JXFS2000变电站综合监控系统技术方案.doc

山东杰讯电气有限公司 变电站综合监控系统解决方案JXFS2000变电站综合监控系统解决方案山东杰讯电气有限公司2016年3月第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/IEC14496-2l 视音频编解码标准 ITU-T H.264l 音频编解码标准 ITU-T G.711l 远动终端设备 GB/T13729-2002l 变电站通信网络和系统 DL/T860l 循环式远动规约 DL 451-91l 电线电缆识别标志方法 GB/T6995l 全介质自承式光缆 YD/T 980-1998l 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/T16677-19962.4 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 监控系统结构图表 1 变电站综合监控系统拓扑图3.2 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。3.2.1 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。3.2.2 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 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。3.4 系统特点3.4.1 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。3.4.2 采用电力专用平台软件电力系统由于前端变电站数量庞大，一般都分布在多个地域，综合监控技术的采用又增加了数据处理量，单级系统的部署已不能满足要求，需采用多服务器分布部署甚至多级级联的方式来实现。电力专用平台软件，是我们根据电力系统的行业特点开发而成。软件可以支持超大规模的部署，能满足电力系统多级综合监控的应用需求。软件采用模块化构建方式，可应需裁剪；采用Web Service作为对外的服务接口协议，方便二次开发商集成；方便的增值业务集成；统一的平台内部协议；统一的部署和管理。第4章 站端系统设计4.1 站端概述站端系统以站端处理单元（RPU）为核心，视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁、语音对讲、智能控制、SF6泄漏报警等子系统均接入RPU。4.2 站端典型构架图表 2 混合模式站端系统拓扑图混合模式站端系统中，模拟摄像机通过BNC接入RPU，IP摄像机通过以太网接入RPU，其他子系统通过4-20mA模拟量输入、开关量输入、RS-485/232串口、以太网接入RPU。RPU接收子系统上传的视音频及报警信息，并进行处理、上传，工作人员可通过客户端向子系统发送一系列的控制指令。有人值守变电站可采用B/S客户端访问，通过IE浏览器，无需安装客户端软件，可在任意电脑上进行操作。4.3 视频监控子系统站端摄像机是整个综合监控系统的视频信号源，主要负责对全站主要电气设备、安装地点及周边环境进行全天候的视频监视，同时能与其它子系统进行报警联动，满足生产运行对安全、巡视的要求。4.3.1 摄像机选型站端摄像机的监控范围大小、视频采集质量将影响整个视频监控系统的质量，应结合变电站实际监控需要选择合适的产品和技术方法，保障视频监控的效果，我们在选择摄像机时可参考以下原则：l 围墙监控可采用变焦镜头的一体形摄像机，越界报警联动平台弹视频窗口时，由于围墙范围广，便于工作人员进行变焦操作看清可疑目标。l 大门监控可采用固定红外枪机，具备红外夜视功能，满足全天候24小时监控的需要。l 全景监控（主控楼顶）可采用高速球机，实现大范围监控的需要；根据客户需求，也可选用高清球机及智能跟踪球。