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变电站监控系统技术方案(51页).doc

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变电站监控系统方案建议书1 概述近年来,随着电力系统管理体制的深化改革,变电所的自动化技术在不断进步。目前很多变电站已逐步实现无人值班或值守。另一方面供电系统各部门、各单位也都有了相应的专用网络,随着供电系统的全面改革,对于变电所,除了常规的自动化系统之外,远程视频/环境监控系统已逐步成为无人值班变电所新增的而且是一个十分必要的自动化项目,是其他自动化手段所不可替代的。通过远程视频/环境监控系统,安全值班人员、企业领导可以随时对电站的重点部位进行监控和监视,以便能够实时、直接地了解和掌握各电站的安全情况,并及时对发生的情况做出反应。根据 XXXXXX 电力局监控要求,本公司特设计以下技术方案,对 XX 电业局下属的 13 个变电站的室外变电区、门禁、火警、控制室、开关室、电容器室,进行图像监视、控制和管理。系统以 XX 电业局电力通信系统的光传输系统(SDH)为基础,建立视频图像监控专用的 TCP/IP 传输网络,实现将监控前端的实时图像传送到远程电业局大楼控制中心(监控中心) ,使监控中心及电业局MIS(management ination system)网用户终端的人员能够及时准确地了解和掌握变电所现场的情况,并及时采取相应的措施对各种情况进行操作控制,以确保变电所的安全。2 设计依据和设计原则2.1 指导思想根据图像监控系统技术规格书的要求,结合现场实际情况,综合运用电子信息技术、计算机网络技术、安全防范技术等,并遵照国家相关安全防范技术规范的要求,以技术和系统的先进、可靠、合理、适用的原则,来设计构成该图像监控系统技术方案。本技术方案将结合 XX 电业局管理运行机制,建设一个基于网络环境的、远程的、实时的、可视化的、信息共享的变电所视频监控平台。本着“统一规划、分步实施”的原则,充分利用资源,结合 XX 电业局的具体情况和 XX 电业局监控系统的发展框架进行设计,在将来长时间内保持系统的先进性和可靠性,保护用户投资。在技术上充分发挥变电所监控系统的功能,实现电力安全生产管理的科学化,保障系统建设的整体性、实用性、先进性、安全性、开放性、可扩展性和连续性,使系统具有长久的生命力。充分兼顾兼容其它应用系统,给将来其它系统的建设留有标准的接口和容量。追求最优的系统性能价格比。2.2 设计原则根据国内外变电所电视监控技术的发展趋势,结合本公司丰富的实践经验,在对整个系统进行方案设计时遵循“技术先进,实用可靠,扩展性好,有利管理,投资合理”的原则。先进性系统的规划一定要兼顾眼前和未来的应用需求,要用长远的眼光,以保证规划的科学性、先进性,保证所选用的硬件设备和软件系统的实用性和先进性,并具有较长的生命周期和先进水平。充分发挥我公司的技术优势,通过系统的二次开发和整体集成,使建成后的系统在国内居于领先水平,并在系统实际运行过程中,建立紧密结合 XX 电业局管理实际的科学化、现代化管理运行机制。稳定性和可靠性无论从系统从结构上、产品性能上、设备的选型上还是到具体的实施方案,都要考虑到系统的稳定性和可靠性,并且在系统集成过程中对硬件设备安装、操作系统应用、网络连接、数据库设计将尽可能完善的做出故障检测、诊断及处理策略,以保证系统的稳定性和可靠性,确保系统正常、稳定、可靠、连续地运行。开放性系统设计应充分系统的开放性,除了保证系统内部之间的有机协调和开放性之外,应留有面向外部系统的标准接口,以实现与其它子系统之间的数据交换,保证系统的不断扩展。系统设备选型遵循有关国际标准、国家标准和行业标准,使系统具有高度的开放性和技术上的兼容性,系统间应具有良好的互联、互操作能力。可操作性界面友好,充分考虑操作人员的特点,使数据处理工作简单、方便、快捷,业务流程清晰,符合常规业务处理习惯。系统数据维护方便,备份及数据恢复快速简单。可扩展性系统设计不但要保证目前系统容量的要求,也要考虑今后系统的发展,便于向更新技术的升级与衔接。要留有足够的扩充余量,考虑到今后业务的发展,系统在设计时必须考虑扩展性需求。本方案设计的系统可扩展性体现在以下几个方面数据的可扩展性随着系统功能的增加,原有数据和新增数据可以无缝融合,无需对原有数据结构作重大修改。功能的可扩展性未来系统增加的功能可以和原有功能紧密结合,无需对现有系统结构重新设计。性能的可扩展性当系统负载增加时,可通过对系统现有设备增加硬件数量或升级系统以提高系统的性能,无需更换现有设备。系统结构易于扩充,以适应今后可能出现的较大任务负载。系统设备及软件向下兼容,以保护系统的原始投资。