陸  煒，沈賢杰，唐  斌

　　（國網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海200072）

　　摘  要： 隨著無人值守變電站管理模式的推廣，基于無線專網(wǎng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)將提高變電站運(yùn)行維護(hù)的安全性及可靠性，結(jié)合上海市電力公司市北供電公司在邯鄲變電站的應(yīng)用實(shí)踐，對該系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)及重點(diǎn)研究內(nèi)容進(jìn)行介紹。

　　關(guān)鍵詞： 4G網(wǎng)絡(luò)；變電站視頻巡視監(jiān)控；變電站遠(yuǎn)程巡視

0引言

　　如今上海市電力公司市北供電公司管轄范圍內(nèi)建有大量無人值守變電站，遠(yuǎn)程視頻的自動(dòng)巡視與監(jiān)控運(yùn)用降低了公司變電站管理的運(yùn)行成本，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)采用無線專網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，確保無人值守變電站調(diào)控運(yùn)行更為安全、可靠。

　　利用變電站遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、巡視功能，從而不斷減少偷盜與破壞事件。通過站內(nèi)高清攝像機(jī)和應(yīng)用平臺的巡視功能，加強(qiáng)無人值守站的巡視能力，縮短巡視周期，提高管理質(zhì)量，大大降低時(shí)間成本和管理成本。特別是無人站內(nèi)電纜層的防盜、防水，直接影響變電站的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)，如上海近期的突發(fā)雷暴雨氣候等極端天氣，就可能造成站內(nèi)積水，巡視工作更為重要，運(yùn)用本系統(tǒng)將可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程巡視，發(fā)現(xiàn)突發(fā)情況就可有針對性地派遣工作小組緊急至現(xiàn)場處理，加強(qiáng)應(yīng)急處置能力。

1.技術(shù)框架

　　由于變電站的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)涉及保密信息，因此整套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸不能采用傳統(tǒng)的Internet傳輸，而是通過電力數(shù)據(jù)交換網(wǎng)，雖相對安全但會加大對電力數(shù)據(jù)交換網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，所以經(jīng)多方評估，最終整套監(jiān)控系統(tǒng)采用4G VPDN網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，其架構(gòu)圖如圖1所示。

　　隨著目前4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和網(wǎng)絡(luò)覆蓋，基于4G高速分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（FDD-LTE）的VPDN技術(shù)也進(jìn)一步成熟， 利用L2TP 隧道技術(shù)為政企客戶的無線移動(dòng)用戶構(gòu)建的與公眾互聯(lián)網(wǎng)完全隔離的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)?？蛻艟W(wǎng)絡(luò)使用專線寬帶接入電信4G分組數(shù)據(jù)網(wǎng)，變電站內(nèi)的視頻監(jiān)控主機(jī)使用4G網(wǎng)絡(luò)通過VPDN 撥號安全訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器。由于前端視頻采集設(shè)備啟用SDI高清攝像機(jī)作為視頻采集單元，4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸更能確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的高速、安全、穩(wěn)定、可靠。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　2.1 基于4G 專網(wǎng)結(jié)合VPN網(wǎng)絡(luò)的變電站內(nèi)監(jiān)控技術(shù)

　　上海市電力公司對于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸有著嚴(yán)格的安全性要求，大量的無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，架設(shè)網(wǎng)線工作量大，施工復(fù)雜。

　　上海電信的4G VPDN網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，基于電信高速分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為移動(dòng)客戶構(gòu)建虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)使企業(yè)客戶在任何地點(diǎn)都能夠通過4G網(wǎng)絡(luò)無縫和安全的連接到企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。VPDN網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)完全隔離，完全確保數(shù)據(jù)的安全性。

　　同時(shí)系統(tǒng)采用VPN組網(wǎng)模式，通過針對視頻監(jiān)控主機(jī)的軟件開發(fā),研發(fā)視頻監(jiān)控主機(jī)支持VPN撥號，取代了傳統(tǒng)的撥號訪問，在VPDN的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上建立的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)利用 4G VPDN網(wǎng)絡(luò)資源作為企業(yè)專網(wǎng)的延續(xù)，并且此企業(yè)網(wǎng)絡(luò)擁有比VPDN專用網(wǎng)絡(luò)更高的安全、管理及功能等特點(diǎn)。

　　普通網(wǎng)絡(luò)連接方式只采用VPDN或者只采用VPN的虛擬撥號方式，在安全性方面，遠(yuǎn)不如本系統(tǒng)采用的4G VPDN專網(wǎng)結(jié)合VPN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用雙重安全保障，建立可信的安全連接，確保數(shù)據(jù)的安全傳輸。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了變電站視頻監(jiān)控主機(jī)與視頻服務(wù)器端之間安全通信的專用線路。