l 场地及高压室监控，可采用高速球机，实现大范围监控的需要；如需对细节（油位、油温）进行监控，也可选用高清球机。l 小范围的室内（通信室、蓄电池室）监控可采用固定枪机。l 大范围的室内（主控室、继保室）监控可采用中速球机，实现大范围监控的需要。l 模拟摄像机的清晰度应达到540线以上，网络标清有效像素达752*582，网络高清有效像素达720p以上。l 需要夜间摄像的监控点，为保障夜间低照度条件下的清晰度，采用的摄像机应具有彩转黑、低照度（彩色1.0LUX、黑白0.01LUX）功能。l 室外枪机需配置IP66等级的室外型防护罩。l 室外球需达到IP66防护等级。l 网络摄像机应具备开关量输出功能，以控制补光灯开启。l 所有IP摄像机除了网络口还需具备BNC接口，以便接入智能视频服务器。4.3.2 智能视频分析因为变电站内存在着重要区域，以往“被动监控”只适用于事后追溯。而站端智能视频服务器的采用，变“被动”为“主动”，可以对事件做到“早发现早预防”。视频服务器采用创新的智能视频分析(IVS)技术，内嵌矢量方向运动检测算法，建立三维化的目标跟踪，能够比较准确的得到目标在视频场景中的距离与高度值，降低了实际使用中的误报率。站端系统可采视频服务器进行智能分析，行为分析可实现以下视频分析检测：可以对变电站大门的视频进行智能分析，当变电站大门口出现非法停车、人物徘徊、聚集时，达到触发条件产生报警；可以对变电站大门进行智能分析，划定大门为警戒面，在布防的情况下，当有可疑份子穿越警戒面后，即产生报警信号；可以对重要设备（主变）的运行区域进行智能分析，当有人员闯入该侵区域后，达到触发条件产生报警，可以有效预防误跑间隔出现人身伤亡和设备损坏。支持对2路视频进行4CIF编码及支持2路智能分析。可按需配置数量，今后可以增加设备数量以支持更多的视频分析。4.4 环境监测子系统应根据变电站的实际需求，配置温湿度传感器、风速传感器、水浸探头等环境监测设备，这些环境信息通过RPU实现数据集中上传。4.4.1.1 火灾传感器电力火灾安全与防护是电力系统安全的重要一环，电力火灾与安全防护技术是涉及安全技术与工程、电力与环保的交叉学科，是电力安全运行的重要保障，电力系统火灾预测预防能力及其处理结果直接关系到电网安全运行。1) 技术介绍火灾传感器，采用日本进口传感器、变送一体化设计，对周围环境火灾信息实时监控，通过分析火灾中的紫外线信息，最快在0.2s内发出告警信息，告警信息实时传输至监控后台，以便值班人员迅速做出处理。2) 主要功能变电站内的火灾传感器通过开关量连接至环境处理单元，报警量能实时上传主站，站端及控制中心能随时查阅设备运行场地的报警信息，并做出相应的处理。3) 配置原则l 在主控室、继保室、通信室、蓄电池等室内需配备火灾传感器。l 如果被测的房间太大，就应放置多个火灾传感器。主要技术参数可参考下表：技术参数工作电压1248V报警时间0.2s 1S 6S可选测量角度120报警方式声音、开出响应时间0.2s数据传输距离800m输出信号常开、常闭点4.4.1.2 温湿度传感器一般情况下电气设备对环境的温湿度都有相应的要求，特别对于一些昂贵精密的设备更是如此。电力行业中由于温度过高过低引起的元器件失效或环境湿度过高引起的漏电事故时有发生，所以需对温湿度进行实时采集和控制。4) 技术介绍温湿度传感器，采用传感、变送一体化设计，采集温湿度数据，进行数据校正转换，转换成4-20mA电流环信号上传，并能在现场LCD上显示。5) 主要功能变电站内的温湿度传感器通过4-20mA接口连接至RPU，温湿度模拟量能实时上传主站，站端及控制中心能随时查阅设备运行场地的环境温湿度，并做出相应的处理（远程遥控空调）。6) 配置原则l 在主控室、继保室、通信室、蓄电池等室内需配备温湿度传感器。l 如果被测的房间太大，就应放置多个温湿度传感器。l 可通过LCD显示现场温湿度。