16画面分割显示，支持手动切换、自动轮巡，可以调节视频的亮度、对比度、饱和度、色度等参数。

•远程配置：

通过网络配置、修改前端网络硬盘录像机的各项参数，同时也可以远程升级网络硬盘录像机内部的应用程序，实现远程维护，减少了维护成本。

•远程控制：

通过网络控制PTZ及其他辅助设备，如雨刷、灯等等；可通过透明通道控制其他串行设备，如矩阵、报警控制器、门警、控制开关等等，也可接收串行设备通过透明通道发来的数据，监控主机需要支持透明通道功能。

•远程回放：

通过网络回放指定要回放的录像资料，支持快放、慢放、逐帧播放、抓图等操作功能。

•远程下载：

通过网络下载网络硬盘录像机内的录像资料。

远程监控辅助功能：

语音对讲、语音广播等等。

客户端软件运行环境：

软件环境：

Windows2000ProfessionalorXP；

•硬件环境：

CPU/P4，RAM256MB，HD/20GB以上，显卡支持缩放（推荐：

GeforceMx400/420/440serials或ATIRadeon7000/7200/7500/8500/9000serials）。

4.3.2.3系统管理服务器功能：

硬件设备配置信息的管理：

由服务器对报警设备和音视频处理设备等各项硬件进行注册，分类管理。

报警设备的注册信息如：

报警解码器的类型、端口地址、报警通道数等信息；报警设备报警信息的日志建档及管理。

音视频终端（DVR）注册信息如：

IP通信地址、网卡MAC地址、音视频终端板卡的类型、通道数等信息。

可对各项硬件设备的状态值可进行编辑并进记录。

音视频终端设备的重起，不影响服务器端硬件配置信息的设置，硬件设备重新启动后即恢复到启动前硬件功能设置状态；

系统用户的管理：

监控系统的所有用户由服务器端统一注册并进行管理，用户的注册包括用户名和密码的分配；用户的管理包括用户的登陆系统验证，用户权限的分配，用户的注销，系统并根据用户权限的不同等级设立优先权。

系统并为每个用户建立日志，记录每个登陆用户的各项行为，以时间、触发信息类别建档。

对于用户访问权限的管理，可定向于指定设备如：

某一台电脑，确保信息的安全，防止泄密事件；

对于监控点众多的大中型远程监控系统，其结构较复杂，而且摄像机多、用户数多、报警信号多，给整个系统的管理与维护带来很大的不便。

数字监控不仅改变了视音频的形态，使得系统通过TCP/IP网络形成了一个数字化的整体结构。

使用数据库技术对可对整个系统进行配置与管理，对系统中的数据流进行有效的控制，从而使得监控系统的管理与维护变得更加容易。

数据库技术的特点就是通过建立一个数据模型，来存放相互间具有一定关系的数据，这样的数据模型称之为关系数据库。

我们可以把系统中所有可以用数据的方式来表示的内容均存放在这个关系数据库中，如监控点的分布情况，摄像机的分布情况及与监控点的关系，用户的名称、密码、权限及其他相关属性，日志信息，以及其他需要管理的数据。

管理服务器具备的基本功能：

•监控区域、监控点设备及用户信息表的管理与维护

•用户权限的认证机制

•异常事件、报警信号的转发机制

•日志管理（操作、报警及异常事件日志的记录、查询与维护）

•巡检和校时服务

管理服务模块可应用于多级监控系统，建议的软件运行环境：

•系统软件：

Windows2000server，SQLSERVER。

•硬件配置：

CPU/P4，RAM/256MB，HD/40GB以上。

4.3.2.4报警管理

安装了报警管理软件的报警管理主机通过网络可以获得以下类型的报警信息：

•„ 信号量报警（报警输入端口）

•„ 移动侦测报警

•„ 视频信号丢失报警

•„ 硬盘满、硬盘写数据出错、硬盘未格式化报警

•„ 其他未知类型的报警

报警信息除报警类型外，还有报警地点（IP地址/IP地址及通道号）、报警发生时间，对于移动侦测报警，可以直接获得该通道的视频信号；对于信号量报警，通过硬盘录像机的报警参数获得其联动的通道号，从而获得相应的视频信号。

