陸 煒，沈賢杰，唐 斌
?。▏W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，基于無線專網的遠程視頻監控技術將提高變電站運行維護的安全性及可靠性，結合上海市電力公司市北供電公司在邯鄲變電站的應用實踐，對該系統技術特點及重點研究內容進行介紹。
0引言
如今上海市電力公司市北供電公司管轄范圍內建有大量無人值守變電站，遠程視頻的自動巡視與監控運用降低了公司變電站管理的運行成本，提高了生產效率，同時采用無線專網數據傳輸，確保無人值守變電站調控運行更為安全、可靠。
利用變電站遠程視頻監控、巡視功能，從而不斷減少偷盜與破壞事件。通過站內高清攝像機和應用平臺的巡視功能，加強無人值守站的巡視能力，縮短巡視周期，提高管理質量，大大降低時間成本和管理成本。特別是無人站內電纜層的防盜、防水，直接影響變電站的正常運行和安全生產，如上海近期的突發雷暴雨氣候等極端天氣，就可能造成站內積水，巡視工作更為重要，運用本系統將可實現遠程巡視，發現突發情況就可有針對性地派遣工作小組緊急至現場處理，加強應急處置能力。
1.技術框架
由于變電站的監控數據涉及保密信息，因此整套系統的數據傳輸不能采用傳統的Internet傳輸，而是通過電力數據交換網，雖相對安全但會加大對電力數據交換網的網絡負載，所以經多方評估，最終整套監控系統采用4G VPDN網絡作為數據傳輸通道，其架構圖如圖1所示。
隨著目前4G網絡技術的成熟和網絡覆蓋，基于4G高速分組數據網絡（FDD-LTE）的VPDN技術也進一步成熟， 利用L2TP 隧道技術為政企客戶的無線移動用戶構建的與公眾互聯網完全隔離的虛擬專用網絡。客戶網絡使用專線寬帶接入電信4G分組數據網，變電站內的視頻監控主機使用4G網絡通過VPDN 撥號安全訪問遠程服務器。由于前端視頻采集設備啟用SDI高清攝像機作為視頻采集單元，4G網絡的傳輸更能確保網絡數據的高速、安全、穩定、可靠。
2 系統特點
2.1 基于4G 專網結合VPN網絡的變電站內監控技術
上海市電力公司對于網絡數據的傳輸有著嚴格的安全性要求，大量的無人值守變電站網絡環境復雜，架設網線工作量大，施工復雜。
上海電信的4G VPDN網絡如圖2所示，基于電信高速分組數據網絡為移動客戶構建虛擬專用網絡的業務，該業務使企業客戶在任何地點都能夠通過4G網絡無縫和安全的連接到企業內網。VPDN網絡與Internet網絡完全隔離，完全確保數據的安全性。
同時系統采用VPN組網模式，通過針對視頻監控主機的軟件開發,研發視頻監控主機支持VPN撥號，取代了傳統的撥號訪問，在VPDN的網絡基礎上建立的企業網絡利用 4G VPDN網絡資源作為企業專網的延續，并且此企業網絡擁有比VPDN專用網絡更高的安全、管理及功能等特點。
普通網絡連接方式只采用VPDN或者只采用VPN的虛擬撥號方式，在安全性方面，遠不如本系統采用的4G VPDN專網結合VPN網絡架構，采用雙重安全保障，建立可信的安全連接，確保數據的安全傳輸。本系統實現了變電站視頻監控主機與視頻服務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行模式
為確保變電站內視頻監控及技防系統的不間斷運行和視頻主機數據的存儲安全，對站內所有的監控采集單元、技防設備、監控主機等設備，采用市電和光伏儲能備用供電兩種方式供電，同時系統實現了集成雙電源自動轉換，用于市電與光伏儲能備用電源之間的自動切換。系統通過控制器對兩路電源進行檢測，當電路發生異常，控制器對檢驗結果作出邏輯判斷，根據控制器指令驅動操作機構分閘或者合閘，從而保證對負載安全可靠地供電。
雙電源自動轉換系統是由兩臺微型斷路器和機械轉動裝置組合成套一體，并通過控制器對雙路電源進行檢測，當電路發生異常時，控制器對檢驗結果作出邏輯判斷，根據控制器指令驅動操作機構分閘或者合閘，從而保證對負載可靠地供電。這樣當變電站內市電供應中斷時，系統將自動切換至光伏儲能供電系統，當站內市電恢復供應時，系統將自動切換至市電供電，不會出現誤操作而引起故障，滿足視頻監控設備高可靠性要求。雙電源切換器主結構及外部連接結構如圖4所示。圖5為邯鄲站太陽能光伏板安裝實例。
2.3 變電站監控視頻分布式存儲與服務端統一管理模式