主要技术参数可参考下表：技术参数温度测量范围-2585温度测量精度温度0.5（-1060）湿度范围范围5RH95RH(非凝结)湿度范围精度湿度3RH（20RH90RH，25）响应时间15s数据传输距离800m输出信号420mA4.4.1.3 风速传感器变电站的很多设施（刀闸、高压母线等）都高于地面运行，当变电站现场持续风速超过变电站设计承受能力时，可能会造成安全隐患，所以需对风速进行实时检测，当风速超过警戒线时，能够立即启动紧急预案。1) 技术介绍风速传感器顾名思义是测量空气流速的仪器，仪器内的转速传感器能把风速转换成4-20mA电流环信号上传。风速传感器在所有领域都能灵活运用，广泛应用于电力、钢铁、石化、节能等行业。风速传感器种类很多，最常用的为风杯式，它由3个互成120固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。2) 主要功能变电站内的风速传感器通过4-20mA接口连接至RPU，能把现场风速实时上传主站，站端及控制中心能随时查阅设备运行场地的风速，并做出相应的处理。3) 配置原则风速仪一般安装于变电站主控楼顶，没有特殊要求，一个站点一个即可。主要技术参数可参考下表：技术参数测量范围0 m/s30m/s测量精度0.5测量值环境温度-2070相应时间1s数据传输距离800m输出信号420mA4.4.1.4 水浸探头当连续降雨或排水不畅时，室外的电缆沟内会产生积水，当积水淹没沟内电缆时会造成安全隐患，电缆长期浸泡在水中时，如果没有很好的防水结构，电缆很容易产生绝缘的水树枝老化，从而造成绝缘的破坏，将会大大缩短电缆的寿命，严重的还会造成短路跳闸。所以我们需实时了解电缆沟的积水情况，以便及时使用抽水泵排水。所谓“水树枝”，指塑料电缆绝缘在电场和水的作用下，由杂质、气泡及隆凸不平处引发其内部绝缘材料降解而产生树枝状放电通道。水树枝会随着时间的发展继续生长，最终导致绝缘击穿，成为电缆早期损坏的重要原因。1) 技术介绍水浸探头根据探测电极浸水后阻抗发生变化，通过专用集成芯片对水浸输入信号进行信号放大、整形、比较，将电极电导的变化转换成标准电压信号，推动继电器输出开关量信号，指示探头所在位置是否有水。在没有水浸入时，电极之间的电导为零，当有水接触电极时，电导变大。变电站内需对电缆沟内的水位进行实时检测，当水位超过警戒线时，能够通过开关量向综合监控系统报警。2) 主要功能电缆沟内的水浸探头通过开关量输出报警信号给RPU，RPU根据预置规则启动抽水泵排水，同时把现场积水情况及时上传主站，使站端及控制中心知情。3) 配置原则l 一般考虑在电缆沟每隔80米左右布置一个探头，同时分别选择一个不同电压等级的端子箱布置一个探头。l 传感器应安装在感应点上方较高位置，以确保其不被水淹没，安装时先安装底座。l 如果用户要多点检测，一组导线上可带45个探头，也可以接多组分导线，每组导线带1个探头或多个探头。主要技术参数可参考下表：技术参数误报率0.01%环境温度050输出信号开关量无源输出4.5 安全防范子系统由于不少的无人变电站都建在郊外和一些较偏僻的地方，变电站内的设备非常昂贵，并且变电设施带有交流高压，如遇不法分子盗窃或破坏，将造成严重的经济损失以及造成人员伤亡。为此变电站的安防防护非常重要，为彻底消除这种现象，避免财产遭破坏，需要进行隔离阻拦，以免造成人身意外伤害。安全防范设备主要由红外对射、电子围栏、红外双鉴、声光报警器等设备组成。各探测器通过报警线缆直接与RPU连接，当发生报警时，报警信息能够及时上传给RPU，并且能联动相关设备，如启动照明灯光、声光报警器等。4.5.1.1 红外对射变电站内运行有高压带电设备，为了防止不法份子对电力设施的盗窃、破坏，以及外来人员误入带电间隔造成的人身伤亡事件，变电站周界都配备了围墙。但传统的围墙无法对入侵事件进行报警，红外对射作为周界防范的有效补充，主要应用于距离比较远的围墙、楼体等建筑物，特别适合无人值守变电站。1) 技术介绍红外对射是利用光束遮断方式的探测器，由一个发射端和一个接收端组成。