变电站综合监控系统解决方案最终.doc
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变电站综合监控系统解决方案最终.doc
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变电站综合监控系统
解决方案
深圳市安智讯信息科技有限公司
2012年8月
阅读提示
1.本标准方案适用于变电站联网监控;
2.对变电站子系统进行综合监控,并实现相关联动;
3.采用数模结合的混合监控系统模型,前端采用网络摄像机及模拟摄像机;
4.可接入高清摄像机,满足变电站内部分设备高清监控的需求;
5.可接入智能视频服务器,实现视频分析,变“被动监控”为“主动监控”;
6.满足各级电力调度中心对变电站的综合监控、高清监控、智能监控的需求。
目录
第1章项目概况 7
1.1项目背景 7
1.2需求分析 8
第2章系统设计思想 9
2.1设计思路 9
2.2设计目标 10
2.3设计依据 10
2.4设计原则 11
2.5设计意义 12
第3章系统总体设计 14
3.1电力组织架构 14
3.2监控系统结构 15
3.3系统组成 16
3.3.1站端系统 16
3.3.2传输网络 16
3.3.3主站系统 16
3.4功能设计 16
3.5系统特点 18
3.5.1综合监控技术 18
3.5.2高清监控技术 19
3.5.3智能分析技术 19
3.5.4电力专用平台软件 20
第4章站端系统设计 21
4.1站端概述 21
4.2站端典型构架 21
4.3站端处理单元 22
4.4视频监控子系统 23
4.4.1监控点分布 24
4.4.2摄像机选型 29
4.4.3监控点部署 29
4.4.4监控点配套 30
4.4.5智能视频分析 31
4.5环境监测子系统 31
4.6安全防范子系统 34
4.7火灾报警子系统 38
4.8门禁子系统 39
4.9语音对讲子系统 42
4.10智能控制子系统 42
4.11SF6泄漏报警子系统 44
4.12传输子系统 45
4.12.1网络交换机 45
4.12.2光纤收发器 46
4.13站端保障子系统 47
4.13.1防雷 47
4.13.2抗干扰 48
4.13.3供电电源 49
4.13.4组屏与布线 49
第5章传输网络设计 51
5.1以太网方式 51
5.2E1专线方式 52
5.3光纤直联方式 52
第6章主站系统设计 54
6.1地区级主站 54
6.2省级主站 55
6.3硬件设备组成 55
6.3.1服务器 56
6.3.2客户端 58
6.3.3存储设备 58
6.3.4解码设备 60
6.3.5大屏显示设备 60
6.3.6网络交换机 60
6.3.7防火墙 62
第7章平台软件设计 65
7.1平台架构 65
7.1.1基础开发平台 66
7.1.2平台服务 66
7.1.3业务逻辑子系统 66
7.1.4应用系统 66
7.1.5WebService接口 66
7.2平台特点 67
7.3平台运行环境 67
7.3.1操作系统 67
7.3.2数据库 67
7.4平台模块 67
7.4.1中心管理模块 68
7.4.2存储管理模块 69
7.4.3存储模块 69
7.4.4流媒体模块 69
7.4.5报警模块 69
7.4.6网管模块 69
7.4.7云台代理模块 70
7.4.8客户端 70
7.4.9电视墙模块 71
7.4.10设备接入模块 71
7.4.11智能分析模块 71
7.4.12平台级联模块 72
7.5平台基本功能 72
7.5.1视频监控 72
7.5.2录像管理 73
7.5.3存储管理 73
7.5.4数据转发 73
7.5.5语音功能 74
7.5.6远程控制 74
7.5.7报警管理 75
7.5.8电子地图 75
7.5.9权限管理 76
7.5.10安全管理 76
7.5.11系统管理 76
7.5.12报表管理 78
7.5.13Web配置及监控 78
7.6平台扩展功能 78
7.6.1环境监控 78
7.6.2门禁管理 79
7.6.3大屏控制 79
7.6.4视频分析及智能后检索 79
7.6.5与调度自动化系统联动 80
图表
图表1省电力公司组织架构图 14
图表2变电站综合监控系统拓扑图 15
图表3混合模式站端系统拓扑图 21
图表4500kV变电站典型平面图 26
图表5220kV变电站典型平面图 27
图表6110kV变电站典型平面图 29
图表7地区级主站典型配置图 54
