变电站视频监控系统的设计与实现

变电站视频监控系统的设计与实现
摘要 采用先进监控技术的研究成果对目前的变电站管理进行改进，逐步实
现变电站的无人值守，进而提高电网的管理水平具有重要的意义。本文针对变电
站视屏监控系统的实现给出了总体设计方案。

关键词 变电站；视屏；监控
0 引言
变电站作为国家电网的主要组成部分，在国电系统中拥有着十分重要的地
位，电力行业的特点决定了变电站所处的地理位置往往较为分散和偏僻，这也造
成了作为电力网络组成部分的变电站难以管理和难以进行安全防范。因此，在变
电站实现变电站的无人值守、远程管理具有重大的意义。变电站若要真正实现无
人值守，需对变电站本身提供必要的安全保障，应对环境状况、关键设备、关键
地点等各类对象加以监视，从真正意义上实现变电站的无人值守。

1 变电站监控系统需求分析
1.1 变电站监控系统的结构分析
变电站视频监控系统划可分为3个部分：变电站站端、监控中心、网络传输。
系统的总体结构如图1所示。

图1监控系统拓扑图
在现场监控时，系统采集图像、传感器信号，同时完成对云台等相关设备的
控制。变电站现场监控结构如图2所示。

图2监控系统站端拓扑图
本系统所采用的数据传输通道为变电站提供的一个E1的光纤通道
（2.048Mbps），是应用最广泛的视频监控系统传输通道，光纤通信系统结构如图
3所示。

图3 光纤通信系统的结构
监控中心通过以太网接口规范与通讯单元（网桥/路由器）连接，通讯单元
通过E1接口规范（G．703）与通信中心相连。在这里，网桥/路由器起到网络
适配和流量控制的作用。通信中心的光端机实现电信号与光信号的相互转换，光
中继装置将由传输而使光强度衰弱的光信号转换成电信号放大后，再转换成光信
号，以便于远距离传输。

1.2 变电站监控系统的总体功能需求
变电站监控系统主要包括以下几个功能模块：实时图像监控、设备控制、报
警控制、系统管理。

实时图像监控：与变电站安装在监视区的设备进行配合，对环境进行防盗、
防火、防人为事故的监控，对变电站设备如主变、场地设备、高压设备、电缆层
等进行监视。

设备控制功能：在非法入侵时，与现场摄像机实现联动；与变电站的计算机
监控系统的控制、状态信号相关联，当计算机监控系统发出控制信号或有状态报
警时，与其相关联的图像画面应能实现自动切换，并在计算机和录像机中记录报
警信息和相应的图像画面。

报警功能：现场报警器可以方便的与各种现场探测器连接，组成安全警卫自
动系统；各种探测器可以方便的布防、撤防，并可按时间自动投入或自动撤防。

系统管理：能够设置厂站参数、监控点参数、预置位参数、报警点参数、控
制点参数、摄像机参数等，以便用户根据实际需要改变监控方式等功能。

2 变电站监控系统的系统设计
2.1 图像编码方式
变电站视频监控系统在选择图像压缩标准时需要考虑多种因素，如压缩标准
对数据传输通道的要求、数据编码码流量的大小、压缩标准在具体应用中的适用
性。由于电力系统提供的主要数据传输通道为El信道2.048Mbps)，数据在通信
线路传输时会受到一定的随机干扰，通信环境比较恶劣。同时考虑到变电站视频
监控系统还需要实现广域网上的Web服务。综合考虑到图像压缩过程中的计算
量，编码技术的成熟度，用户的图像质量的要求和系统的开发成本，变电站监控
系统采用了MPEG-4压缩算法。

2.2 通信接口
变电站中绝大多数的监控报警设备与变电站监控室的距离都较长，RS-485
标准的最大传输距离约为1 219m，最大传输速率为10Mbps。因此在系统中因考
虑RS-485接口。系统遥信信号采集及发送通过对带RS-485接口的编码器进行
控制以实现对信号的采集和发送。
2.3 C/S模式
目前应用于变电站的多媒体计算机远程监控系统大多数都是基于C/S（客户
机/服务器）模式的：在远端监控现场，有若干个摄像机、各种检测、报警探头
与数据设备，通过各自的传输线路，连接到多媒体监控终端上，多媒体监控终端
是一台嵌入式硬盘录像机。除了处理各种信息和完成本地所要求的各种功能外，
系统通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。

2.4 传输协议
变电站视频监控系统中的信息发送和接受主要采用两种信息通道，第一种是
控制信息传输通道，通道主要负责监控中心对监控前端摄像机云台镜头的控制命
令信息、监控前端到监控中心的报警信息和双方的握手确认信息的传输。云台控
制命令和报警信息的数据需要准确无误的传送，所以采用面向连接的TCP协议；
第二种是视频数据通道，在视频数据通道中，精确的视频数据要求往往在报警时
提出，这一部分的工作由站端的录像功能完成，虽然站端对视频数据的精确性要
求相对较低，但对实时性要求较高，故采用了无连接的UDP协议。

2.5 视频监控系统实现方案
视频监控系统在站端由硬件完成对监控图像数据的采集和压缩，监控中心对
收取到的视频数据流采用软件还原的方式解压视频信号。在局域网中的任何一台
监控机只需要安装相应的监控软件就可以成为监控主机，不需要额外添加硬件设
备。这种方案充分考虑到站端集中采集视频信号的特征，以及监控中心多客户机
的情况。因此，系统采用了硬件压缩软件解压的方案。

2.6 监控系统数据流
1）视频流：摄像机的视频信号接入视频编码器，每台编码器可同时对十六
路视频信号完成单独编码压缩，打包成IP信号同时上传。IP信号可通过IP-E1
网桥接入E1网。该网桥采用硬件IP解析实现，E1口和IP口的信号接入，具有
小的延时性和高的可靠性；

2）音频流：编码器可提供一路双向语音通道，实现站端和监控中心的语音
对讲功能，同时提供四到十六路单向音频通道，主要实现站端各处的监听功能；

3）数据流：各种报警数据及环境动力数据接入环境数据采集器（RTU），环
境数据采集器对各种数据进行分析处理，完成对各种设备的控制，并将数据通过
编码器上传至监控中心；

4）控制流：控制包括远程控制和当地控制，控制方式都采用RS-485方式。
远程控制即通过编码器提供的透明数据通道，由监控中心下发控制命令，控制各
种设备。下发的控制命令通过编码器传给环境数据采集器，由其转发；同时监控
中心也可下发对编码器和环境数据采集器的设置命令。环境数据采集器完成当地
控制功能，如实现报警联动，撤防、布防等。

3 结论
视频监控系统是提高电力系统自动化管理不可缺少的工具。随着技术的不断
发展，将不断出现新的技术、新的解决方案。如何提高实施监控的质量、效率以
及系统操作的友好性，都需要我们去不断研究。

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