发射端发出一束或多束人眼无法看到的红外光，形成监控防护区，当有人横跨该区域时，遮断不可见的红外线光束而引发警报。常见的红外对射有两光束、三光束、四光束，以四光束为例：一般情况下必须同时遮断4个光束才发出报警；如果只触发3个或以内，而触发持续过了一特定时限，系统亦判定为报警，不会出现漏报现象。红外对射的特点：l 防卫方式隐蔽，没有电子围栏那么明显，使入侵者在不知不觉中触警。l 周界全面设防，无盲区和死角，入侵者无法以快速跳跃、匍伏或其它动作通过隐形红外防卫射束网的防范范围。l 良好的抗干扰功能，内置自动调节强光过滤系统，避免受强光或汽车灯光的影响。l 严密的防破坏功能，当红外接收端电源线或信号线被剪断时，报警信号输出电路将自动输出报警信号。l 防雨、防尘、抗干扰能力强，可全天侯工作。2) 主要功能一旦有不法人员想通过围墙翻入变电站，就会立即触发报警，报警通过开关量输出到RPU。RPU可根据预置规则联动相应功能：报警信息上传中心，保安人员可以迅速来到事发地点；触发声光报警器，震慑非法闯入者；联动相应的灯光照明，调用预置位，启动报警录像等。3) 配置原则l 变电站的围墙上安装多对红外对射，红外对射的安装应该覆盖所有的围墙及大门，红外对射探头的裕度应不小于100%（如围墙的长度为60 米，则对射探头的标称距离为不小于60（1+100%）=120 米）。l 红外对射探头建议采用四光束，当有人或物体阻挡光线时产生告警信号，并可以设置其布防和撤防两种运行方式。l 红外对射探头要选择合适的响应时间，太短容易引起不必要的干扰，太长会发生漏报。通常以50毫秒为最短遮断时间，大于50毫秒报警，小于50毫秒不报警。l 红外对射应具备开关量报警节点。l 红外对射主机一般安装在主控室或保安室。4.5.1.2 电子围栏红外对射只能对入侵事件进行报警，无法对不法份子进行有效的防御，电子围栏的出现为周界防范提供了强力保障。1) 技术介绍电子围栏起源于畜牧业高度发达的澳大利亚和新西兰等国家，并在欧美国家广泛应用，应用了最新的周界安防理念，即阻挡、威慑和报警。随着科学技术的发展，电子围栏在经过逐步更新换代后已经开始普遍应用于一些大型基础设施，如电力、通信、军事、交通等领域。电子围栏是由前端探测围栏和报警主机（高压电子脉冲发生器）组成的智能型周界防盗报警系统。l 前端探测围栏前端探测围栏是由杆及特制合金导线等构件组成的有形周界，安装在周界现有围墙或围栏上。前端探测围栏借鉴了传统围栏和高压电网的优点，以有形导线和警示牌为主，对入侵者心里有震慑效果，构成一道高压电缆隔离屏障，当有不法分子企图越过或者剪断电子线缆时，主机用安全能量的脉冲高压击退入侵者，电压脉冲周期长，能量低，不会致人伤亡，同时发出报警信号。l 报警主机报警主机负责向前端探测围栏输出和接收高压电子脉冲信号，并检测围栏报警状态，在前端探测围栏处于触网、短路、断路状态时产生报警信号，并把入侵信号发送到综合监控系统。电子围栏的特点：l 具有完整的周界前端，前端探测围栏通过低能量高压电子脉冲网，有对人身无伤害的电击功能，具有强大的阻挡作用和威慑作用。l 具有智能识别功能，主机能够识别偶然入侵和强行入侵行为：如果有人不当心而触及围栏，或其它物体（如树枝）瞬间碰及围栏，这并不属于真正的入侵，系统具有鉴别能力而不报警；只有当入侵者强行入侵，攀越电子围栏时，造成系统断线（开路）或持续碰线（短路）时，会发出报警。l 具有误报率极低的智能报警功能，电子围栏系统基本不受环境（如树木、小动物、振动等）和气候（如风、雪、雨、雾等）的影响，不受地形高低和曲折程度的限制，环境适应性很强。2) 主要功能电子围栏具有不同的防区，当检测到入侵事件时，报警主机输出相应防区的报警信息到RPU。RPU可根据预置规则联动相应功能：报警信息上传中心，保安人员可以迅速来到事发地点；触发声光报警器，震慑非法闯入者；联动相应的灯光照明，调用预置位，启动报警录像等。3) 配置原则l 可在变电站的围墙上或围栏上安装前端探测围栏。