图表8省级主站典型配置图 55
图表9电力行业平台软件架构层次图 66
图表10多域平台互联示意图 68
第1章项目概况
1.1项目背景
变电站是电网的核心环节,担负着所在区域的供电任务。
但变电站具有数目巨大,地域分布广且很多地处人烟稀少区域的特点,给维护管理带来了诸多不便。
随着变电站自动化程度的提高、“四遥”功能(遥控、遥信、遥测、遥调)的普及,少人或无人值守模式开始在电力系统得到大力推广,为电力部门节约了人力资源,提高了管理效率,提升了经济效益。
少人或无人值守模式初期,针对无人变电站的盗窃案件时有发生,由变电站带电设备引发的火灾也屡见不鲜,防盗、防火成了变电站安全工作的重中之重。
同时调度中心为实时掌握变电站的现场运行情况,就引入了第五遥-遥视。
早期的视频监控是“被动”监控,异常情况需值班人员实时监控才能发现,下属站点无法被同时兼顾,只能在案件追溯时调用视频资料;模拟摄像机由于技术的限制,对细节的把握不够,往往会出现看到有人偷东西但看不清人脸的情况。
随着无人值守模式的深入,视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁等系统被陆续配置到了站内,但这些子系统大多独立运行,给维护管理带来了不便。
在计算机技术和网络通信技术不断发展的今天,系统的整合是发展的必然。
变电站综合监控系统整合了站端子系统,同时采用当前安防行业先进的高清技术、智能分析技术,集成化、高清化、智能化给传统的视频监控领域带来全新的运作模式。
专业的电力平台软件通过网络可以对一个地区的几十个甚至上百个变电站进行统一管理,满足集中管理模式的需求。
软件还可实现多域管理,满足省市县多级综合监控的需求,为调度自动化提供了可靠的技术保障。
作为一种重要的现代化监测、控制、管理手段,用户可利用电力系统现有的网络资源,在监控中心和办公计算机上实现对所辖前端变电站的监控,大大减轻日常巡视人员的工作量,便于及时发现危险隐患,保障安全生产,为无人值守模式提供了完备、可靠的保障。
1.2需求分析
随着国家大力推进智能电网建设,电力部门对变电站辅助系统的建设也趋于智能化。
根据我们对电力系统现状的调研及对智能变电站的理解,需求分析如下:
l利用现有电力综合数据网,构架综合监控系统,调度中心实现对下属变电站的统一、集中管理。
l对变电站内重要设备、生产区域及周界环境实现远程监控,按需对站内重要区域进行防火、防盗的布防/撤防,并能制定计划任务。
l对视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁等子系统进行整合,实现综合管理功能,各系统根据预设规则进行联动。
l高清化、智能化的产品将被应用,百万像素的高清已成为电力视频监控系统的发展趋势,智能分析软件的应用将视频监控变“被动”为“主动”。
l对变电站内的视音频数据、环境量数据、报警信息等进行实时采集,并传输至上级调度中心。
l变电站信息需进入电力系统的MIS网络,供生技、安监、保卫等其他部门利用,有效利用带宽资源,避免重复建设。
l调度中心、MIS用户可远程对现场进行视频监控,并能够随时对录像资料进行检索、回放和下载,从而掌握现场运行情况。
l平台软件具备电子地图的功能,通过多层电子地图导航、树形结构等方式,可对所辖变电站的监控点进行视频监控、设备进行远程控制。
l变电站门禁读卡器处安装语音对讲设备,当巡检人员忘带门禁卡时,可呼叫中心值班人员,身份确认无误后,可通过平台软件远程开启门禁。
l通过平台软件,调度中心可远程控制照明、给排水和空调通风系统。
l当变电站某区域发生报警时,能进行以下联动:
报警信息上传调度中心、调用关联摄像机的预置位、启动报警录像、平台软件自动弹出视频窗口。
l采取分布式存储方式,变电站存储所有视频录像并保留30天,调度中心存储报警联动录像。
l在条件允许的前提下,变电站视频监控系统可与变电站SCADA系统进行互联,获取远动信息进行联动,实现电网调度和维护的可视化。
第2章系统设计思想
2.1设计思路
1)变电站综合监控系统集硬件、软件、网络于一体,采用开放标准的电力专用平台软件;
2)根据各省电力公司的组织架构,变电站综合监控系统按省级主站、地区级主站、站端系统三级构建;
3)省级、地区级主站间通过级联服务器实现多级互联,各级主站具有管辖各自区域内资源的管理权限,省级主站可以访问地区级主站资源;
4)利用站端处理单元(RPU)对变电站的视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁等子系统进行整合并进行统一管理;