　　2.2 市電與光伏儲能備用供電運(yùn)行模式

　　為確保變電站內(nèi)視頻監(jiān)控及技防系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行和視頻主機(jī)數(shù)據(jù)的存儲安全，對站內(nèi)所有的監(jiān)控采集單元、技防設(shè)備、監(jiān)控主機(jī)等設(shè)備，采用市電和光伏儲能備用供電兩種方式供電，同時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集成雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換，用于市電與光伏儲能備用電源之間的自動(dòng)切換。系統(tǒng)通過控制器對兩路電源進(jìn)行檢測，當(dāng)電路發(fā)生異常，控制器對檢驗(yàn)結(jié)果作出邏輯判斷，根據(jù)控制器指令驅(qū)動(dòng)操作機(jī)構(gòu)分閘或者合閘，從而保證對負(fù)載安全可靠地供電。

　　雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是由兩臺微型斷路器和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置組合成套一體，并通過控制器對雙路電源進(jìn)行檢測，當(dāng)電路發(fā)生異常時(shí)，控制器對檢驗(yàn)結(jié)果作出邏輯判斷，根據(jù)控制器指令驅(qū)動(dòng)操作機(jī)構(gòu)分閘或者合閘，從而保證對負(fù)載可靠地供電。這樣當(dāng)變電站內(nèi)市電供應(yīng)中斷時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換至光伏儲能供電系統(tǒng)，當(dāng)站內(nèi)市電恢復(fù)供應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換至市電供電，不會出現(xiàn)誤操作而引起故障，滿足視頻監(jiān)控設(shè)備高可靠性要求。雙電源切換器主結(jié)構(gòu)及外部連接結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖5為邯鄲站太陽能光伏板安裝實(shí)例。

　　2.3 變電站監(jiān)控視頻分布式存儲與服務(wù)端統(tǒng)一管理模式

　　系統(tǒng)采用4G VPDN無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，4G網(wǎng)絡(luò)相比有線寬帶網(wǎng)絡(luò)存在價(jià)格較高，流量受限等問題，所以用于視頻監(jiān)控運(yùn)行成本也是本文關(guān)注的問題。變電站內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過采用4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)將通過分布式存儲的方式取代傳統(tǒng)的監(jiān)控模式。通過遠(yuǎn)程服務(wù)器端統(tǒng)一管理前端監(jiān)控設(shè)備的模式，提高系統(tǒng)工作效率，避免資源的浪費(fèi)。

　　傳統(tǒng)視頻監(jiān)控，由現(xiàn)場視頻監(jiān)控端不斷將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程服務(wù)器端，服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存，在需要回看視頻時(shí)，連接至服務(wù)器端查看。這樣監(jiān)控端和服務(wù)器端之間不斷有大量的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)和服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)的冗余。

　　傳統(tǒng)的視頻存儲方式如圖6所示。

　　從圖6可以看到，傳統(tǒng)現(xiàn)場終端側(cè)將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)同步傳送至服務(wù)器端，服務(wù)器端通過視頻管理平臺將視頻數(shù)據(jù)存儲至服務(wù)器磁盤空間。當(dāng)用戶需要查詢歷史數(shù)據(jù)時(shí)，用戶則通過客戶端鏈接至服務(wù)器平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)查閱。

　　監(jiān)控視頻分布式存儲與服務(wù)端統(tǒng)一管理模式如圖7所示。

　　現(xiàn)場終端側(cè)：新的技術(shù)中將現(xiàn)場采集終端拍攝的所有視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，分布式儲存在各變電站本地監(jiān)控主機(jī)的磁盤空間內(nèi)，使得監(jiān)控時(shí)所有的數(shù)據(jù)不會與服務(wù)器端進(jìn)行交換。

　　服務(wù)器端：服務(wù)器端負(fù)責(zé)驗(yàn)證用戶登錄權(quán)限和設(shè)備查看權(quán)限，且只對現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。合理劃分監(jiān)控主機(jī)列表和磁盤列表，根據(jù)日期為存儲目錄，方便用戶瀏覽。

　　用戶側(cè)：用戶可使用移動(dòng)終端平臺或PC客戶端，登錄服務(wù)器端視頻管理平臺，當(dāng)用戶需要回看時(shí)，用戶首先使用客戶端登錄視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)連接至服務(wù)器端平臺，進(jìn)行用戶權(quán)限及數(shù)據(jù)驗(yàn)證，通過驗(yàn)證后，系統(tǒng)獲得當(dāng)前用戶的訪問權(quán)限，通過權(quán)限分配顯示當(dāng)前用戶可查詢的現(xiàn)場監(jiān)控主機(jī)。用戶通過服務(wù)器端直接遠(yuǎn)程訪問變電站現(xiàn)場的視頻監(jiān)控主機(jī)磁盤空間。根據(jù)相應(yīng)的日期，查看視頻監(jiān)控畫面，此時(shí)現(xiàn)場監(jiān)控主機(jī)將視頻數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器端的用戶進(jìn)行觀看。