系統采用4G VPDN無線網絡架構，4G網絡相比有線寬帶網絡存在價格較高，流量受限等問題，所以用于視頻監控運行成本也是本文關注的問題。變電站內的視頻監控系統，通過采用4G移動網絡的數據傳輸，系統將通過分布式存儲的方式取代傳統的監控模式。通過遠程服務器端統一管理前端監控設備的模式，提高系統工作效率，避免資源的浪費。
傳統視頻監控，由現場視頻監控端不斷將數據傳輸給遠程服務器端，服務器端進行數據儲存，在需要回看視頻時，連接至服務器端查看。這樣監控端和服務器端之間不斷有大量的視頻數據進行傳輸，導致網絡資源的浪費和服務器存儲數據的冗余。
傳統的視頻存儲方式如圖6所示。
從圖6可以看到，傳統現場終端側將現場采集的數據同步傳送至服務器端，服務器端通過視頻管理平臺將視頻數據存儲至服務器磁盤空間。當用戶需要查詢歷史數據時，用戶則通過客戶端鏈接至服務器平臺進行數據查閱。
監控視頻分布式存儲與服務端統一管理模式如圖7所示。
現場終端側：新的技術中將現場采集終端拍攝的所有視頻數據進行劃分，分布式儲存在各變電站本地監控主機的磁盤空間內，使得監控時所有的數據不會與服務器端進行交換。
服務器端：服務器端負責驗證用戶登錄權限和設備查看權限，且只對現場監控設備進行統一管理。合理劃分監控主機列表和磁盤列表，根據日期為存儲目錄，方便用戶瀏覽。
用戶側：用戶可使用移動終端平臺或PC客戶端，登錄服務器端視頻管理平臺，當用戶需要回看時，用戶首先使用客戶端登錄視頻監控系統，系統連接至服務器端平臺，進行用戶權限及數據驗證，通過驗證后，系統獲得當前用戶的訪問權限，通過權限分配顯示當前用戶可查詢的現場監控主機。用戶通過服務器端直接遠程訪問變電站現場的視頻監控主機磁盤空間。根據相應的日期，查看視頻監控畫面，此時現場監控主機將視頻數據傳送給服務器端的用戶進行觀看。
2.4 變電站地圖定位視頻監控應用
傳統的監控采用列表模式，需要查看哪個攝像機在列表中查詢，但是在攝像機較多的時候，不易管理，觀看也不直觀。變電站視頻監控有其特殊性，一個站內可以有多個監控攝像機，而且每個變電站的位置基本固定，所以本系統不同于傳統監控系統，系統通過北斗衛星在電子地圖中定位變電站位置，系統數據庫記錄每個變電站的基本信息，如變電站名稱、地址、管轄單位、外觀照片、攝像機數量等信息。
系統設計無人值守變電站專用的地圖定位查詢模塊，進入某個變電站詳細信息后，可直觀顯示改變電站內的所有攝像機畫面。
地圖定位視頻監控應用模塊如圖8所示，視頻采集單元和北斗定位模塊，將數據傳送給視頻監控主機，視頻監控主機通過系統編碼將數據經由4G網絡傳送至遠程服務器端。服務器端集成視頻監控平臺遠程監控模塊，實現變電站地圖定位視頻監控平臺，平臺集成地圖數據、用戶數據、變電站基礎數據，歷史錄像數據等。
客戶端系統設計支持電子地圖變電站定位、變電站信息管理、實時視頻監控、歷史視頻數據調閱、用戶登錄權限控制功能。
可通過客戶端監控平臺中的城市地圖展現，可對實施視頻監控的變電站一目了然，通過直接查看某一變電站視頻監控畫面和相關信息，進行有效的可視化管理。采用地圖展示、北斗定位，地圖定位視頻監控應用界面如圖9所示。
2.5 移動終端的變電站報警視頻監控應用
基于移動終端的變電站專用的報警視頻監控應用，結合變電站內的紅外報警、聲光報警、煙感報警等安防技防設備集成的遠程自動報警視頻監控平臺?，F場報警信息通過監控平臺短信至指定用戶手機，同時紅外報警器、煙感報警器等技防設備的報警信息在移動終端上實時顯示，用戶通過手機或其他移動終端直接連接遠程服務器查看變電站內視頻監控畫面，遙控現場攝像機轉動。
系統通過現場前端的報警設備，將報警輸出信息傳送至視頻監控主機，視頻監控主機將信息傳送至遠程服務器，服務端對數據進行處理分析，統一將報警數據推送至已登錄的移動終端。通過移動端的應用開發，接受服務端發送的信息，實現遠程移動終端報警功能。
3 結論
變電站的無人值守化管理模式將是未來發展的趨勢，如何實現變電站的自動化和現代化的管理，針對現有變電站內的整套安防、技防及視頻監控系統的規劃與建設，不斷提高變電站運行維護的安全性和可靠性，提高管理效率是本文的主要目標。
通過集成變電站內的視頻監控、安防設備，優化設備供電系統，采用高速安全的無線網絡技術。實現多變電站集中管控模式，使得變電站的重要設備、安防監控點等關鍵位置都處于實時監控狀態之下，從而提高變電站運行和維護的安全性及可靠性，進一步降低整體的運維成本。