易维护性具有强有力的系统管理手段,可方便地对系统资源进行集中配置与调整。系统应支持集中、统一的管理视图和图形化管理界面,能够实时监视设备的工作状况。系统各部分均采用模块化结构,各自具有相应的软硬件自检、故障诊断和安全保护措施,并有利于用户从事简单的现场维护。安全性和规范性系统设计应充分考虑信息资源的共享,考虑信息的保护和隔离,对不同的应用和不同的环境,采取相应的措施对系统和数据进行保护。系统建成后,除提供详尽的用户手册和操作手册外,在技术上提供先进的、可靠的、全面的安全保密方案和应急措施,从人机界面设计、应用软件参数变更、系统设备自动检测、拒绝非授权访问、系统恢复能力等方面,确保系统万无一失。设计的规范性主要体现在系统的接口规范、数据规范、服务规范和操作的规范性,这些规范可对前期建设系统的数据结构、发布方式提供一个统一的规范,为未来的业务模块留有转换接口和软件。良好的性能价格比整个系统应能够在先进性、高效性、可靠性和稳定性方面进行考虑,在满足用户总体需求的前提下,充分体现设备资源的共享性,最大程度地降低系统造价和安装成本。 2.3 设计依据本设计方案除了有关用户需求及规范外,还遵循或参考以下规范和标准IEEE国际电气与电子工程师协会IEC国际电工委员会ISO国家标准化组织ANSI美国国家标准委员会ITU国际电信联盟电报电话咨询委员会EIA电气工业协会标准UL美国保险商试验标准NFPA美国国家防火协会标准ASCII美国信息交换标准码OSI开放系统互联火力发电厂与变电所设计防火规范 GB50229-96电力设备典型消防规程 DL5027-93安全防范工程程序与要求 GA/T75-94工业企业通信设计规范 GBJ42-81工业电视系统工程设计规范 GBJ115-87民用闭路电气设计规范 (GB50198 )电业安全工作规程 (GA/T75-94)工业企业调度电话和会议电话工程设计规范 (CECS3691) 计算机软件开发规范 (GB8566 88)电业安全工作规程 (DL408-91)电力建设安全工作规程 (DL5009-1997)3 设计方案3.1 系统建设内容XX 电业局变电所图像监控系统建设内容主要包括以下几方面1、变电所摄像机、视频编码服务器的安装设计。2、变电所摄像机、视频编码服务器的布线、供电、防雷、防干扰设计。3、传输系统与监控系统接口、带宽分配设计。4、监控管理中心的设计。5、监控管理软件的开发设计。3.2 系统构成整个变电所监控系统由变电所前端系统设备,网络传输及监控中心系统设备三个部分组成。前端系统主要指变电所的图像采集与处理,设备主要包括摄像机系统(摄像头及其辅助设备如护罩、云台、解码器等) 、红外/烟雾报警器、视频编码服务器等。前端从摄像机到视频编码服务器间采用的是传统的模拟信号处理方式,即根据监控场所环境和安装位置要求,有室内安装和室外安装两种形式,以及摄像头的控制类型包括固定(不可控)式和云台/镜头可控式两种形式。前端摄像头的视频(音频)信号通过模拟音视频线缆接入视频编码服务器(XX) ,由视频编码服务器对模拟信号进行编码压缩(采用 MPEG 4)后编码为数字方式的 IP信号,并通过 TCP/IP 网络向远端的监控中心传输。对可控的云台/镜头的控制,通过从视频编码服务器接出的 RS485 的控制线来实现,发出控制信号命令的可以是由远端的分控或主控中心通过 TCP/IP 网络发出的控制命令。如果需要,可以在视频编码服务器上接入拾音器(驻极体话筒)和喇叭(有源音响) ,用于语音对讲;接入红外报警探头以及门磁等设备,用于入侵检测报警;接入声光报警器,一旦发现有非法入侵,即予发出声光报警信号。同时,可以将报警信号与摄像机的预置位关联,联动控制摄像机的云台/镜头到相应位置,自动捕捉需要的画面。变电所监控系统与监控中心系统之间采用 TCP/IP 网络传输方式,利用已建的光传输网,组成从站场到监控中心二级监控形式的 TCP/IP 监控专线网。 监控中心为系统的维护和管理中心,是整个系统的核心,主要负责视音频信息的处理,包括远程监视、录像、回放等;系统的控制,包括对前端的云台、镜头控制等;系统的管理,包括系统设置/配置、用户管理等。监控中心系统的设备主要包括服务器、监控工作站以及控制软件、存储设备和介质、图像显示电视墙等。系统构成如图所示。网络视频编码器视频信号云台控制告警信号前端摄像机数字视频切换设备10/100/1000M 视频管理服务器大屏视 频 信 号前端摄像机SDH传输系统局域网任意监视10/100Base-TInternet任意监视3.3 系统工作原理音视频监控是一个上行的过程,即从变电所摄像机传输到图像监控中心或MIS 网上监控服务器的过程。