電力系統圖像監控技術的研究
[論文關鍵詞] 圖像監控 電力系統 開發 應用
[論文摘要] 圖像監控技術在電力系統中的應用正在逐步展開,對這一技術在無人值班變電所的應用特點作分析,介紹圖像監控系統中的攝像機、視頻監視器、編解碼器、畫面分割器、視頻監視器等主要部件,對信息處理、傳輸及外圍系統的接入等有關方式作選擇比較,根據實踐中的經驗,指出在工程設計施工中應注意的問題。
一、電力系統圖像監控的組成
無人值班變電所的圖像監控主要由攝像機、云臺、編碼器、解碼器、畫面分割器、視頻監視器等部分組成。另外,還需與照明系統和防火、防盜系統相結合,成為一個完整的監控系統。
?。ㄒ唬z像機
攝像機可分為:黑白、彩色、廣角、調焦、一體化等多種,適用于不同情況,技術參數也各不相同,一般在變電所采用彩色攝像機,經費緊張或攝像機數目較多時,在電容器室、電纜層等地可采用黑白攝像機;門廳可采用廣角鏡頭的攝像機;控制室、開關室宜采用連帶鏡頭、自動光圈的攝像機,對準目標后能迅速自動調整,不會因支架的抖動或人工因素造成調整困難;球型一體化攝像機是將攝像機、光學鏡頭、全方位云臺、解碼驅動器以及附屬的底座和防護罩,集成在一個單元中,可以嵌入天花板、吸頂安裝或支架安裝,適用于室外和主控室墻壁距監控屏較遠的地區。室外攝像機還可內置自動溫感排風和自動防霜裝置,可進行64點全方位預置,隨時對2~3臺主變油位、中性點閘刀、電容器以及圍墻外場景進行監視,總體上降低成本。此外由于壓縮方式對圖像的限制,如果圖像傳遞后清晰度最高只能做到640×480,則攝像機的只要選擇480線水平清晰度即可,不必選擇太高清晰度,以免增加造價。
?。ǘ┮曨l監視器
監視器可分多種:工業監視器、電腦屏幕、電視機、數十臺監視器組成的電視墻等,可以根據實際需求進行選擇。一般采用計算機作為監視器的,易于操作和控制,由于要顯示多畫面圖像,宜采用17英寸以上的屏幕。采用電視機作為監視器,價格便宜,但圖像線數較低,對圖像要求較低的場合比較適用;工業監視器清晰度較好,但控制和調節參數的靈活度不如計算機,條件允許的情況下可以采用計算機和工業監視器并用的方式。
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使用畫面分割器能同時顯現前端多個攝像機輸出的畫面。它分為固定式的四畫面分割器和4個以上的多畫面分割器。在監控室用計算機進行監視時,易采用4畫面分割設備,即使每個畫面比較清晰,容易觀察,又可以觀看多個圖像;4個以上的畫面比較小,且設備的價格比較高。
?。ㄋ模┚幗獯a設備及相應的圖像數據壓縮技術
遠程的圖像傳輸涉及到圖像的壓縮和解壓縮,一般編碼器放置在變電所的控制室內,將現場的圖像數據壓縮為數字信號,傳送到監控中心,解碼器放置在監控中心,解開壓縮的數據。編碼器和解碼器是互相對應的。有一對一的配置方式,也有一對多的配置方式。基于主機的視頻圖像壓縮技術有面向硬件的和面向軟件的兩大類。
二、圖像監控系統方案的比較
(一)監控與通訊
監控方式:由調度或監控中心統一監視、控制,適用于變電所數量不多,分布較集中的電力局;由若干監控中心分別監控變電所,再將圖像上傳到局大樓的方式,三級結構,適用于變電所數量較多,分布較廣的地區;監控中心與MIS網終端應有一定的優先級,一般來說,監控中心優先控制和操作,MIS終端只能監視和切換畫面,兩者不能有沖突;通訊與傳輸方式。
圖像視頻信號的傳輸途徑有多種:一點多址小微波、音頻電纜擴頻通訊傳輸、光纖2M數據口傳輸、電話電纜傳輸等方式。從實際應用效果來看,光纖傳輸效果最好。用電話線傳輸圖像容易產生斷續現象,不利于觀察防火、防盜現象,但觀察靜態事物,尚可應用。圖像監控系統的分布與通訊通道的布置有關,有以下幾種方式:變電所與監控中心有直接的通訊連接;變電所與局大樓有直接的光纖連接,監控中心再與局大樓有通訊連接,兩種情況考慮的方案應有所不同。信息傳輸通常采用TCP/IP和網絡組波的技術,最大限度利用了網絡的傳輸性能和網絡帶寬,避免網絡的擁塞。