l 报警主机应具备开关量报警节点。l 报警主机需安装在主控室或保安室，可通过密码控制开启和关闭功能。l 报警主机可与公安110联网，提高系统的安全防范等级。4.5.1.3 红外双鉴变电站的门禁一般安装在主要入口或重要区域入口，但缺乏对已进入室内人员的管控，同时以往的安全防范设备无法对小动物进行有效的防范，红外双鉴的出现可以改善这一局面。1) 技术介绍红外双鉴是被动式红外传感器和微波传感器的组合，微波只对移动物体响应，红外只对引起红外温度变化的物体响应，只有在微波和红外同时响应才会作出报警，大大提高报警可靠性。微波传感器根据多普勒效应原理来探测移动物体：传感器发射微波，微波遇到障碍物时被反射回传感器，当障碍物相对传感器运动时，则传感器接收到的反射波频率发生变化；当障碍物朝着传感器运动时，传感器接收到的反射波频率比发射波高，当障碍物远离传感器运动时，传感器接收到的反射波频率比发射波低，因此传感器通过比较反射波和发射波的频率来探测是否有移动物体进入。2) 主要功能当检测到移动物体时，通过开关量输出报警信息到RPU。RPU可根据预置规则联动相应功能：报警信息上传中心，使管理人员了解进入现场的移动物体；联动相应的灯光照明，调用预置位，启动报警录像等。灯光的自动开启功能也给去巡检人员带来了方便。3) 配置原则l 可在变电站室内的门口或窗口附近配置。l 安装方式可采用吸顶或壁挂式。l 红外双鉴应具备开关量报警节点。4.6 门禁子系统变电站传统的出入采用钥匙进行管理，每个变电站的钥匙都被集中在一起，权限无法被区分，只要有钥匙就可以进入任意区域。当不法份子闯入变电站后，非法开门时就能进入室内，而监控中心无法及时了解情况。1) 技术介绍门禁系统属于智能弱电系统中的一种安防系统，作为一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为一体。网络化门禁系统的应用将大大提高无人值守变电站的实时监控能力和出入权限的管理能力、数据的自动存储、问题的分析的水平，提高运行维护的效率和大大降低成本。门禁系统主要由门禁控制器、读卡器、电控锁、门磁和电锁电源等组成，通过安装在建筑物的主要出入口、设备机房等重要区域的通道口，从而实现对出入口的控制。通过门禁监控主机，能够对各通道口的通行对象及通行时间等进行实时控制或设定程序控制。用智能卡代替钥匙开门，系统自动识别智能卡上的身份信息和门禁权限信息，持卡人只有在规定的时间和在有权限的门禁点刷卡后，门禁点才能自动开门放行允许进入；当忘记关门时，还能发出报警信号。门禁系统组成介绍如下：a) 门禁控制器 门禁系统的核心部分，相当于计算机的CPU，它负责整个系统输入、输出信息的处理、储存、控制，通过RS-485接口连接RPU接入综合监控系统，或直接通过以太网接入综合监控系统。变电站内的门禁控制器需采用支持局域网和广域网的专业级网络门禁安保控制器。由于设备通讯采用RS-485或TCP/IP方式，全部数据包采用SSL金融级加密技术加密，数据安全达到国际先进标准。b) 读卡器读取卡片数据的设备，通过控制器引出的韦根线可实现供电和通信。c) 电控锁 门禁系统中锁门的执行部件，变电站内基本以电插锁和脉冲锁为主。电插锁通过电流的通断驱动“锁舌”的伸出或缩回以达到锁门或开门的功能，关门开门功能的实现需要与“磁片”配合才能实现，其“暗藏式”安装的特点较适合于对锁体保密性要求较高的场所。脉冲锁通过控制器控制其电源的输入，当有电源输入时，锁体内部磁铁产生吸力，吸附锁舌伸入，实现开门动作；当延时过后，锁舌无法伸出，需手动进行关门，可选配机械钥匙。本锁内部结构可有效防止在门上敲击开锁，适用于各类铁门。d) 门磁门磁主要由开关和磁铁两部分组成，开关部分由磁簧开关经引线连接，定型封装而成；磁铁部分由对应磁场强度的磁铁封装于塑胶或合金壳体内。当两者分开或接近至一定距离后，引起开关的开断从而感应物体位置的变化。e) 门禁电源整个系统的供电设备，分为普通式和后备式（带UPS）两种。