5)为了适应用户的需求,系统需从视频的采集、压缩编码、存储到显示各个环节都支持高清,实现了真正的高清;
6)为了及时发现监控画面中的异常情况,最大限度地降低误报和漏报现象,系统中需引入智能分析技术;
7)为了便于统一管理,省级主站、地区主站和站端系统的所有设备均采用统一命名和统一编码;
8)系统通信利用现有电力综合数据网,综合数据网划分独立VPN用于承载省级、地区级主站间的视频监控业务,并与其它业务实现隔离,站端信息需进入电力系统的MIS网;
9)监控中心、MIS用户均可对现场进行监控,并能够随时对资料进行检索和查阅,从而掌握现场运行情况;
10)用户通过C/S、B/S方式模式对现场进行监控,C/S方式功能强大,需要安装软件;B/S方式操作方便,直接采用浏览器访问;
11)平台软件按照业务需求对监控资源进行逻辑划分,按照用户等级进行授权,并根据不同授权获得相应信息,而无需额外建设投资。
2.2设计目标
我们将建立一套适应电力系统整体需求的现代化综合监控系统,对运行、业务、设备等进行统一、集中管理,实现以下目标:
1)集中统一管理所属变电站的视频监控系统;
2)集中统一管理所属变电站的环境监测系统;
3)集中统一管理所属变电站的安全防范、火灾报警系统;
4)通过站端智能视频服务器对重要区域的视频进行智能分析;
5)通过站端处理单元及平台软件,各子系统之间可以设置相关的联动;
6)通过平台软件可远程控制门禁、照明、给排水和空调通风系统。
2.3设计依据
l《MPEG4视音频编解码标准—视听对象的编码》ISO/IEC14496-2
l《视音频编解码标准》ITU-TH.264
l《音频编解码标准》ITU-TG.711
l《远动终端设备》GB/T13729-2002
l《变电站通信网络和系统》DL/T860
l《循环式远动规约》DL451-91
l《电线电缆识别标志方法》GB/T6995
l《全介质自承式光缆》YD/T980-1998
l《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
l《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94
l《民用闭路电视系统工程技术规范》GB50198-94
l《建筑设计防火规范》GBJ16-87
l《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-94
l《安全防范系统验收规则》GA308-2001
l《入侵探测器通用技术条件》GB10408.1-89
l《防盗报警控制器通用技术条件》GB12663-90
l《报警图像信号有线传输装置》GB/T16677-1996
2.4设计原则
随着信息技术的飞速发展,新技术不断涌现。
变电站综合监控系统,必须是高性能、可扩展的计算机网络体系结构,以便支持今后不断更新和升级的需要,从而保护投资。
同时本方案以满足实际应用为出发点,设计时主要遵循以下原则:
l可靠性
系统可靠性是系统长期稳定运行的基石,只有可靠的系统,才能发挥有效的作用。
本方案从系统设计理念到系统架构的设计,再到产品选型,都将持续秉承系统可靠性原则,均采用成熟的技术,具备较高的可靠性、较强的容错能力、良好的恢复能力及防雷抗强电干扰能力。
同时系统的使用不能影响站内被监控电气设备的正常运行。
l先进性
在投资费用许可的情况下,系统采用当今先进的技术和设备,一方面能反映系统所具有的先进水平,包括先进的传输技术、图像编码压缩技术、视频智能分析技术、存储技术、控制技术,另一方面使系统具有强大的发展潜力,设备选型与技术发展相吻合,能保障系统的技术寿命及后期升级的可延续性。
l扩展性
系统应充分考虑扩展性,采用标准化设计,严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准,确保系统之间的透明性和互通互联,并充分考虑与其它系统的连接;在设计和设备选型时,科学预测未来扩容需求,进行余量设计,设备采用模块化结构,便于系统扩容、升级。
系统加入新建变电站时,只需配置站端系统设备、建立和上级调度的连接,在管理平台做相应配置即可,软硬件无须做大的改动。
l易管理性、易维护性
系统采用全中文、图形化软件实现整个监控系统管理与维护,人机对话界面清晰、简洁、友好,操控简便、灵活,便于监控和配置;采用稳定易用的硬件和软件,完全不需借助任何专用维护工具,既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用,又节省了日常频繁地维护费用。