(二)信息壓縮形式
硬件壓縮、軟件解壓的方式:用一個軟件就能解決所有的解壓縮問題,且升級換代容易,降低了成本,MIS網上的計算機只要安裝相應的軟件并授權,就可以成為一臺功能齊全的監控主機,但穩定性較硬件為差,同一監控中心的變電所之間兼容性差;硬件壓縮、硬件解壓的方式:穩定性好,若采用一對多解碼器,成本較低,但兼容性差;若采用一對一編解碼器,只要總體設計原理相同,不受產品限制,但主站的控制軟件也不具備兼容性,且監控中心的解碼設備數量繁多,若監控中心的通訊通過調度中心轉發,則電力大樓的硬件設備也很多,且需要兩套編解碼設備,上網需要兩次壓縮解壓縮。
(三)控制界面操作
主站軟件在控制云臺方面的操作有兩種方式:一是界面提供專業控制面板,用鼠標點擊相應的方向進行控制;二是直接在圖形界面上引導云臺的轉動方向,鼠標指針向哪個方向滑動云臺就朝相應方向轉動。后種方式對于監控人員來說,非常方便,易于操作??梢栽陔娮拥貓D上直接用鼠標雙擊獲得遠程終端的圖像和對應攝像機切換和控制權。地圖可完全模擬相應變電所環境,方便操作人員尋找攝像機和快速切換。
(四)無線攝像機和無線對講設備
采用無線攝像機和無線對講設備,當變電所有人巡視或操作時,隨身攜帶以便于遠方監視,防止走錯間隔或誤操作。為今后變電所單人操作監視的運行方式做好技術準備。無線攝像機體積小,且通常鏡頭和發射天線均包含在其中,發射功率小,傳送距離較近,大多在100m之內能接收。因此無線接收接口必須配置在適當的位置,以保證信號的暢通。無線攝像機可以做成帽式或手提式。由實踐得知,帽式在頭上運行人員走動時經常發生抖動,難以迅速聚焦,而手提式結構可視角度大,輕巧便利,比較切合單人操作攝像。
三、其他輔助系統的接入
(一)防火、防盜裝置
如果能將防火、防盜結合圖像監控系統,就可以解決上述問題。采用警情聯動功能,當發生報警時,立即啟動攝像機,可以得知是哪個區域發生報警,是否誤報,重要情況還可啟動自動錄像裝置,為事故分析提供條件。目前絕大多數廠家生產的火災、防盜報警控制器不具備報警規約的輸出功能,或只有一個開關量接點輸入,因此防火、防盜設備與圖像監控的結合需要合作開發,且火災報警控制器要經中國消防產品質量認證,控制器可采用RS232標準接口與上位機通訊。與防火、防盜設備相連,探測報警信號源有以下幾種:煙感探測器、熱感紅外線控測器、微波物體移動感知器、開關、玻璃破碎感知器等等。一般無人值班變電所大多采用前三種探測器。若經濟條件較好,可采用多種探測器相結合的方式。為減少單一探測原理裝置易產生的誤報,可以將紅外、微波、超身等探測方法組合成雙鑒式,即基于兩種原理的復合式報警器。
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圖像監控裝置啟動變電所照明有兩種方案:一是攝像機上安裝射燈,可以隨著攝像機的轉動而轉動,遠方控制,靈活性高,但亮度范圍有所限制;二是啟動變電所的照明電源,當有警情或遠方控制時,可以開啟變電所相應位置的燈光,亮度范圍廣、效果好。
?。ㄈ╅L延時錄像機
監控中心在采用計算機監控時,可用計算機硬盤錄像,必要時采用雙硬盤備份,但硬盤錄像時往往計算機運行速度就很慢,不能同時調用圖像或控制。但很多情況下可以在監控中心外接長延時錄像機進行錄像 。24h的長延時錄像機比較理想,每日只需更換一盤錄像帶。訊協議對于子站的技術、通訊接入以及MIS的聯網都大有影響,因此一旦主站方案選定后,再采用另一家廠家的產品,很難兼容和接入,對系統的圖像質量也很有影響。如果有多個監控中心,雖然不同主站各自可以采用不同的系統,但是如果要聯入MIS網,又將會互相沖突。因此在考慮安裝圖像監控系統時,一定要有一個總體的方案。
責任編輯:電力交易小郭
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