2) 主要功能l 具有网络设置管理功能，可以在网络上任何一台授权计算机对整个系统进行设置监控查询管理。l 对通道进出权限的管理，对进出通道时段的管理。l 管理人员可以实时查看每个门人员的进出情况、每个门的状态（包括门的开关，各种非正常状态报警等）。l 系统可储存所有的进出记录、状态记录，可按不同的查询条件查询，对出入记录进行查询，配备相应考勤软件可实现考勤、门禁一卡通。l 具有异常报警功能，在异常情况下可以实现门禁控制器本地开关量报警接入RPU，如门超时未关等。l 具有消防联动功能，在出现火警时门禁系统可以自动打开所有电子锁让里面的人随时逃生。3) 配置原则l 变电站所有建筑物的进出口都需采用联网门禁系统，要想进出相关区域，必须具有相应的身份权限，门禁监控主机可对出入信息进行统计和分析。l 区域较大的变电站，需配置多台门禁控制器。当使用RS-485总线通讯时，可采用控制器并接的方式，最远的控制器到RPU的连线间隔建议在800米以内，假如超过800米，请增加一台485延长中继器。 l 读卡器到门禁控制器的距离要小于100米建议在60米以内。l 原则上一个门配一个进门读卡器和一个出门按钮，也可根据需求安装出门读卡器。l 门禁控制器应具备开关量输入节点，除了提供开门按钮使用，当消防联动时，消防主机可输出开关量至控制器来控制开门。4.7 智能控制子系统变电站内的相关辅助控制设备较多，许多设备都只能在前端进行控制，实现无人值守后，需要在某些情况下实现远程的控制功能，如远程打开现场灯光、风机、水泵、门禁、空调等，通过远程控制系统将变电站辅助控制设备集中、整合，能够远程手动、联动控制。1) 技术介绍现场的控制设备分为2大类：开关设备、智能设备。a) 对于开关设备，只需控制设备的启、停，如灯光、风机、水泵、门禁等，可以直接接入RPU或IPC的开关量接口。主站可通过网络发送开关控制命令，控制设备的启、停；也可以设置相应的联动规则，比如通过水浸报警联动水泵启动排水、SF6泄漏联动风机排气、红外双鉴联动灯光照明、消防报警联动门禁开门等。b) 对于智能设备，需要多种控制（如空调有模式控制、温度控制、风速控制等），根据不同设备需要配置不同的控制模块，如空调需配置空调控制器。空调控制器相当于可以联网的遥控器，通过RS-485接口与RPU连接，主站只需通过网络远程控制红外发射头发射空调控制命令即可，而不需要人到现场按遥控器。以变电站最常见的灯光控制为例，对于采光条件比较差的室内以及夜晚低照度环境下的场地，为了能够看清设备、环境，当光线不足需开启灯光照明。无人变电站大多数需要远程控制来实现，通过RPU或IPC开关量控制站内灯光的方法进行室内照明。采用监控系统控制站内灯光的方法进行室内照明存在的最大问题是要解决远程控制与本地控制之间的关系，需要改造站内的灯光开关，改造后主站可以远程控制开灯，本地可以关闭，反之本地开灯，远程也可以关闭，同时系统可以设置定时开关灯、报警时自动开灯、延时关灯等。灯光智能控制示意图如下：2) 主要功能l 控制变电站前端开关量设备，如灯光、风机、门禁等，可以手动或系统联动实现设备启、停。l 具有延时保护、状态提示功能，可以设定设备的默认开启时间，到时间后可以自动切断电源，以保护相关设备。l 能够控制空调等智能设备，实现智能设备的全面调节，能够手动调节，也可以实现与环境监测系统的联动，实现自动的温、湿度调节。3) 配置原则l 系统应留有本地控制功能，在本地能够实现所有控制，在网络中断或紧急情况时可以手动进行控制。l 开关量控制根据现场情况就近输出，可以从RPU输出也可从IPC输出。l RPU和IPC都不具备交流220V通断能力，需配置具备交流220V通断能力的低压继电器。l 智能空调控制器应具有自学习功能，能够兼容所有常规空调的控制命令。4.8 SF6泄漏报警子系统由于SF6气体优越的灭弧性能，在中、高压设备中的大量使用，但SF6气体必须保证一定的密度才能达到绝缘要求。