在取得远程的报警信息后，通过计算机软件编程可以进行各种报警处理：

•各种类型的报警提示方式（如声音提示等）

•报警事件的记录与检索（信号量、移动侦测联动录像资料回放）

•电子地图方式报警显示

•其他处理功能

•报警管理软件具备的基本功能：

•„ 电子地图

•„ 地图信号灯、文字、声音提示

•„ 报警信号转发机制

•„ 报警联动的通道视频切换

•„ 多级报警管理

报警管理软件运行的系统平台（建议）：

„Windows2000/XPProfessional。

•硬件配置：

CPU/P4，RAM/256MB，HD/40GB以上。

4.3.2.5中心电视墙显示系统：

中心大屏幕电视墙可使用液晶监视器。

每块监视器可以做到单画面或多画面分割显示。

并可以做到编组定时轮巡功能。

使用DS-6308D解码器进行解码。

视频解码拓扑图：

4.3.3．集控站监控子系统

集控站设在各区/县级电力系统管理中心，由流媒体服务器、超级客户端工作站、电视墙服务器、下载服务器、网络设备、不间断电源等设备组成。

每个集控站监控管理所辖区域的12个变电站，负责这些变电站音视频数据的转发处理、定时下载备份、大屏幕实时监控等。

集控站拓扑图：

录像资料定时下载服务：

按下载计划下载前端硬盘录像机中的录像文件。

该功能适用于网络带宽较窄，某些时段带宽占用很多，而有些时段网络空闲（例如夜间），这样就可以把网络相对空闲的时段设置成集中下载计划的时间段，在这些时间里把设定的文件下载到集中下载主机上。

再进行音视频录像文件的查看。

五、变电站视频监控系统抗干扰方法

变电站的监控系统较之其他监控系统更易产生各种干扰，干扰源会通过传输线缆进入监控系统，造成视频图像质量下降、系统控制失灵、运行不稳定等现象。

因此研究变电站视频监控干扰源的性质、了解对视频监控系统的影响方式，以便采取措施解决干扰问题，对提高视频监控系统工程质量，确保系统的稳定运行非常有益。

5.1变电站视频监控系统中传输的信号类型

  第一种是模拟视频信号，传输路径由摄像机到矩阵，从矩阵到多画面处理器，再到采集终端计算机；

 第二种是数字信号，包括采集终端计算机与矩阵、多画面处理器、摄像机之间的控制信号传输，矩阵中计算机部分的数字信号，温度、湿度等环境检测数字信号，报警开关量信号等。

5.2干扰侵入途径

一般来说干扰主要通过视频同轴电缆和传输控制信号的双绞线耦合进系统。

5.3主要干扰源

  高频噪声干扰，比如大电感负载启停；各点接地电位不等引入的工频干扰；平衡传输线路失衡使抑噪能力下降将工频干扰转成了差模干扰；传输线上阻抗不匹配造成信号的反射使信号传输质量下降；静电放电沿传输线进入设备造成接口芯片损伤或损坏。

5.4干扰表现形式

视频同轴电缆由于阻抗不匹配造成的影响在视频图像上表现为重影。

视频同轴电缆接地和屏蔽不好会导致传输线抑制外部电磁干扰能力的下降，体现在视频图像产生雪花噪点、网纹干扰以及横纹滚动等。

在控制信号传输线阻抗不匹配会将在脉冲序列的前后沿形成震荡，震荡的存在使高低电平间的阈值差变小，当震荡的幅值再大或有其他干扰引入时就无法正确分辨出脉冲电平值，导致通信时间变长或通信中断。

控制信号平衡传输线路失衡也会在信号传输线上形成尖峰干扰。

静电放电除了会造成设备损坏外，还会影响存储器内的数据，使设备出现些莫名其妙的错误，比如计算机的死机，网络接口的错误等。

5.5抗干扰的方法

下面就变电站视频监控系统中常见的干扰及解决方法进行些探讨：

5.5.1数字信号传输中的抗干扰措施

   变电站视频监控系统的数字信号传输通常通过工业标准的通信网络进行传输，比如RS232、RS845、RS422。

在这里重点讨论RS485数字通信抗干扰方法。

   RS485总线是采用差分平衡电气接口，具有较强的抗电磁干扰能力，但在实际工程中RS485总线并未达到人们期望的效果。

问题往往出现在以下几个方面：

·网络拓扑不合理，未按照总线型网络拓扑布线，而成为了星型拓扑结构；

·传输线与接收和发送端设备连接不正确，削弱了平衡线的抗干扰能力；

·公用双绞线未进一步采取抗干扰措施，比如采用屏蔽双绞线；

·双绞线线经太细，传输距离太远，导致阻抗太大，造成压降。

    虽然在造成干扰的方式上有所不同但在干扰的表现形式上只有两种：

一种是在信号传输线上控制信号反射增加了信号畸变程度；一种是由于外部