　　2.4 變電站地圖定位視頻監(jiān)控應(yīng)用

　　傳統(tǒng)的監(jiān)控采用列表模式，需要查看哪個(gè)攝像機(jī)在列表中查詢，但是在攝像機(jī)較多的時(shí)候，不易管理，觀看也不直觀。變電站視頻監(jiān)控有其特殊性，一個(gè)站內(nèi)可以有多個(gè)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，而且每個(gè)變電站的位置基本固定，所以本系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過北斗衛(wèi)星在電子地圖中定位變電站位置，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫記錄每個(gè)變電站的基本信息，如變電站名稱、地址、管轄單位、外觀照片、攝像機(jī)數(shù)量等信息。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)無人值守變電站專用的地圖定位查詢模塊，進(jìn)入某個(gè)變電站詳細(xì)信息后，可直觀顯示改變電站內(nèi)的所有攝像機(jī)畫面。

　　地圖定位視頻監(jiān)控應(yīng)用模塊如圖8所示，視頻采集單元和北斗定位模塊，將數(shù)據(jù)傳送給視頻監(jiān)控主機(jī)，視頻監(jiān)控主機(jī)通過系統(tǒng)編碼將數(shù)據(jù)經(jīng)由4G網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器端。服務(wù)器端集成視頻監(jiān)控平臺遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)變電站地圖定位視頻監(jiān)控平臺，平臺集成地圖數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、變電站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，歷史錄像數(shù)據(jù)等。

　　客戶端系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持電子地圖變電站定位、變電站信息管理、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、歷史視頻數(shù)據(jù)調(diào)閱、用戶登錄權(quán)限控制功能。

　　可通過客戶端監(jiān)控平臺中的城市地圖展現(xiàn)，可對實(shí)施視頻監(jiān)控的變電站一目了然，通過直接查看某一變電站視頻監(jiān)控畫面和相關(guān)信息，進(jìn)行有效的可視化管理。采用地圖展示、北斗定位，地圖定位視頻監(jiān)控應(yīng)用界面如圖9所示。

　　2.5 移動(dòng)終端的變電站報(bào)警視頻監(jiān)控應(yīng)用

　　基于移動(dòng)終端的變電站專用的報(bào)警視頻監(jiān)控應(yīng)用，結(jié)合變電站內(nèi)的紅外報(bào)警、聲光報(bào)警、煙感報(bào)警等安防技防設(shè)備集成的遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警視頻監(jiān)控平臺。現(xiàn)場報(bào)警信息通過監(jiān)控平臺短信至指定用戶手機(jī)，同時(shí)紅外報(bào)警器、煙感報(bào)警器等技防設(shè)備的報(bào)警信息在移動(dòng)終端上實(shí)時(shí)顯示，用戶通過手機(jī)或其他移動(dòng)終端直接連接遠(yuǎn)程服務(wù)器查看變電站內(nèi)視頻監(jiān)控畫面，遙控現(xiàn)場攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　系統(tǒng)通過現(xiàn)場前端的報(bào)警設(shè)備，將報(bào)警輸出信息傳送至視頻監(jiān)控主機(jī)，視頻監(jiān)控主機(jī)將信息傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，服務(wù)端對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，統(tǒng)一將報(bào)警數(shù)據(jù)推送至已登錄的移動(dòng)終端。通過移動(dòng)端的應(yīng)用開發(fā)，接受服務(wù)端發(fā)送的信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程移動(dòng)終端報(bào)警功能。

3 結(jié)論

　　變電站的無人值守化管理模式將是未來發(fā)展的趨勢，如何實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)化和現(xiàn)代化的管理，針對現(xiàn)有變電站內(nèi)的整套安防、技防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)，不斷提高變電站運(yùn)行維護(hù)的安全性和可靠性，提高管理效率是本文的主要目標(biāo)。

　　通過集成變電站內(nèi)的視頻監(jiān)控、安防設(shè)備，優(yōu)化設(shè)備供電系統(tǒng)，采用高速安全的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)多變電站集中管控模式，使得變電站的重要設(shè)備、安防監(jiān)控點(diǎn)等關(guān)鍵位置都處于實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)之下，從而提高變電站運(yùn)行和維護(hù)的安全性及可靠性，進(jìn)一步降低整體的運(yùn)維成本。