同时SF6气体无色无味、比重较空气大，泄漏不易被发现、易聚集、易造成缺氧，发生泄露后严重威胁人员的安全和健康，甚至造成恶性事故。国家电网公司电力安全工作规程（变电站和发电厂电气部分）明确规定：工作人员进入SF6配电装置室，入口处若无SF6气体含量显示器，应先通风15min，并用检漏仪测量SF6气体含量合格；进入SF6配电装置低位区或电缆沟进行工作应先检测含氧量（不低于18%）和SF6气体含量是否合格。1) 技术介绍在SF6高压设备室安装SF6气体泄漏报警仪，已成为变电站监控的一项重要内容。SF6气体泄漏报警仪配置有SF6气体和氧气双传感器，能对空气中的SF6浓度及氧气含量进行监测。目前主流的SF6检测技术是基于气体对红外光吸收的红外吸收原理（NDIR），SF6气体对特定波段的红外光有很强的吸收特性。当一束平行光通过气体时，只对SF6气体本身有反应，对其它气体没有任何反应。输入光强与输出光强之间的衰减关系能够真实反应SF6气体含量，不受环境影响，对温度湿度的影响很小，反应迅速，寿命高，能够呈现SF6线性规律，在无氧的条件下也能正常使用。市面上许多国产SF6检测仪都是电化学、高压击穿原理，检测设备除了对可燃气体或助燃气体产生反应，对于其它气体均不产生反应，有如下缺点： l 当SF6气体达到一定浓度时就会出现不能正常检测甚至检测数值为0的情况，SF6气体是绝缘气体所以浓度一定的时候会阻止放电，自然电化学及高压击穿在不能够正常放电的情况下，不能够工作所以读数为0。l 没有规律呈非线性状态，不能够用于定量并真实地反应SF6气体的特征。氮气或其它气体浓度过高也会导致这些原理的设备数值的改变，但不足已证明是SF6气体泄漏导致，所以不能够用于SF6气体的检测。2) 主要功能变电站内的SF6气体泄漏报警仪通过RS-485接口和开关量报警电缆连接至RPU，站端及控制中心能实时掌握现场SF6设备室情况。室内含氧量及SF6含量实时上传主站，以便管理人员随时查阅发现隐患；当室内缺氧或SF6超标时，SF6气体泄漏报警仪向RPU输出开关量报警信号，提醒检修人员及时赶往现场。SF6气体泄漏报警仪的开关量还能联动风机启停，实现SF6气体自动排出，使室内含氧量恢复正常值；同时联动SF6设备室外的声光报警器，提醒工作人员不要进入。3) 配置原则l 每个SF6设备室的低位区需配置SF6气体泄漏报警仪，根据室内空间相应增加数量，有条件的还可对现场SF6气体泄漏报警仪进行视频监视。l SF6气体泄漏报警仪应具备SF6气体和氧气双传感器。l SF6气体泄漏报警仪应具备RS-485接口和开关量输出接口。第5章 平台软件设计专为电力行业用户量身定制的综合监控软件，采用模块化设计，部署方便，操作简便，还可根据电力行业自身管理要求和监控现状做进一步的定制开发，充分体现监控安全防范管理的效率。5.1 平台架构面向服务的软件架构SOA将成为新一代网络服务的基础框架，其在传统的IT开发领域取得了良好的发展，将SOA的思想引入到电力行业平台软件的开发中来，有力的保证了我们设计的先进性。通过使用SOA的架构，以松散耦合的方式公开业务服务，更易于集成和管理复杂性、更快地整合现有系统；通过良好的分层结构，统一的接口服务，可以有效减少监控中心平台的复杂度。电力行业平台软件的架构层次如下图所示。图表 3 电力行业平台软件架构层次图主要分为以下几个层次：5.2 平台特点电力平台软件在功能上有以下特点：l 支持海量设备接入，适用于超大规模的专网监控系统。l 分布式监控，部署、升级灵活方便。l 集中管理，多级别控制，完善的用户权限定义。l 巡检设备和服务器工作状态，系统安全可靠。l 统一的报警管理，支持多种联动方式。5.3 平台基本功能5.3.1 环境监控1) 支持对变电站的温度、湿度、风速、SF6浓度等模拟量数据进行采集，保存到系统的环境数据中，系统可以对模拟量设置阈值，当模拟量数值超过阈值时产生告警；2) 支持对现场烟感、水浸、门禁刷卡信息等进行采集、监测及告警；3) 支持实时显示环境信息的告警，当产生告警时将在环境信息数据上显示