l安全性
综合考虑设备安全、网络安全和数据安全。
在站端采用完善的安全措施以保障站端设备的物理安全和应用安全,在站端与监控中心之间必须保障通信安全,采取可靠手段杜绝对站端设备的非法访问、入侵或攻击行为。
数据采取站端分布存储、监控中心集中存储管理相结合的方式,对数据的访问采用严格的用户权限控制,并做好异常快速应急响应和日志记录。
2.5设计意义
1)变电站综合监控系统的应用实现了省公司对直属变电站及地区级下属变电站的集中管理,省公司通过网络可以了解任意站端系统的情况,满足全方位管理的需要;
2)变电站综合监控系统整合了视频监控、环境监测和安全防范等子系统,做到多系统的综合监控、集中管理,提高了系统的高效性,降低了系统的管理成本;
3)变电站综合监控系统作为现代电网安全生产运行不可缺少的辅助技术措施,对变电站环境状况、设备运行状况、现场安全状况等实现实时监视,提高无人值守变电站安全生产和电网运行管理的水平;
4)变电站综合监控系统针对变电站少人或无人值守运行模式,可作为远方操作监视以及设备巡视的辅助手段;
5)变电站综合监控系统可记录变电站设备检修工作或事故处理过程,通过语言对讲功能可对设备检修或事故处理过程进行远程指导,并对事后分析事故原因和事故处理过程提供图像资料;
6)变电站综合监控系统可作为培训平台,可收看及记录现场大型设备检修的标准化作业,增强生产培训效果,提高培训工作效率,并能将录像资料进行保存,制成多媒体培训教材;
7)变电站综合监控系统能为各级应急指挥系统提供丰富的变电站动态实时视频信息,为领导决策提供直观信息;
8)变电站综合监控系统作为生产管理信息系统的一个应用,领导和专业管理人员在日常的生产管理工作中可直接根据现场的情况进行研究分析;
9)变电站综合监控系统可作为现场安全作业督查、控制的辅助手段;
10)变电站综合监控系统可作为对外交流参观、介绍公司装备情况的平台。
第3章系统总体设计
3.1电力组织架构
电力系统的管理模式具有共性:
省公司管理下属各地区局及超高压公司;各地区局管理下属县局/监控中心及重要区域的35/110/220kV等级变电站,超高压公司管理下属500kV及以上等级变电站;县局/监控中心管理下属35/110/220kV等级变电站。
各省电力公司的组织架构如下:
图表1省电力公司组织架构图
根据各省电力公司的组织架构,同时遵循《电网调度管理条例》确定的“统一调度,分级管理”的基本原则,变电站综合监控系统可按省级主站、地区级主站、站端系统三级构建。
3.2监控系统结构
图表2变电站综合监控系统拓扑图
3.3系统组成
变电站综合监控系统由站端系统、传输网络、主站系统这三个相互衔接、缺一不可的部分组成。
3.3.1站端系统
站端系统对站内的视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁、照明、给排水和空调通风系统进行了整合,主要负责对变电站视音频、环境量、开关报警量等信息进行采集、编码、存储及上传,并根据制定的规则进行自动化联动。
3.3.2传输网络
变电站综合监控系统的网络承载于传输网络电力综合数据网,用于站端与主站、主站之间的通信。
主站及MIS网用户可以对站端系统进行监控,实时了解前端变电站的运行情况;站端系统的视音频、报警信息可上传至主站并进入MIS网,供主站及MIS网用户查看调用。
3.3.3主站系统
主站系统分省级主站和地区级主站,各级主站的构架、功能基本一致。
1)地区级主站
地区级主站可管理地区下属变电站的所有设备,接收由所辖变电站上报的环境、告警等信息,满足地区级主站用户视频、环境信息查看、变电站设备控制的需求,同时也提供相关的视频、环境等信息给省级主站。
2)省级主站
省级主站可管理全省变电站的所有设备,接收由所辖地区级主站上报的设备和环境信息,满足省级主站用户视频、环境信息查看、变电站设备控制的需求。
3.4功能设计
随着电力调度信息化建设的不断深入,变电站综合监控系统除满足原有基本功能外,被赋予了许多新的要求。
我们的综合监控系统应具备如下功能:
l实时视频监视
通过视频监视可以实时了解变电站内设备的信息,确定主变运行状态,确定断路器、隔离开关、接地刀闸等的分/合闸状态,确定刀闸接触情况是否良好,以上信息通过电力SCADA遥测、遥信功能都有采集,但没有视频监控可靠清晰。
视频监视的范围还包括变电站户外设备场地和主要设备间(包括主控室、高压室、安全工具室等),主站能了解监控场地内的一切情况。
l环境数据监测