首先,在变电所,来自各摄像机的视频信号,输入 XX 视频编码服务器;然后,视频编码服务器将视频信号转换为 25 帧/ 秒的高清晰数字图像,并完成 MPEG-4 图像压缩,将经压缩后的视音频数据流通过通信网络发送到监控中心或 MIS 网;最后,监控中心或 MIS 网上的监控计算机对收到的来自前端的图像和声音数据,进行解压缩并通过计算机显示屏幕和声卡进行回放。报警信号的传输与视频传输一样,也是一个上行过程,但必须确保信号的及时到达。发生报警时,远程数字图像编码器自动控制和切换摄像机以获取报警点的图像,监控中心的监控主机接收到报警信号后立即发出声音信号、记录报警事件、进行硬盘录像。摄像机控制、灯光控制、布防等控制信号是下行传输的,由监控中心或MIS 网上的监控主机发出各种控制信号,视频编码服务器收到控制信号后,直接控制云台、镜头、摄像机,或完成布防操作。系统采用硬件压缩软件解压技术,在相关科室的 MIS 网计算机终端上增加相应的软件或者通过 Windows 自带的 IE 浏览器的 Web 功能就可实现远程图像监控功能,设置成图像监控工作站。图像监控工作站的显示分辨率根据显示器可调,图像质量达到优良水平,图像传输率达到每秒 25 帧实时传输。网络通信采用 TCP/IP 和网络组播Multicast技术,即图像传输以“点播”的方式发送,即当有用户发出请求时才发送图像,没有用户观看时,不占用网络资源,从而使最大限度地利用了网络的传输性能和网络带宽,避免网络的拥塞。 3.4 前端子系统变电所监控现场设备通常是一个前端现场,主要由摄像机、云台、网络视频编码器等组成。对重要的地点(主变压器、副变压器、各个刀闸开闭合情况、变压器开关的油位情况、主控室、开关室,电容室及变电所的周围人员出入情况)其 它 设 备报 警 信 号编 码 器 服 务 器进行监控。各监控摄像机采集的模拟图像信号汇聚到视频编码服务器压缩编码成数字 IP 信号流,经电业局 SDH 通信传输网送往监控管理中心进行解压还原成视频图像。当监控管理中心需调用或控制摄像机时,即可通过监控主机发出的控制信号(如云台控制、镜头控制)任意控制前端的摄像机。变电所组成结构图如下图1.结构图图 3-2 变电所组成结构图 传输系统采用 SDH 的方式传输,前端摄像机采集到视频编码器,经视频编码器处理后转成 IP 数字流信号,再通过通信传输网传送到监控中心。同时编码器接受指挥中心监控服务器从传输网上发来的控制命令,可修改编码器的参数,如果命令是用来控制一体化摄像机的,则编码器将控制命令转发到低速接口去控制相应的设备。2.摄像机设 备 数 据 采 集 块门 禁 监 控 模 块门 禁 设 备多 串 口 扩 展 卡RS422 信 号机 房 烟 雾 报 警火 灾 报 警 控 制 器报 警 数 据 采 集 块RS422 线视 频 线SDH 设 备因为摄像机的选型对本工程图像是否清晰至关重要,在本方案全部摄像机均采用性能可靠,图像质量较好的进口知名品牌摄像机,分辨率大于 480 线,全部摄像机均具有高抗干扰性、高信噪比,内置亮度抑制电路等优点,能在夜间与低背景光和强光物体时仍能看清目标物的特点,采用高速电子快门技术,使图像效果达到最佳。3. 机柜的设置变电站监视系统设备机柜(含 19”标准机柜、视频编码器、交换机、电源、接口等)设于变电站通信设备用房内。其中,典型变电站视频输入按 8~15 路考虑;为保证视频图的可靠、高质量、实时编码,本方案要求使用每个编码器单独对一路视频进行编码;然后把多个编码器通过交换机汇聚成百兆口传输到SDH 设备。3.5 视频传输系统监控前端和监控中心之间的传输网络在监控系统尤其重要,没有良好的传输通道再好的数字摄像和显示设备都不能完整地展现多媒体数字监控系统的优势。随着光纤通信的迅速发展,越来越多的监控系统采用了光纤传输设备作为监控信号的传输通道。其中早期的点对点模拟或数字视频光端机由于没有保护功能和组网能力,系统可维护性差,随着节点数的增加占用大量的光纤资源和光传输设备,费用昂贵,因此已经越来越少的作为监控系统的传输手段了。而具有自愈功能的基于 SDH 的光纤传输设备已经普遍应用到数字监控系统中了,目前可归结为三代产品,即1基于 E1 通道的 SDH/MSTP 设备 E1-SDH/MSTP、2透明以太网通道的 SDH/MSTP 设备 Ethernet-SDH/MSTP、3基于 IP 的 RPR 多业务传输平台 Ethernet-RPR/MSTP。本方案图像传输系统是使用 XX 电业局已建成的 SDH 多业务传输通信平台。SDH 传输系统能对延时和抖动严格保障、提供可靠的时钟和小于 50ms 自愈环网保护特性。具体的配置是在每个站点划出一个百兆数据端口,这样可以节约了成本,大大减少了系统维护工作量。传输带宽计算XX 电业局变电所图像监控系统目前设计为 13 个变电所,每个变电所按最
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