变电站的稳定运行离不开站内一次、二次设备的安全运行,自然条件等因素影响着设备的安全运行,高温、雷雨、冰雪、台风天气设备的事故发生率特别高,同时设备周边的环境状况也能反映设备的运行状况。
监控人员为全面地掌握变电站的运行状况,需实时对温度、湿度、风力、水浸、SF6浓度等环境信息进行采集、处理和上传,生成曲线和报表,方便实时监控、历史查询、统计分析。
l远程控制
上级主站通过客户端和浏览器可对所辖变电站的任一摄像机进行控制,实现遥控云台的上/下/左/右和镜头的变倍/聚焦,并对摄像机的预置位和巡航进行设置控制应具有唯一性和权限性,同一时间只允许一个高权限用户操作;对门禁、照明、给排水和空调通风系统的开启进行控制。
l系统联动
通过RPU和平台软件可以对各子系统进行关联:
当周界防御或火灾报警设备被触发时,有预置功能的摄像机还能自动转到预置点,按需设置联动录像功能;预设的报警能弹出窗口,并配合电子地图显示;当水浸监测到高液位时,应能自动开启排水泵;条件允许的话,可以与电力SCADA进行互联,操作时可以联动相应位置的摄像机,对整个操作工程进行全程管控。
l语音对讲
在门禁刷卡处配置语音对讲设备,当巡检人员忘记带门禁卡时,通过对讲设备呼叫远方值班人员开启门禁,可以节省等待时间,提高工作效率。
l录像回放
对监控视频进行实时存储,记录告警前后的现场情况,记录变电站内倒闸操作、事故检修过程;通过网络调用回放录像,提供事故发生时的资料,为事故分析和事故处理提供帮助,并为事故处理和标准化作业教学提供宝贵的资料。
l配置维护
能对站端处理单元进行校时、重新启动、修改参数、软件升级、远程维护等功能。
站端处理单元及摄像机提供远程访问功能,管理员不必到达设备现场,就可修改设备的各项参数,提高的设备维护效率。
lB/S方式访问
MIS用户通过B/S(Brower/Server)方式访问站端系统,B/S方式采用标准的HTTP协议,具有很强的开放性和兼容性,完全能融合在电力系统现有网络中。
.通过标准的IE浏览器,领导和值班人员可根据不同的权限对站端系统进行配置及控制,操作界面全部为中文可视化界面,使用非常方便。
3.5系统特点
3.5.1采用综合监控技术
变电站的视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁等子系统,大多各自独立运行,通过不同通道上传数据,甚至每套系统都配有独立的管理人员,很难做到多系统的综合监控、集中管理,无形中降低了系统的高效性,增加了系统的管理成本。
本方案采用多功能混合RPU,兼容模拟摄像机和IP摄像机,充分利用现有模拟摄像机,保护已有投资;还集成了各种报警、控制协议,可采集模拟量信号、串口信号、开关量信号,支持其他子系统的可靠接入,可以对环境监测、安全防范、门禁、消防等子系统进行集成。
系统集成改变了各系统独立运行的局面,满足了电力系统用户“减员增效”的需求。
该技术不单是对各独立系统功能的简单叠加,而是对各功能进行了整合优化,并进行了智能关联。
用户可以根据需要对各功能进行关联,满足规则后可以触发相应功能。
3.5.2采用高清监控技术
现有的视频监控系统,主要功能是记录事件的经过,在更多关键细节上做的还不够。
随着视频监控技术的高速发展,用户对于视频监控产品的要求也在不断提高,“让我们看得更清楚”是许多用户提出的一个非常迫切的需求。
在视频监控产品经历了模拟时代、数字时代、网络时代的发展后,现在已经逐步走入了高清时代,高清监控已成为未来安防行业主要发展技术之一。
关于“高清”的定义,最早来源于数字电视领域,美国电影电视工程师协会提出了高清电视(HDTV)标准,分辨率需达到720p以上。
安防行业内部对于高清没有成文的标准,模拟摄像机超过480线就宣称为高清,经数字编码后分辨率可以达到D1或4CIF;当IP摄像机出现后,分辨率满足720p才能称为高清。
完整的高清方案需要前端、平台、传输、存储、浏览、显示等各环节都满足高清标准。
高清视频监控相比标清视频监控具有明显的技术和应用优势:
l图像清晰度更高,在变电站的一些重要监控点(重要仪表的监视),应采用高清摄像机可以获取高清晰度的监控画面,能更清楚地呈现仪表读数。
l高清监控技术的采用,使场景覆盖范围更广,减少单位面积监控点的数量,可以提高监控效能,减少设备投资。
l使细节更清晰,大大提高智能视频分析的精度,有利于图像识别和智能视频分析的应用。
随着电力系统无人值守变电站管理模式的
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